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一个载荷施加均力问题

余花生

1年前浏览211

正文共： 783字 13图预计阅读时间： 2分钟

1 前言

今天，我们讨论一个如下的现场问题，红色部分为一个加力结构，从顶部的支点往下加压，希望黑色的被加压件受到均匀的压力。

2 建模与网格

我们基于workbench开展该问题的模拟。

建立如下的三维模型，压块和被压件的截面均为180×160mm²，注意两者是独立的实体，因为对于该问题的模拟需要设置两者接触。

3 求解设置

所有部件的材质采用workbench的默认碳钢。

将加压件和被压件之间设置接触约束，类型为摩擦接触，摩擦系数为0.2，该设置更符合实际情况。

建立如下边界条件，被压件底部固定，加压件顶部作用向下的力500N。

4 计算结果

我们考察三个因素对加压均匀性的影响，分别为加压柱的直径、加压块的厚度以及加压块的弹性模量。

加压块厚度20mm，加压柱Φ20mm、Φ40mm和Φ80mm三种直径下的接触面接触状态、接触压力分布分别如下图，可以看出加压柱直径越大，越有利于压力均匀，这很好理解。由于加压块承受局部载荷，造成形变不一致（弯曲），因此接触面上会发生不一致的法向位移，故压力也不一样。

直径Φ20mm

直径Φ40mm

直径Φ80mm

加压柱直径Φ20mm，加压块20mm、40mm和80mm三种厚度下的接触面接触状态、接触压力分布分别如下图，可以看出加压块越厚，越有利于压力均匀。加压块厚度越大，其抗弯曲变形能力越强，越能将局部的力分散在各个位置，越有利于压力均匀。

厚度20mm

厚度40mm

厚度80mm

加压块厚度20mm，加压柱Φ20mm，加压块弹性模量2e11Pa、2e15Pa和2e20Pa，接触面接触状态、接触压力分布分别如下图，可以看出弹性模量越大，越有利于压力均匀。弹性模量越大，加压块抗弯曲变形能力越强，当加压块趋近于刚体时，压力就趋近于均匀。当然，弹性模量具体的值不符合实际情况，旨在说明问题。

弹性模型E=2e11Pa

弹性模型E=2e15Pa

弹性模型E=2e20Pa

来源：仿真与工程

科普

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首次发布时间：2023-07-05

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