Abaqus——之蒙皮与筋的应用

 目录

•  示例：球冲击泡沫

• 创建蒙皮

• 创建纵梁

•  对应的输入文件

• 结果

• 结论

        块状材料可以用更硬的外层或与其连接的梁结构来增强。在 Abaqus 中，可以通过创建与块状材料相连的壳或梁来模拟加强结构。然而，使用蒙皮来模拟壳层或使用纵梁来模拟梁会更有效。使用这些功能，会创建与底层网格共享节点的附加壳（蒙皮）或梁（纵梁）元素。它们不需要单独划分网格，也不需要系带。属性的定义与常规壳或梁单元类似。

在本文中，我将展示如何定义蒙皮和纵梁并为其分配属性。

示例：球冲击泡沫

例如，将使用一个球撞击一块泡沫材料（图 1）。在泡沫顶部，将使用蒙皮添加一层钢，并在边缘使用纵梁进行梁加固。

图 1：没有蒙皮或纵梁的模型。

球的直径为 80 mm，假定为刚性球。它的质量为 500 克。它只能垂直方向移动，初速度为10 m/s。该泡沫的尺寸为 200 x 200 x 100 毫米，具有超泡沫材料特性，还包括一块刚性地板。该板的底部受到完全约束。使用一般接触，默认法向行为，摩擦系数为 0.26，使用 Abaqus/Explicit。这个分析的结果可以在动图中看到。

创建蒙皮

该模型现在将扩展为使用蒙皮在泡沫顶部添加 0.1 毫米厚的钢层。打开泡沫部件时，可以通过选择“Special”>“Skin”>“Create...”从“Property”模块创建蒙皮。

图 2：创建skin

下一步是选择要在其上创建蒙皮的实体，在本例中为泡沫的顶面（图 3）。

图 3：选择要在其上创建蒙皮的实体。

通过确认，蒙皮已定义并在模型树中可见（图 4），但几何形状没有变化。

图 4：包含蒙皮的模型树

蒙皮还没有任何属性。skin需要一个 shell 属性。在本例中，定义了由完美弹性塑钢材料制成的 0.1 毫米厚的外壳部分。要分配部分，可以使用普通的“分配部分”图标。为了简化蒙皮的选择，可以选择“skin”作为可能的选择区域（图 5）。现在可以轻松选择蒙皮并分配属性。

图 5：选择“skin”作为潜在的选择区域。

通过此步骤，钢层包含在模型中并连接到泡沫。不需要对蒙皮进行单独的网格划分，因为它与下面的泡沫共享其节点。

创建纵筋

纵梁的创建方式与skin类似：在打开相关部件时，从属性模块中选择特殊 > 纵梁 > 创建...。在本例中，选择泡沫的垂直边缘作为在其上创建纵梁的实体（图 6）。

图 6：纵梁位置

纵梁现在出现在模型树中，但看不到几何形状的变化。与蒙皮一样，需要将属性分配给纵梁。与常规梁一样，需要截面分配和梁方向。定义了与具有圆形横截面（直径 1 mm）和完美弹性塑钢材料属性的梁相对应的梁截面。该部分分配给纵梁。同样，可以通过仅从某些类型的区域（在本例中为 Stringers）中进行选择来简化区域的选择。这也可用于选择要分配光束方向的区域。现在模型已完全定义，可以创建并提交作业。

 对应的inp文件

如前所述，蒙皮和纵梁对应于与底层几何体共享节点的新元素。这应该在输入文件中可见。为了使输入文件更加清晰，选择网格种子，使散装泡沫材料由单个元素表示（图 7）。然后我们确实看到，虽然新的元素编号用于定义与蒙皮和纵梁相对应的元素，但这些元素由与散装材料相同的节点编号组成。

图 7：带有蒙皮和纵梁的泡沫零件的输入文件

结果

用于可视化壳体厚度和梁轮廓的常规选项也适用于蒙皮和纵梁（图 8）。

图 8：渲染梁轮廓和壳体厚度。

钢层蒙皮的影响在变形模式中清晰可见：变形变得不太平滑，钢皮中出现塑性变形（图 9 和视频）。

图 9：没有（左）和有（右）蒙皮和纵梁的模型。基于材料属性的颜色编码。

结论

蒙皮和纵梁是定义与底层几何体共享节点的壳或梁的简单方法。这可用于对块状材料件进行加强的建模方法。蒙皮和纵梁能在实体上定义，例如，多层壳材料也可以使用蒙皮来定义。