还记得《圣斗士星矢》的动画片么,里面的圣斗士一旦穿上黄金圣衣,则会爆发出惊人的战斗力。一件衣服的作用性被无穷放大。在工业中,这样的场景也很常见,如通过淬火,实现材料表面的材质发生组织相变,在强度和硬度等方面进行较大提升,以满足不同的工况要求。
在有限元模拟方面,对淬火层的模拟面临的最大问题是尺度问题。一般淬火层的厚度都是μm级别,零件的尺寸基本在mm级别,跨尺度的问题在网格划分时尤为突出,可能会造成整体的网格数量呈现指数级的增长。所以用真实模型去表现淬火层在大多数分析时并不现实。
在abaqus中,可以使用skin的方法快捷的定义材料的淬火层,而不需要实际建模。核心操作如下:
1.建立淬火层材料
由于淬火层的材料性质不同,所以必须要定义相应的材料属性。
2.定义淬火层厚度
定义淬火层的截面为membrane,厚度为0.1mm(仅为演示用,不要在意具体数值)
3.将截面信息赋予到对应面
将截面信息赋予到淬火层的面上
4.建立skin
这是关键步骤,在工具栏里面选择creat skin,选择上表面定义为skin。
5.对此skin指定单元类型
对定义的skin定义单元类型,需要注意的时,需要将过滤器选择为skin,这样才可以选择中之前定义的skin。
将单元类型定义为membrane,如图所示。
6.结果对比
在同样载荷下,下面左图为正常云图,右图为添加淬火层后的应力云图。
通过对比可以看到,添加淬火层后,零件主体的应力分布得到了缓解。这符合实际情况。