听说过预应力模态分析,预应力静力分析你会做吗?最近开展的线下仿真培训中,学员反馈了一个问题。很少见,但值得研究。问题如下:两零件之间原有距离,其中一个零件受预拉力,和另外零件靠近后,再焊接在一起,之后再承受一定的的压力。
这个问题在仿真上有两个难点:
难点一:零件受拉后会产生变形,变形对后续承载压力可能存在影响;
难点二:零件受拉后会产生应力,应力对后续承载压力可能存在影响;
几何模型如下所示,两块板存在0.1mm的间隙。左侧板要先产生0.1mm的预变形,然后和右侧板焊接在一起(焊接通过绑定实现),之后承受0.1MPa的法向压力。

板厚为0.5mm,网格尺寸为1mm,生成一层二阶六面体网格。

难点一的解决方案。
固定约束左右端面。对左侧板的右端面施加0.1mm的强制位移,消除两板之间的间隙。


分析模块的数据共享方式。

定义变形后的绑定接触(模拟焊接关系)。绑定算法为MPC。

施加0.1MPa内压。

法向变形结果。

总结:该方法虽然能考虑变形影响,但无法考虑预应力影响。
难点二的解决方案。

定义两个载荷步,打开几何非线性。

固定约束左右端面。

在第一个载荷步中对左侧板的右端面施加0.1mm的强制位移,消除两板之间的间隙。抑制第二个载荷步。

在第二个载荷步中施加内压。

接触定义如下。

抑制第一个载荷步的接触关系,在第二个载荷步中启用。

法向变形结果。

总结:该方法既能考虑变形影响,也能考虑预应力影响。相比分析一的0.097008mm位移,分析二的位移0.022742mm。预应力导致分析结果相差较大。
本文提供另外一个相近方法,供读者参考。

在变形后的基础上,施加温度载荷,使得左侧板的右端面产生0.1mm的收缩量。


定义绑定接触(模拟焊接关系)。绑定算法为MPC。施加0.1MPa内压。

法向变形结果。

相比分析一的0.097008mm位移,分析二的位移0.022742mm。温度法的0.024117和分析二更加接近。证明了分析二的结果是正确合理的。所以该学员问题可以通过分析二的方法来解决。