Abaqus耦合的应用及对应力集中影响

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在结构分析中，通常使用Beam或Connector来模拟螺栓连接，这时需要在螺栓孔边缘节点耦合到孔中心。我们知道，ABAQUS中耦合有两种：kinematic coupling和distributed coupling，分别是运动耦合与分布式耦合，分别相当于RBE2和RBE3，其区别便不言而明。kinematic coupling不允许耦合节点的相对位移，所有节点均跟随控制点的运动，而distributed coupling允许耦合节点间的相对位移，控制点的位移或力可以分布到各耦合的节点，因此刚度较小。那么在建立螺栓孔的耦合时，用多少节点才能更准确呢？今天我们就讨论一下这个问题：螺栓孔耦合时用几层节点比较好？简单案列模型如图1所示，由两个part组成，两层厚度1mm的板间距20mm，开孔处通过四根弹簧连接，各孔与中心参考点设置分布耦合，利用Axial连接器模拟弹簧，刚度100。下层板四周固定，上层板中心孔施加强制位移5mm。由于薄板变形较大影响刚度矩阵，因此需打开大变形。

这里讨论耦合三层节点和一层节点两种情况（如图2所示），分析结果见图3,4,5。由云图可知，应力最大位置都在上板中心孔边缘，云图分布一致，但数值有明显差别如表1所示。

从这个简单案例可知，耦合一层节点会导致较明显的应力集中，导致局部区域的应力失去参考意义。因此在实际分析时，应尽量耦合2-3层节点，来减少应力集中效应。