《Mechanics of Solid Polymers》5.2.3横向各向同性弹性

今天的文章我们将深入研究基于Abaqus的压接成型仿真。压接成型对于汽车制造中至关重要，可确保通过众多压接接头实现电气连续性。该过程涉及将多股线束机械连接至终端。在本文中，我们将探索压接成型的详细模拟，重点关注影响该过程的几何和材料因素。 我们将重点关注用于对线束和端子夹具之间的相互作用进行建模的动态仿真，涵盖库仑摩擦和边缘到边缘接触等关键方面。通过各种图形，我们将说明压接组件的变形，展示夹臂如何折叠以及电线如何扭曲以形成牢固的接头。压接成型 Abaqus 几何结构和模型 现代汽车包括数千个压接接头，其中多股线束通过机械方式连接到终端，以确保电气连续性。压接过程中端子折叠在线束上的部分称为夹具。设计有效的压接接头需要平衡多种因素，例如线束的直径和数量、夹具的厚度、长度和材料，以及压接工具的几何形状和表面光洁度。压接形成的一个关键方面是压接期间线束的平面外挤压和夹紧。 在此示例中，夹具的厚度为 0.25 毫米，方便夹具臂卷绕线束。最初，夹臂尖端间隔 3.28 毫米（翼尖宽度）。所使用的线束由 19 股线组成，每股直径为 0.28 毫米。下图显示了压接成型前的模型几何形状。 下图提供了线夹组件的特写视图。 可变形线和夹具使用 C3D8R 元素表示，而冲头和砧座则使用 R3D4 元素建模为刚性零件。握把由半硬铜合金制成，建模为 von Mises 弹性应变硬化塑料材料，杨氏模量为 112 GPa，泊松比为 0.34，屈服应力为 391 MPa。这些导线由铜制成，模拟为应变硬化塑料材料，杨氏模量为 117 GPa，泊松比为 0.35，屈服应力为 241.5 MPa。压接成形分析定义由于使用 Abaqus/Standard 进行静态分析会面临以下挑战，因此采用显式动态模拟： – 该模型缺乏静态稳定性，因为手柄和电线可以作为刚体自由移动。 – 压接过程中，当夹臂被冲头向下弯曲到线束中时，夹臂会弯曲。 – 分析涉及复杂的多体接触：夹臂和十九根电线之间、每对电线之间以及两个夹臂之间。 为了完成压接成型，刚性冲头需要向下移动6.88毫米。冲头以不同的速度移动，以有效地进行分析，同时最大限度地减少惯性效应的影响。最初，冲头以 50 毫米/秒的平均速度移动以与夹臂接触。然后加速至 300 毫米/秒，直到夹臂尖端到达冲头顶部。最后，当夹臂弯曲并折叠到线束中时，速度降低至约 20 毫米/秒。整个分析大约需要 0.12 秒。 Abaqus/Explicit 中的通用接触算法用于此分析。一般接触包含选项自动定义全包含曲面，用作管理模型中接触的最简单方法。该表面包括模型中的所有实体，确保所有组件之间的自接触相互作用。使用接触对算法对于该模型来说是不切实际的，因为它无法处理跨越多个物体的表面。对于 22 个接触部件，需要为所有可能的两个表面组合定义 231 个接触对，再加上用于夹紧自接触的附加接触对。如果指定了截止特征角，则可以通过通用接触算法将模型的几何特征边视为边到边接触。该角度是连接到边的两个面的法线之间形成的角度。此分析中的大多数交互可以通过节点到面的接触来检测，而不依赖于边到边的接触。然而，当夹持臂从冲头伸出并接触其边缘时，需要边缘到边缘的接触来准确地强制接触。对于此分析，使用 20° 的特征角标准，这意味着特征角大于 20° 的所有边都包含在一般接触域中。 库仑摩擦力假定为单根线之间、夹具和砧座之间、冲头和夹具之间以及两个夹具臂之间。一般接触属性分配用于为这些不同的配对分配适当的摩擦系数。 在分析过程中，砧座保持静止。线束的一端受到完全约束，而另一端则没有边界条件。压接成型 Abaqus 模拟结果下图显示了压接组件在压接过程中 39 毫秒时的变形形状，此时夹臂已到达冲头顶部。 下图显示了 76 毫秒时的装配情况，此时夹臂围绕冲头顶部弯曲并开始折叠到线束中，在此期间夹臂弯曲。 下图显示了夹具和夹具中点线束的横截面图，描绘了 107 毫秒后的线材变形，其中冲头向下移动了 6.605 毫米。 下图显示了模型的最终变形形状，为清楚起见，删除了刚性冲头。在此图中，夹臂已完全折叠到线束中，完成冲头的向下冲程并显示出线束的平面外挤压。 下图显示了没有周围夹具的线束的最终形状，这种变形对于压接接头的正确形成至关重要。裸铜线上涂有一层薄薄的脆性氧化铜，这是当铜暴露在空气中时形成的。压接成型过程的目的是通过在每根电线中产生显着的表面应变来破坏该氧化层并将铜暴露于夹持表面。 来源：ABAQUS仿真世界