Конечно-элементное моделирование для имитации квазистатического сжатия гофрированных конических труб

Чтобы импортировать и создать детали, откройте программное обеспечение конечных элементов. Импортируйте деталь ST, щелкнув левой кнопкой мыши по Файлу, выбрав Импорт, а затем Деталь. Выберите файл ST и назовите эту деталь ST. Далее создайте деталь Нижняя плоскость.

Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке Создать деталь, перейдите в раздел Форма и выберите Оболочка. Назовите эту деталь Нижняя плоскость и щелкните левой кнопкой мыши по кнопке Продолжить. Выберите создание круга, центра и периметра, а затем нарисуйте круг с началом координат в качестве центра и радиусом 20 миллиметров.

Добавьте точку отсчета Set-4 к нижней плоскости детали. Аналогичным образом создайте верхнюю плоскость и добавьте точку отсчета Set-5 к верхней плоскости детали. Теперь кликните левой кнопкой мыши по Создать материал.

Перейдите в раздел «Общие», выберите «Плотность» по порядку и введите 7,85 умножить на 10 в степень минус девять в поле «Плотность массы». Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Механический». Выберите «Эластичность», а затем «Эластичность» по порядку.

А при модуле Юнга и коэффициенте Пуассона вход 185, 000 и 0,3 соответственно. Затем щелкните левой кнопкой мыши по Механическим. Выберите «Пластичность» и нажмите «Пластик».

Введите данные в поля Предел текучести и пластическая деформация. Щелкните левой кнопкой мыши по «Создать раздел». Перейдите в «Категория», выберите «Оболочка» и щелкните левой кнопкой мыши «Продолжить».

В разделе Толщина оболочки выберите Узловое распределение. Щелкните левой кнопкой мыши по Создать аналитическое поле. Выберите Поле выражения и введите формулу.

Щелкните левой кнопкой мыши по разделу «Назначить». Выберите ST в интерфейсе и щелкните левой кнопкой мыши по Готово, а затем OK. Теперь, чтобы собрать детали в единое целое, щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Создать экземпляр». Выберите ST, Нижняя плоскость и Верхняя плоскость, а затем щелкните левой кнопкой мыши по OK. Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке Rotate Instance, выберите Bottom Plane и Top Plane, введите начальную точку 000 и конечную точку 100 оси вращения по очереди.

И в поле Угол поворота введите 90. Щелкните левой кнопкой мыши по «Создать шаг», выберите «Динамический», «Явный» и щелкните левой кнопкой мыши по «Продолжить». В разделе Период времени введите 0.05 и щелкните левой кнопкой мыши по OK. Затем щелкните левой кнопкой мыши по «Создать вывод истории» и выберите «Энергия».

Щелкните левой кнопкой мыши по «Создать вывод истории», перейдите в раздел «Домен» и выберите «Набор-5». Перейдите к разделу Выходные переменные. Введите RF2 U2 и щелкните левой кнопкой мыши по OK. Теперь задайте свойства контакта, тип, а также верхнюю и нижнюю плоскости в качестве жестких тел.

Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Создать свойство взаимодействия». Выберите Контакт, перейдите в раздел Механические и выберите Тангенциальное поведение. В разделе Формулировка трения выберите Штраф, а в поле Коэффициент трения введите 0,2.

Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Создать взаимодействие». Выберите Общий контакт, явный и в разделе Глобальное назначение свойств выберите indProp-1. Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Создать ограничение».

В разделе "Тип" выберите "Жесткое тело" и выберите "Нижняя плоскость" и "Верхняя плоскость". Чтобы зафиксировать нижнюю плоскость и установить нисходящую скорость загрузки 500 миллиметров в секунду на верхней плоскости, щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Создать граничное условие». В разделе Типы для выбранного шага выберите Смещение или Поворот.

Возьмите Set-4 и введите ноль во всех направлениях. Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Создать граничное условие». Перейдите в раздел Типы для выбранного шага.

Выберите Скорость или Угловая скорость. Возьмите Set-5, введите минус 500 в V2 и введите ноль в обратном направлении. Щелкните левой кнопкой мыши по Начальной части, введите 0.8 в поле Приблизительный глобальный размер и введите 0.08 в поле По абсолютному значению.

Щелкните левой кнопкой мыши по Mesh Part и выберите Yes. Щелкните левой кнопкой мыши по кнопке «Назначить тип элемента», выберите деталь и выберите «Готово». В разделе «Библиотека элементов» выберите «Явный» и щелкните левой кнопкой мыши OK.To отправить расчеты и экспортировать результаты, щелкните левой кнопкой мыши «Создать задание», выберите модель для расчета и щелкните левой кнопкой мыши «Продолжить».

Щелкните левой кнопкой мыши по Job Manager, выберите модель для расчета и щелкните левой кнопкой мыши по Submit. Выберите готовую модель для расчета и щелкните левой кнопкой мыши по «Результатам», чтобы войти в визуализацию. Из визуализации получается режим деформации СТ.

С увеличением коэффициента изменения толщины k режим деформации СТ изменялся с поперечного расширения и сжатия на осевое прогрессивное складывание. Режим деформации трубки КТ изменялся с ромбовидного прогрессивного складчатого на круглое прогрессивное сворачивание. В то время как трубка DT всегда сохраняла режим поперечного расширения и сжатия.

Пиковая сила дробления значительно снизилась, а амплитуда колебания силы стала меньше. При более высоких значениях k потеря устойчивости происходила ближе к концу нагрузки, где толщина поперечного сечения пластикового склада меньше. Следовательно, пиковая сила дробления также уменьшилась.

Поглощение энергии и удельное поглощение энергии значительно увеличились. А эффективность дробящего усилия увеличивалась с увеличением k. В то же время поглощение энергии тонкостенными трубами незначительно изменялось с увеличением значений k, что также увеличивало эффективность усилия дробления.

Эксперимент по квазистатическому сжатию на напечатанном на 3D-принтере из нержавеющей стали с нулевым значением k показал, что кривые сила-смещение из эксперимента и моделирования хорошо совпадают, а модели деформации почти идентичны.