CAXA CAE 塑性、接触分析.docx

金属棒扭合模拟这里我们将模拟两根金属棒通过一端旋转最终扭合起来的情况。这里两根金属棒侧面会在变形的过程中发生复杂的接触、摩擦等，因此需要使用接触约束。接触约束的施加方法是在“约束高级接触表面接触”。用户可在表面接触页面自定义摩擦系数。如在分析页面同时勾选了力、热物理性，表示将进行力-热耦合分析，用户可以在表面接触页面输入产生系数，它能将摩擦转化为热，从而更加真实的模拟工况。需要注意的是，当两个物体有接触、相对运动的话，需要在网格页面设置独立网格命令，确保两物体的网格是“独立”的。若两个物体接触，使用网格粘合命令表示两个物体在接触处公用一组节点。这样就好像两个物体通过接触处的公有节点粘在了一起，因此称它为“粘合”网格。若使用“独立”网格命令，物体接触处会有多组节点，每个实体各拥有一组节点。这样，就好像各实体没有在接触处粘合，而是相对独立的，因此成为“独立”网格命令。操作步骤：1. 读入几何模型。这里我们将分析两个金属棒扭在一起，我们以两个金属棒的交线为轴，金属棒的直径为半径，在金属棒一端绘制第三个参考圆柱。这个参考圆柱将作为辅助，帮助我们建立局部柱坐标系，以便向两个金属棒施加正确的旋转。2. 建立分析 。单击 多物理性主工具栏上的 键， 在以下菜单中选择“静态/稳态分析”，维度为3维：弹出多物理性选项卡：选项卡的上半部分为 Multiphysics FEA树图，展示分析的概要。开始选项卡下半部分为Analysis（分析）页，在树图单击其他叶的名称，可以打开其他叶对应的页面。叶前双问号（?）表示该叶还未设定。分析的设置可从树图顶部到底部依次填写顺利完成。各叶介绍如下： Analysis （分析）：顶级叶，设置涉及的物理性，是否多步，是否大变形，以及高级选项。 模型：选择单位系统，为模型添加材料，设置材料性质（线性/非线性，各向异性）等。 约束：确定模拟的一般边界条件和高级约束，包括初始条件和约束条件。 载荷源：施加载荷（力和压力等）和源（热流、电流等），也可勾选“不需外力”。 网格：添加细化，添加粘合组/独立组，设置网格尺寸等，创建网格。 结果：查看动画，显示图解，查询节点/元素/结果绘图、积分，制作矢量/流线图。3. 设置分析叶，确保勾选“应力”物理性，“多步”以及勾选“多步”后出现的“大变形”。若勾选多步命令，程序在一定伪时间内逐渐向模型施加边界条件，可以观察零件逐步发生变化的过程。勾选多步后会出现大变形选项，它用于支持大变形的元素。同时为了结果更好的收敛，将时间增量改为0.025：4. 单击分析树上的“模型”叶下的“默认材料”叶，打开材料页面，向模型分配默认材料（单击“默认材料”后自动完成默认材料的添加。若想使用其他材料，可在材料页面修改所用材料，或单击“编辑材料”修改材料参数）。因为模型变形较大，已进入塑性区，勾选材料页面的“非线性/各向异性”：单击“编辑材料”，在弹出的非线性各向异性材料编辑对话框中勾选Von Mises 塑性。 5. 添加约束。单击约束叶，选择“位置和旋转”，选中两金属棒底部，固定其全部自由度：再次单击“约束”叶，选择“高级约束”后，单击“表面接触”选项，添加“接触”约束。（计算两金属棒绞合时，圆柱侧面的接触和摩擦）。在摩擦系数处输入0.1。选择金属棒的侧面，并勾选“仅检查所选部分的接触情况”，表示程序仅检测侧面的接触情况。接下来向金属棒添加旋转约束。首先隐藏之前建立的参考圆柱（选中参考圆柱，右键隐藏所选对象）。再次单击“约束”叶，选择“高级约束”后，单击“刚性旋转”选项，旋转角输入120（如有时间也可使用更大的旋转角，如果旋转角过大无法完成计算，请到分析页面将时间步长减小），单位选为degree（度），再选择刚刚金属棒被参考圆柱挡住的底面：再显示参考圆柱（空白处，右键显示所有）。单击刚刚约束叶下添加的刚性旋转约束，单击“设定中心和轴”后，在“设定中心和轴”页面选择“由弧得到原点和轴向”，单击参考圆柱的弧。这样就建立了以两个金属棒相交线为轴的旋转，为了更好观察金属棒变形，再次隐藏参考圆柱：6. 去除“载荷-源”叶前的？。因为本例不需施加载荷-源，单击“载荷-源”叶，选择“不需外力”。7. 网格化。为不使两金属棒在相交处有公有节点（接触处的节点如仅有一套，且被两金属棒公有，那么在变形时两金属棒就好像两棒通过接触部分粘在一起），我们使用“独立”网格命令，表示未分组的实体分别单独话网格：8. 单击结果叶的分析。完成后查看结果。单击结果叶的“图解设置”，转换显示“位移模量”，可单击“动画”查看变形情况。用户可使用FEA选择工具栏上的选择实体功能选中参考圆柱，右键有选择FE有限元隐藏，以便更好的观察变形。此外，单击动画后，应把比例因子改为1。有时变形较小，很难观察