ABAQUS实例之网球撞击球拍分析

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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。

结果输出

计算提交可以利用帮助中提供的inp文件完成，通过本例可以对这一类型的分析所需要的参数及考虑的情况有初步了解，尤其是在理论知识不足的情况下，可以对分析工作有一个轮廓性的把握。这里面涉及压缩气体、超弹性材料、接触设置等一系列知识点，需要学习和熟悉较多的理论知识，在此抛砖引玉。

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首次发布时间：2019-06-26