شبیه‌سازی و تحلیل برخورد (ضربه) در نرم‌افزار آباکوس

اهمیت تحلیل مسائل حوزه مکانیک ضربه بر کسی پوشیده نیست. تحلیل استحکام سازه‌هایی نظیر خودرو، زیردریایی و کشتی‌ها در برخورد به موانع و تصادفات، تحلیل برخورد یک توپ تنیس به راکت و یافتن ضریب بازگشت بین دو جسم تنها گوشه‌ای از گستردگی و تنوع موضوعات مکانیک ضربه را نشان می دهد. با توجه به اهمیت بسیار بالای موضوع در مباحث صنعتی، تحلیل اجزای محدود برخورد همواره در صدر علایق محققین قرار داشته است. نرم‌افزار آباکوس نیز بعنوان یکی از قدرتمندترین ابزارهای تحلیلی، قابلیت مدل‌سازی و تحلیل مسائل حوزه مکانیک ضربه را با دقت بسیار بالایی دارد. از این‌رو بر آن شدیم تا مثالی کاربردی و آموزشی از تحلیل برخورد (Collision) در Abaqus را برای شما عزیزان آماده کنیم. با ما در آموزش پروژه‌محور شبیه‌سازی و تحلیل برخورد (ضربه) در نرم‌افزار آباکوس همراه باشید.

صورت مسئله تحلیل برخورد در نرم‌افزار آباکوس:

میله ای به طول 30mm و با سطح مقطع دایره ای به شعاع 3mm با سرعت 200m/s به یک دیوار صلب برخورد می کند. مدول یانگ میله 110GPa ، تنش تسلیم 300MPa، نسبت پواسون 0.3 و چگالی ماده سازنده 8900Kg/m^3 است. با فرض عدم وجود اصطکاک و اثرات حرارتی، مسئله را در نرم‌افزار Abaqus شبیه سازی کرده و کانتور تنش میله را بدست آورید.

• ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک (حوزه مکانیک ضربه و برخورد) – مهندسی خودرو
• ◄  اطلاعات بیشتر در: Simuleon.com

حل مسئله آنالیز برخورد در نرم‌افزار Abaqus:

اطمینان داریم که شما همراهان گرامی بخش آموزش نرم‌افزار آباکوس، با مفهوم تقارن محوری در تحلیل اجزای محدود آشنایی کامل پیدا کرده‌اید و با دیدن این مسئله ذهنتان به سمت تحلیل Axisymmetric معطوف شده است. اگر پاسخ شما مثبت بوده به شما تبریک می‌گوییم و اگر جوابتان منفی است، سعی می‌کنیم نظر شما را جلب کنیم. علی‌رغم برقراری تمامی شرایط تحلیل تقارن محوری، قصد داریم این مسئله را به روش سه بعدی حل کنیم اما برای کاهش هزینه‌ها و زمان، به مدلسازی و تحلیل یک چهارم از مسئله خواهیم پرداخت.

وارد محیط Part شوید و دو قطعه مجزا (یک قطعه صلب و دیگری شکل‌پذیر) مطابق شکل زیر ایجاد کنید.

درادامه، به ماژول Property رفته و خواص مکانیکی مندرج در صورت مسئله را برای میله وارد کنید. از آنجایی که صفحه، رفتار صلب دارد، نیازی به تعریف ماده و سطح مقطع برای آن نیست. هر دو قطعه مورد‌نظر را وارد محیط Assembly کرده و آنها را مطابق شکل زیر مونتاژ نمایید.

سپس در ماژول Step یک گام با حلگر Explicit و بازه زمانی 10e-5 تعریف کنید. با توجه به ماهیت مسئله و وجود تغییر شکل‌های بزرگ، گزینه Nlgeom را به حالت On درآورید.

ماژول Interaction را می‌توان قلب تپنده تحلیل‌های برخورد و ضربه در نرم‌افزار آباکوس دانست. از این‌رو با ورود به محیط مذکور، تماسی از نوع Surface to Surface و بدون اصطکاک بین میله و صفحه صلب تعریف نمایید.

در ادامه روند معمول تحلیل در نرم‌افزار آباکوس، به محیط Load رفته و شرایط مرزی و اولیه منطبق بر صورت سوال را اعمال کنید. از آنجایی که میله تنها تا زمان برخورد با دیواره دارای سرعت است، از ابزار Predefined Load برای اعمال سرعت به میله استفاده کنید.

در گام آخر از مدلسازی، مسئله را با ایجاد شبکه اجزای محدود در محیط Mesh برای حل در ماژول Job آماده کنید.

انیمیشن زیر نشان دهنده کانتور تنش ون میسز در میله پس از برخورد با دیواره صلب است.

بعنوان یک تمرین، نمودار سرعت یک نقطه از پیشانی میله را ترسیم و بر روی نقاط آن بحث کنید.

منبع : آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک