Simdroid 结构非线性测试:库伦摩擦接触测试


参考文献

[1] J. C. Simo, T. A. Laursen, An augmented lagrangian treatment of contact problems involving friction, Computers & Structures Vol. 42, No. I, pp. 97-116, 1992.


问题描述

几何:

圆管的外径20mm,内径10mm,高20mm,刚性板厚度1mm,计算时选取1/2模型。

Simdroid 结构非线性测试:库伦摩擦接触测试

材料:

线弹性 E=2e5 MPa,v=0.3;Mises塑性等向硬化,屈服应力 Sy=300 MPa,等效塑性应变为1时的屈服应力为Sy1=1000 MPa。上述材料参数与文献[1]中的参数等效,体积模量K=166670 MPa,剪切模量 G=76920 MPa,塑性硬化模量 H=700 MPa。

边界条件:

上板约束Ux=Uz=0,下板约束Ux=Uy=Uz=0,圆管对称面约束Uz=0,圆管在局部柱坐标系下约束周向位移Uphi=0。

荷载:

上板下压位移Uy=-4 mm,y方向压缩了20%。

接触:

板和圆管间库伦摩擦接触,分别计算摩擦系数为0.0、0.1、0.2、0.3、0.4的情况。

单元:

Hex8。

参考解

本例缺少解析解,参考解见参考文献[1]。

结果对比

计算得到的不同摩擦系数时接触面上的径向位移与下压距离的关系曲线为(其中fric为摩擦系数):

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接触面外径处的径向位移和摩擦系数的关系曲线为:

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结果云图

fric=0.0时,等效应力云图为:

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fric=0.0时,等效塑性应变云图为:

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fric=0.1时,等效应力云图为:

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fric=0.1时,等效塑性应变云图为:

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fric=0.4时,等效应力云图为:

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fric=0.4时,等效塑性应变云图为:

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作为对比,此处贴出文献[1]中的结果:

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结论

无摩擦接触时圆管为常应力和常应变状态,外径上各点的位移相同。考虑摩擦后,接触面上的外径的位移小于中间处外径的位移,且摩擦系数越大,接触面处的径向位移越小,两者间呈现非线性的关系。


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