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ANSYS APDL | 橡胶筒的超弹性挤压

芷行说

7月前浏览2895

问题描述

模型为两刚性板压缩一个超弹性圆柱筒，关键在于超弹性圆柱筒发生大变形后与底板的接触设置。最后通过后处理导出相应的非线性力位移曲线。该案例可以推广到复杂的超弹性体与刚性体接触的问题，如网球碰撞墙面，轮胎轮面和地面的接触等等。

以下分别为相应的理论模型、有限元模型、压缩后变形云图

理论模型

有限元模型

压缩后变形云图

采用单元包括plane182平面单元、Targe169和Conta171接触单元，读者可以自行将plane182单元换成plane183、solid185、solid186单元，或者Conta171分别换成Conta172、Cont173、Cont174单元进行尝试。分析一些这几种单元对计算收敛性的影响及结果的影响。

最终得到的力位移曲线如下，可以看到该变形过程是一个硬化的变形过程。

命令流解读

单元定义，注意u-P混合公式法的运用是具有一些其他前提条件的，比如说该方法只能用稀疏矩阵求解器或者波前求解器。

ET,1,PLANE182, , ,2            ! 2-D PLANE-STRAIN 4-NODE STRUCTURAL SOLIDKEYOPT,1,6,1                   ! 打开u-P混合公式法ET,2,TARGE169                  ! 2-D TARGET ELEMENTET,3,CONTA171                  ! 2-D CONTACT ELEMENTKEYOPT,3,5,4KEYOPT,3,10,1

材料定义，超弹性材料采用常用的mooney本构。

MP,EX,1,2.82                   ! YOUNG'S MODULUS [MPA]MP,NUXY,1,0.49967              ! POISSON'S RATIOC10 = 0.293C01 = 0.177NU1 = 0.49967DD  = 2*(1-2*NU1)/(C10+C01)TB,HYPER,1,1,2,MOONEYTBDATA,1,C10,C01,DD

刚性接触面直接用TSHAP命令生成刚性线即可。

TSHAPE,LINE

完成的命令流如下，读者自取：

FINISH/CLEAR/PREP7SMRT,OFF !关闭智能网格大小/TITLE, VM211, RUBBER CYLINDER PRESSED BETWEEN TWO PLATESET,1,PLANE182, , ,2            ! 2-D PLANE-STRAIN 4-NODE STRUCTURAL SOLIDKEYOPT,1,6,1                   ! Mixed U-P FORMULATIONET,2,TARGE169                  ! 2-D TARGET ELEMENTET,3,CONTA171                  ! 2-D CONTACT ELEMENTKEYOPT,3,5,4KEYOPT,3,10,1MP,EX,1,2.82                   ! YOUNG'S MODULUS [MPA]MP,NUXY,1,0.49967              ! POISSON'S RATIOC10 = 0.293C01 = 0.177NU1 = 0.49967DD  = 2*(1-2*NU1)/(C10+C01)TB,HYPER,1,1,2,MOONEYTBDATA,1,C10,C01,DDR = 200                        ! RADIUS OF CYLINDER (mm)CSYS,1                         ! SWITCH TO CYLINDRICAL C.S.K,1                            ! DEFINE KEYPOINTSK,2,R,-90K,3,RK,4,(0.5*R),-90K,5,(0.6*R),-45K,6,(0.5*R)K,7,R,-45L,2,7L,7,3CSYS,0                         ! SWITCH TO CARTESIAN C.S.A,2,7,5,4A,7,3,6,5A,4,5,6,1TSHAPE,LINEK,1001,-2*R,-RK,1002,2*R,-RL,1002,1001SAVE,temp,db                    ! SAVE MODEL FOR SECOND ANALYSISTYPE,1AMESH,ALL                         ! MESH ALL AREASREAL,2TYPE,2LMESH,10LSEL,S,LINE,,1,2,1TYPE,3LMESH,ALLsave,cont171,dbFINI*CREATE,SOLV2D,MAC             ! MACRO TO SOLVE MODEL/SOLU!SOLCONTROL,0ANTYPE,STATICNSEL,S,LOC,XD,ALL,UXNSEL,S,LOC,YCP,1,UY,ALL*GET,NCEN,NODE,,NUM,MINALLSEL!CNVTOL,F,,,,-1NLGEOM,ON                     ! INCLUDE LARGE DEFORMATION EFFECTSNSUBST,6                      ! SPECIFY NUMBER OF SUBSTEPS IN LOAD STEPOUTRES,,1                     ! WRITE SOLUTION FOR EVERY SUBSTEPD,NCEN,UY,-100                ! APPLY DISPLACEMENT UY = -100 TO COUPLED NODES!NROPT,FULL,,OFFSOLVEFINISH*ENDSOLV2D                         ! USE MACRO SOLVE2D*CREATE,PLOTS,MAC              ! MACRO FOR POST-PROCESSING/POST1/DSCALE,1,1 !真实变形显示PLDISP,1                      ! 变形结果和未变形结果显示FINISH/POST26/AXLAB,Y,FORCE/AXLAB,X,DISPLACEMENTNSOL,2,NCEN,U,YRFORCE,3,NCEN,F,YPROD,2,2,,,,,,-2PROD,3,3,,,,,,-2XVAR,2PLVAR,3                       ! PLOT DISPLACEMENT VS FORCEPRVAR,2,3                     ! PRINT DISPLACEMENT, FORCE!*GET,F1,VARI,3,RTIME,.5!*GET,F2,VARI,3,RTIME,1!*DIM,LABEL,CHAR,2,2!*DIM,VALUE,,2,3!LABEL(1,1) = 'F (N) @ ','F (N) @ '!LABEL(1,2) = '.1','.2'!*VFILL,VALUE(1,1),DATA,250,1400!*VFILL,VALUE(1,2),DATA,F1,F2!*VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(F1/250),ABS(F2/1400)FINISH*ENDPLOTS                          ! USE MACRO PLOTS