基于ABAQUS的机械结合面特性处理方法研究

作     者：牛琦 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张广鹏;石坤

授予年度：2019年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：结合面特性 有限元 接触模型 虚拟材料 二次开发 

摘      要：结合面广泛存在于机械结构中,结合面具有非线性特性,对机械结构整机性能影响较大。目前采用有限元对含结合面结构特性进行数值分析时,通常采用绑定约束或者设定固定刚度值的方法处理结合面特性,由于未考虑结合面的非线性特性,导致这种方法处理结果常常与实际相差较大。另一方面,目前的商用有限元系统尚缺乏结合面特性数据库的支持,导致商用有限元软件系统难以有效处理含结合面结构特性的解析问题。本文在前人研究基础上,开展基于ABAQUS的机械结合面特性处理方法研究,为有限元软件系统对结合面特性有效处理提供了一条新思路。本文的主要研究内容包括:(1)开展了结合面基础特性实验研究,获得了结合面法向和切向基础特性参数,为有限元软件系统中结合面特性的有效处理提供数据支持。(2)建立了考虑结合面基础特性数据的有限元接触模型。通过有限元软件系统中的面相对于面的离散方法处理及切向有限滑动跟踪,将结合面法向和切向数据导入结合面接触行为中,实现结合面接触问题的有效处理,为考虑结合面非线性特性的结构静力学分析提供了一种方法。(3)提出了基于非均匀特性虚拟材料的结合面等效处理方法。推导了各向同性虚拟材料参数表达式,建立了依据结合面应力分布进行结合面特性分区均匀化等效处理模型,实现了含结合面结构的有限元静力学与动力学分析。(4)开发了考虑结合面特性参数的UMAT子程序,实现了含结合面结构特性分析的自动处理,为ABAQUS分析结合面问题提供了一条途径。通过含结合面的结构特性实验验证了本文所建立的结合面非线性特性处理模型与方法的有效性。