有限元建模模拟波纹锥形管准静态压缩

导入并创建部件时，打开有限元软件。通过左键单击“File”，选择“Import”，然后选择“Part”来导入部件ST。选择文件ST，并将此部件命名为ST。接下来，创建部件“Bottom Plane”。

单击“创建部件”，导航至“形状”，选择“壳体”。将此部件命名为“底平面”，然后单击“继续”。选择创建圆、圆心和周长，以原点为圆心绘制一个半径为 20 毫米的圆。

将参考点 Set-4 添加到部件 Bottom Plane。类似地，创建 Top Plane 并将参考点 Set-5 添加到部件 Top Plane。现在，单击鼠标左键选择创建材料。

转到“常规”选项，按顺序选择“密度”，并在质量密度下输入 7.85 × 10⁻⁹。单击鼠标左键选择“力学”，然后按顺序选择“弹性”和“弹性”。

在“杨氏模量”和“泊松比”下分别输入 185,000 和 0.3。然后，单击“力学”左侧。选择“塑性”，并单击“塑性”。

输入屈服应力和塑性应变数据。单击鼠标左键创建截面。转到类别，选择壳体，然后单击鼠标左键继续。

在“壳体厚度”下，选择“节点分布”。单击鼠标左键创建解析场。选择表达式场并输入公式。

单击“分配截面”。在界面中选择 ST，然后单击“完成”，接着单击“确定”。现在，要将各个部件组装成整体，单击“创建实例”。选择 ST、底平面和顶平面，然后单击“确定”。单击“旋转实例”，选择底平面和顶平面，依次输入旋转轴的起点 000 和终点 100。

在“旋转角度”下输入 90。单击鼠标左键创建步骤，选择“Dynamic, Explicit”，然后单击鼠标左键继续。在“时间周期”下输入 0.05，然后单击“确定”。接着，单击鼠标左键创建历史输出，并选择“Energy”。

单击“创建历史输出”，进入“域”，选择“集合-5”。导航至“输出变量”，输入 RF2 U2，然后单击“确定”。接下来，设置接触属性、类型，以及顶面和底面为刚体。

单击左键选择“创建相互作用属性”。选择“接触”，进入“力学”选项，选择“切向行为”。在“摩擦公式”下选择“罚函数法”，在“摩擦系数”下输入 0.2。

单击鼠标左键选择“创建相互作用”。选择“通用接触，显式”，在“全局属性分配”下选择 indProp-1。单击鼠标左键选择“创建约束”。

在“类型”中，选择“刚体”，并选取底面和顶面。为固定底面并在顶面上设置每秒 500 毫米的向下加载速度，单击鼠标左键选择“创建边界条件”。在“所选步骤的类型”中，选择“位移或旋转”。

拾取 Set-4，并在所有方向输入零。左键单击创建边界条件。转到所选步骤的类型。

选择速度或角速度。拾取“Set-5”，在 V2 下输入 -500，并在另一方向输入 0。左键单击“Seed Part”，在“近似全局尺寸”下输入 0.8，在“按绝对值”下输入 0.08。

单击网格部件，然后选择“是”。单击“分配单元类型”，选中该部件，然后选择“完成”。在“单元库”下选择“显式”，然后单击“确定”。要提交计算并导出结果，请单击“创建作业”，选择要计算的模型，然后单击“继续”。

单击作业管理器，选择要计算的模型，然后单击提交。选择已完成计算的模型，单击结果以进入可视化界面。通过可视化可获得ST的变形模式。

随着厚度变化因子k的增大，ST的变形模式由横向膨胀与收缩转变为轴向渐进屈曲。CT管的变形模式由菱形渐进屈曲转变为圆形渐进屈曲。而DT管始终维持横向膨胀与收缩的变形模式。

峰值压溃力显著降低，且力波动的幅度变小。随着 k 值增大，屈曲更接近加载端，而塑料折叠处的截面厚度在该位置更小。因此，峰值压溃力也随之减小。

能量吸收和比能量吸收显著增加。同时，随着k值的增大，压溃力效率提高。与此同时，随着k值的增大，薄壁管的能量吸收略有变化，这也提高了压溃力效率。

对k值为零的3D打印不锈钢CT进行的准静态压缩实验表明，实验与模拟得到的力-位移曲线吻合良好，且变形模式几乎完全相同。