ABAQUS实例之网球撞击球拍分析

19天前浏览7238

本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了基于ABAQUS软件的网球冲击网球拍过程的模拟分析。通过显示分析步，模拟了网球以特定速度和角度冲击网球拍的过程。网球拍线采用杆单元模拟，网球采用壳单元模拟，并考虑了内部可压缩气体的影响。文章详细说明了模型的属性、参数设置、边界条件以及结果输出，为类似分析提供了有益的参考和启示。通过本例，可以初步了解分析此类问题所需的参数和考虑因素，为后续的分析工作提供了基础。
实例简介

网球以速度υ=6.706 m/sec（264 in/sec，后面需要使用），入射角θ=15°（可直接按照实例采用英制单位）冲击网球拍，其中网球内部充满可压缩气体。本文根据ABAQUS帮助实例，基于显示分析步模拟该冲击过程（如图1所示），相关inp文件可以参考ABAQUS Example 2.1.5。

图1 分析模型

属性及参数说明

网球拍线采用T3D2杆单元，杨氏模量Е=6.895GPa，泊松比ν=0.3，密度ρ=1143kg/m³，网球线是张紧的，定义初始张紧力F0=44.48N（10lb，后面需要使用）。外围网球拍框架定义为刚性体，采用R3D4单元模拟。

网球采用S4R壳单元模拟，材料定义为橡胶材料。由于橡胶属于超弹性材料，采用Mooney-Rivlin模型定义材料参数：C₁₀=0.69MPa，C₀₁=0.173MPa，D₁=0.0145MPa，密度ρ=1068kg/m³。

网球内部可压缩气体初始压力定义为P₀=41kPa，同时需要定义气体摩尔质量（м=0.062Kg）及摩尔热容量（с=28.11J/kg°K），环境压力为大气压力P=100kPa。为平衡网球内部初始气体压力，网球表面初始膜应力大小为S=155kPa。冲击过程中，定义网球同球拍的接触属性，其摩擦系数为0.1。

【PS:上述参数数据均源自ABAQUS帮助文档】

边界施加说明

对上述所需参数明确之后，我们可以加载实例模型进行各项设置。在帮助文件inp中，可以看到网球线初始张紧力大小施加大小数值为1273，其源自于我们在材料属性定义步骤中设置了其截面积大小为0.007854，所以有F₀/s=10/0.007854=1273.2365。上述数值未注明单位均采用英制单位（inp文件所用单位）。网球初始速度设置因为存在入射角度θ，所以有v1=υ*sinθ，v2=υ*cosθ。