基于Abaqus的周向不连续问题二维简化方法

弗朗索瓦

　　在利用Abaqus解决工程问题过程中，经常会遇到大型复杂旋转类设备，若建立三维模型，单元节点数量巨大，计算成本高、效率低，因此将其简化为平面问题是比较方便的。那么对于整个系统中的周向不连续结构(如带螺栓孔的法兰盘，如图1)该如何进行二维简化呢?下面通过实例介绍两种方法。
　　1. 问题描述：
　　(1)模型介绍：以带螺栓孔的法兰盘为例，如下图所示，内径r= 20mm，外径R=100mm，圆周方向均匀分布8个半径为4的螺栓孔。
　　模型一：三维模型，材料属性如表1，模型如图1所示;
　　模型二：二维模型，采用平面应力单元模拟螺栓孔区域，其余部分为轴对称单元，平面单元的厚度按下式进行近似计算，式中参数如图4，材料属性如表1，模型如图2所示;

　　式中：T为平面应力单元厚度，n为螺栓孔个数，R0为螺栓孔半径，参数RA和RH见图4。

　　模型三：二维模型，采用不同材料属性的轴对称单元模拟螺栓孔区域，其余部分为轴对称单元，材料属性如表1和表2，模型如图3所示。

　　图1模型一

　　图2模型二

　　图3模型三
　　(2)材料属性

　　计算模型所采用的材料属性如表1和表2所示。其中表2的材料参数按照以下公式进行换算，式中参数如图4：


　　图4材料换算尺寸示意图


　　(3)边界条件与载荷

　　对模型轴向定义固定约束，对整个模型施加离心力，如图4所示。

　　图5施加离心力
　　2. 结果分析

　　图6为以上三个模型的径向应力云图，通过对比结果可以看出，三个模型在相同截面处的径向应力误差较小，分布基本一致，但需要注意的是，两个简化模型在螺栓孔附近的过渡区域会存在一定的结果误差。

　　图6径向应力
　　3. 小结

　　通过上述对比验证，为用户提供了两种模拟周向不连续问题的二维简化方法，在使用时，应根据实际情况选择合适的简化方式。


转自：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... XgQWegXFpQggbXFa#rd

野菊

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