膠管接頭扣壓成型的力學(xué)分析之有限元分析

本文考慮的是為 <19通徑的膠管接頭的扣壓成型 ,由于套筒、芯子的尺寸非常復(fù)雜,畫圖比較麻煩,在本次有限元分析中采用了APDL參數(shù)化設(shè)計[5]
,只要更改其中某些參數(shù), 馬上就可以化出同類套筒和芯子 ,從而有利于不同模型的快速建模,考慮到該模型比較復(fù)雜,有必要采取簡化。本文采用軸對稱結(jié)構(gòu)平面單元來模擬其在某一扣壓力作用下的應(yīng)力應(yīng)變的大小與分布規(guī)律 , 芯子和套筒采用 QUAD4NODE182 單元 , 內(nèi)膠采用 MOONEY-RIVLIN2D4NODEHYPE56單元 , 鋼絲層和中膠層定義為復(fù)合材料用 QUAD4NODE182 單元 , 中間的結(jié)束用TARGE169 目標(biāo)單元和 CONTA172 接觸單元進(jìn)行模擬。采用位移加載法,給套筒外表面,加 1.5mm的徑△p =σs ln
b′
a′ =
1
2
σs ln (1+
b2
- a2
a′ 2 )( 2)
式中△p —塑性極限壓差載荷;
a′—筒體變形后的內(nèi)半徑。
3 橡膠層應(yīng)力分析
橡膠層由于幾何及作用力的對稱性, 可用橡膠板的壓縮理論加以分析?？紤]形狀效應(yīng),由 Gent 方法得:σ= Ec (1-δ)
-2
- (1-δ) /3 (3)
4 復(fù)合管應(yīng)力分析
根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件, 套管與纖維增強層及橡膠層之間接觸處徑向位移一致,故有w =δh r a = a′ +δhr (4)式中δ為壓縮量,h r為橡膠層厚度。綜合式(1)～(4)可得壓縮量與扣壓力的關(guān)系式:6 (1 + 2.22 (
l
2h r
)
2
) Em [ (1 - δ)
- 2
- (1 - δ) ]/3 (5)
向位移 ,定義好約束后求解,從而確定所需扣壓力以及應(yīng)力應(yīng)變。圖 2為其網(wǎng)格化后的單元,共生成 2480個節(jié)點 ,2572個元素進(jìn)行分析定義 166個子步進(jìn)行套筒明顯發(fā)生了塑性變形,而芯子只是發(fā)生了彈性變形。在進(jìn)行后處理時采用FSUM命令可以計算出所需扣壓力為F=1565489N。從得出的位移列陣和扣壓力列陣, 可以確定套筒外表面的位移與扣壓力的關(guān)系如圖 4, 從圖中可以看出 ,其扣壓力隨著扣壓量的增大不斷近似線性遞,其在開始的小位移階段, 主要表現(xiàn)為套筒和鋼絲層的彈性變形, 呈明顯的線性特性, 隨著扣壓量的增大,由于鋼絲層,內(nèi)膠層以及芯子的變形,出現(xiàn)了一定的非線性。