实际应用案例：橡胶管分析

本章将对一个橡胶管进行一次非线性分析，如图14-1所示。分析包含所有三种类型的非线性：几何、材料和接触。当求解这些类型的问题时，将练习使用不同的稳定方法。

项目描述 橡胶管在水平和竖直方向分别受到1100N和250N的力，管子会滑向金属挡料销，该凸台具有抵抗载荷的作用。分析的目标是当加载全部载除时，计算出橡胶管本身的位移。

图14-1 橡胶管模型

操作步骤

步骤1 打开装配体

从Lesson14\Case Study文件夹下打开Contact装配体。

步骤2 更改为对称配置

根据几何体、载荷和约束，我们可以在分析中利用对称来简化模型。在Configuration-Manager中激活Symmetry配置，如图14-2所示。

图14-2 更改为对称配置

步骤3 新建一个算例

新建一个算例并命名为Sliding Contact，分析【类型】选择为【非线性】。

步骤4 编辑材料属性

使用两常数Mooney-Rivlin超弹性模型模拟橡胶管材料。在【材料】对话框中，复制橡胶材料到自定义材料库中。在【属性】选项卡中，选择【超弹性-Mooney Rivlin】作为【模型类型】。设置【单位】为【SIN/mm^2（MPa）】。在【名称】中输入Rubber。输入下列材料常数：泊松比为0.499，第一材料常量为1.2N/mm^2，第二材料常量为0.069N/mm^2。单击【保存】，保存橡胶材料常数，如图14-3所示。单击【应用】和【关闭】按钮。

图14-3 编辑材料属性

步骤5 编辑金属销钉材料

确认铝合金（默认情况下以线弹性材料建模）材料从SOLIDWORKS传递过来。

步骤6 对金属销钉添加夹具

对金属底销钉底座添加一个固定几何体夹具，如图14-4所示。将该夹具重命名为Im-

步骤7 添加对称约束

对橡胶管的切割面添加一个【对称】夹具，如图14-5所示。将该夹具重命名为Symmetry。

图14-4 对金属销钉添加夹具

图14-5 添加对称约束

步骤8 添加水平方向作用力

添加大小为550N（全部载荷的一半）的【法向】力到如图14-6所示的表面。在【随时间变化】选项组中，选择【线性】，如图14-7所示。

图14-6 添加水平方向作用力

图14-7 选择线性

将力重命名为Horizontal force。

步骤9 添加竖直方向作用力

和之前的定义相同，添加一个大小为125N（图14-8）的竖直向下（y轴的反方向）的作用力。再一次使用【线性】的【随时间变化】的载荷，如图14-9所示。将力重命名为Vertical force。(www.xing528.com)

步骤10 爆炸视图

爆炸视图，以方便定义接触条件，如图14-10所示。

步骤11 设置第一个接触条件

右键单击连接并选择【相触面组】，在【类型】选项组中选择【无穿透】。选择橡胶管内侧圆柱面为【组1】，对应的金属销钉面为【组2】，如图14-11所示。在【高级】选项组中，选择接触类型为【曲面到曲面】。勾选【摩擦】复选框，设置【摩擦系数】为0.1，如图14-11所示。单击【确定】。

图14-8 添加竖直方向作用力

图14-9 选择线性

图14-10 爆炸视图

图14-11 设置第一个接触条件

步骤12 设置第二个接触条件

在橡胶管底面和金属挡料销表面之间设置第二个【无穿透】接触条件，如图14-12所示。再一次指定【摩擦系数】为0.1。

步骤13 应用网格控制

在接触区域细化网格。使用局部【单元大小】4.9547mm和【比率】1.5，对接触橡胶的两个金属面应用网格控制。使用局部【单元大小】3.81mm和【比率】1.5，对接触金属的两个橡胶面应用网格控制。

步骤14 设置全局接触

右键单击连结中的【零部件接触】文件夹下的【全局接触】，选择【编辑定义】。在【选项】选项组中，选择【不兼容网格】，如图14-13所示。

图14-12 设置第二个接触条件

图14-13 设置全局接触

步骤15 生成网格

使用【基于曲率的网格】，使用默认的【最大单元大小】19.819mm生成【草稿品质网格】，更改【最小单元大小】为1.5mm，【圆中最小单元数】为8，【单元大小增长比率】为1.6。

步骤16 设置非线性算例的属性

设置【最大】时间增量为0.1，【调整数】为10，保存所有其他参数为默认数值。确认勾选了【使用大型位移公式】复选框。

步骤17 设置高级选项

单击【高级选项】按钮，确认选择了【力】控制方法和【NR（牛顿拉夫森）】迭代方法，单击【确定】保存设置。

步骤18 取消爆炸视图

步骤19 运行算例

计算求解的过程非常漫长。而且可能会显示各种【警告】信息，提示非分散缝隙和刚度奇异，导致解算器不断降低时间步长，如图14-14所示。这个分析最终会失败。

图14-14 分析进度窗

提示

也许要等很长时间分析才会报错，等一段时间后可以退出求解。