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验证案例:3D圆角冲头(NAFEMS接触基准2)

该3D打孔接触验证案例属于固体力学。此测试案例旨在验证以下参数:

  • 惩罚联系人
  • 增广拉格朗日联系
  • 摩擦

SimScale的仿真结果与[NAFEMS_R94]\(^1\)的分析结果进行了比较。

几何学

几何结构由基础(ABCDEF)上的冲头(DGHIJK)组成。3D冲孔在与基础接触的边缘有一个半径为10毫米的圆角。图1显示了几何图形的线框:

三维冲床基础几何形状
图1:当前验证案例的冲孔和基础几何。

由于问题的对称性,模型中只有四分之一的模拟。这些是每个要点的坐标:

一个 B C D E F G H J K
(毫米)x \ (\) 0 0 0.1 0 0 0.1 0 0.04 0 0 0.05
(毫米)y \ (\) -0.2 -0.2 -0.2 0 0 0 0 0 0.1 0.1 0.1
z \([mm] \) 0 0.1 0 0 0.1 0 0.4 0 0 0.5 0
表1:A点到K点在CAD模型中的坐标

以下尺寸用于创建几何图形:

几何特征 尺寸\([毫米]\)
穿孔直径 100.
打孔高度 100.
基金会直径 200.
基础高度 200.
圆角半径在打孔触点的边缘 10
表2:冲孔和基础尺寸,单位为米

分析类型及网格

工具类型Code_Aster

分析类型动态的

网格和单元类型:案例A到C的网格从[SSNA122] \(^ 2 \)中取出并在3D六面对元素中挤出。它是在本地创建的,并导入SimScale。对于案例d和e,使用一阶四面体网是使用的标准算法

情况下 网格类型 节点 元素类型 解决方案方法 接触平滑 接触系数 摩擦系数
一个 一阶六面体的 7803 标准 增强拉格朗日 100. 0
B 一阶六面体的 7803 标准 点球 1E14 0
C 一阶六面体的 7803 标准 点球 1E14 0.1
D 一阶标准 32101 标准 增强拉格朗日 100. 0
E 一阶标准 32101 标准 点球 1E14 0
表3:案例A到e的网格特性和联系人设置

用于案例A到案例C的网格有以下外观:

一阶十六进制网格验证
图2:用于案例A,B和C的一阶HexaheDral网格

下面是案例D和案例e使用的网格。这是一个标准的一级四面体细胞网格。

一阶标准网格验证
图3:用于案例D和E的一阶标准网格

模拟设置

材料

  • 3 d穿孔
    • 材料的行为:线性弹性
    • \(E\) = 210 \(GPa)
    • \(\ nu \)= 0.3
    • \(\rho) = 7870 \(kg/m³\)
  • 基金会
    • 材料的行为:线性弹性
    • \(E\) = 70 \(GPa)
    • \(\ nu \)= 0.3
    • \(\rho) = 7870 \(kg/m³\)

边界条件

  • 约束
    • act \(d_x \)= 0面上的aces and dgji;
    • acces acfd和dhki上的\(d_z \)= 0;
    • 固定支架在脸上ABC。
  • 表面负荷
    • 压力= \(10^8 \ Pa\)在面IJK。

结果比较

比较DE边缘节点的位移和法向压力。所有图的参考值均采用MSC计算。从[NAFEMS_R94]\(^1\)中提取WebPlotDigitizer

第一图是没有摩擦的情况和参考值的情况之间的轴向位移与参考值之间的比较:

轴向位移3D打孔没有摩擦
图4:DE边缘轴向位移,与参考值吻合良好

现在,将案例C的结果与参考值进行比较,在这里也可以观察到很好的一致性:

轴向位移3D冲床与摩擦
图5:轴向位移在DE边缘,与摩擦被建模

现在,我们仍然在分析DE边缘上的结果,我们将用SimScale得到的径向位移与参考位移进行比较。

径向位移3D打孔没有摩擦
图6:DE EDGE上的径向位移,对于没有摩擦的情况

在图7中,我们将病例C的径向位移结果与参考值进行比较:

径向位移3D冲床与摩擦
图7:涉及摩擦的情况下,DE边缘上的径向位移

最后,将在DE边缘上观察到的A到E情况下的正常压力与参考值进行比较。

正常压力曲线在直线上
图8:将常压水平与所有情况进行比较

图9显示了情况D的\(y\)位移的等高线,单位是米:

在simscale后处理器的Y位移轮廓
图9:在Y方向观察到的位移的轮廓

最后更新:5月19日,2021年

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