آموزش تحلیل و مدلسازی پرچ در آباکوس

همان‌گونه که قبلا نیز اشاره کردیم، اتصالات از مهم‌ترین اجزای صنعتی یک سازه به شمار می‌روند و طراح بسته به نیاز و هدف خود از طراحی یک عضو می‌تواند از اتصالات دائمی و یا جداشدنی بهره ببرد. پیشتر و در مثال‌های کاربردی نرم‌افزار آباکوس با اهمیت اتصالات جوشی و پیچ‌ها آشنا شدیم (اینجا: مدل‌سازی و تحلیل جوش T شکل در آباکوس، تحلیل انتقال حرارت در فرآیند جوشکاری توسط نرم‌افزار آباکوس، تحلیل پین و قلاب توسط آباکوس). امروز قصد داریم تا با یکی دیگر از اتصالات مهم صنعتی یعنی پرچ (Rivet) در خدمت شما باشیم. با ما در ” آموزش تحلیل و مدل‌سازی پرچ در آباکوس” همراه باشید.

صورت مساله تحلیل و مدل‌سازی پرچ در آباکوس

دو ورق آلومینیومی که بصورت اتصال لبه‌ای توسط پرچ تیتانیومی با یکدیگر در تماس هستند را مطابق شکل زیر درنظر بگیرید. انتهای ورق سمت چپ ثابت شده است و به انتهای ورق سمت راست نیرویی وارد می‌شود. مجموعه را از نقطه نظر نیروی برشی وارد به پرچ و تنش ورق‌ها واکاوی کنید.

• ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی صنایع
• ◄ تذکر: دانلود فایل inp پروژه مدل‌سازی و تحلیل پرچ در آباکوس (فایل مدل هندسی) از لینک زیر:

دانلود فایل‌ inp

حل مساله آنالیز و مدل‌سازی پرچ در Abaqus

فایل inp حاوی مدل هندسی قطعات موردنظر را دانلود کرده و در محیط آباکوس از مسیر File → Import → Model آنرا فراخوانی کنید.

دقت کنید که از آنجایی که مساله متقارن است، تنها به تحلیل و مدل‌سازی نیمی از آن بسنده می‌کنیم تا در زمان محاسبات صرفه‌جویی کرده باشیم.

حال بعد از وارد کردن ورق‌ها و پرچ، بایستی خواص مکانیکی این قطعات را وارد کنیم. همان‌طور که در بالا اشاره شد، ورق از جنس آلومینیوم و پرچ از جنس تیتانیوم است. خواص مکانیکی موردنظر برای آلومینیوم و تیتانیوم را مطابق جدول زیر تعریف نمایید.

ماده	مدول یانگ (MPa)	نسبت پواسون
تیتانیوم (Ti)	112*103	0.34
آلومینیوم (Al)	71.7*103	0.33

با توجه به نمودارهای تنش-کرنش آلومینیوم و تیتانیوم که در ادامه به تصویر کشیده شده است، داده‌های منطقه پلاستیک را نیز وارد کرده تا نتایج حاصل با مسئله واقعی سازگارتر باشد. برای سهولت کار شما دوستان عزیز این داده‌ها استخراج و در جدول‌های زیر آورده شده است.

Aluminum Plastic Data
Yield Stress	Plastic Strain
350	0.0
368.71	0.001
376.5	0.002
391.98	0.005
403.15	0.008
412.36	0.011
422.87	0.015
444.17	0.025
461.5	0.035
507.9	0.07
581.5	0.15
649.17	0.25
704.22	0.35
728.78	0.4
751.85	0.45
773.68	0.5
794.44	0.55
814.28	0.6

Titanium Plastic Data
Yield Stress	Plastic Strain
907	0.0
934.86	0.001
944.28	0.002
961.77	0.005
973.73	0.008
983.28	0.011
993.89	0.015
1014.7	0.025
1023.3	0.03
1051.1	0.05
1099.8	0.1
1129	0.14
1164.9	0.2
1190.2	0.25
1212.8	0.3

تذکر: جهت وارد کردن داده‌های منطقه پلاستیک دو راهکار در پیش روی شماست:1) داده‌ها را از جدول بالا کپی و سپس با کلیک راست کردن در خانه اول مربوط به ناحیه پلاستیک آباکوس و انتخاب گزینه Paste داده‌ها را انتقال دهید. 2) داده‌ها را در یک فایل متنی مثل txt ذخیره کنید و سپس هنگامی که در خانه اول مربوط به ناحیه پلاستیک آباکوس کلیک راست کردید، گزینه Read From File… را انتخاب و فایل مربوطه را انتخاب کنید تا داده‌ها منتقل شوند.

در ادامه، سطح مقطعی از نوع Solid, Homogeneous تعریف کرده و به ورق‌ها و پرچ اختصاص دهید.

با اتمام تعریف ماده و سطح مقطع، به ماژول مونتاژ می‌رسیم، اگر  فایل inp مساله را در آباکوس فراخوانی کرده‌اید، قبلا این مرحله انجام شده است و نیازی به انجام کاری خاص در این مرحله نیست.

در ماژول Step حلگری از نوع Static, General مطابق شکل زیر ایجاد کنید.

در سربرگ Basic، مقدار Time Period را روی 1 قرار دهید. همچنین دقت کنید که گزینه NLGEOM فعال باشد (NLGEOM در آباکوس چیست و چرا استفاده می‌شود؟).

حال، به ماژول Interaction وارد شده و ابتدا رفتار تماسی بین ورق‌ها و پرچ با ضریب اصطکاک 0.05 برای تمامی قطعات، تعریف کنید برای این کار ابتدا مطابق تصویر زیر عمل کنید.

حال در صفحه باز شده مسیر Mechanical → Tangential Behavior را طی کرده تا صفحه زیر برای شما به نمایش درآید. سپس مطابق شکل زیر رفتار تماسی را تعریف کنید.

در مرحله بعد تماسی از نوع General Contact را برای تحلیل انتخاب و مطابق شکل زیر تنظیمات این رفتار تماسی را انجام دهید (تعریف تماس بین اجسام در آباکوس توسط General Contact).

به مرحله شرایط مرزی و بارگذاری رسیدیم. همان‌طور که در صورت مساله اشاره شد، انتهای ورق سمت چپ ثابت شده و و به انتهای ورق سمت راست نیرویی وارد می‌شود. ابتدا Set هایی جهت اعمال شرط مرزی و بارگذاری مذکور تعریف کنید. (اگر با نحوه ایجاد Set در آباکوس آشنایی ندارید به آموزش مربوطه مراجعه فرمایید، اینجا: آشنایی با مفهوم، کاربرد و نحوه ایجاد Set در نرم‌افزار آباکوس) یک Set بنام FIX و شامل 18 گره انتهای ورق سمت چپ و Set دیگر بنام PULL شامل 18 گره انتهای ورق سمت راست.

حال شرط مرزی مذکور را مطابق شکل زیر به ورق اعمال کنید.

دقت کنید که نیرو کششی بصورت جابه‌جایی 2.5 میلی‌متری مطابق شکل زیر به مساله وارد خواهد شد.

جهت جلوگیری از حرکت جسم صلب (Rigid Body Motion) گره‌ای در انتهای ورق سمت چپ را مطابق شکل زیر مقید کنید.

گره‌های صفحه تقارن نیز با توجه به تعریف جسم متقارن، بایستی درجهت عمود بر صفحه تقارن مقید شوند. این کار را مطابق شکل زیر انجام دهید (جهت آشنایی با مسائل متقارن به آموزش مربوطه مراجعه فرمایید، اینجا: تنش صفحه ای، کرنش صفحه ای و تقارن محوری چیست؟).

برای مش‌بندی نیز از المان C3D8I برای ورق‌ها و المان‌های C3D8R و C3D6 برای پرچ استفاده شده است (اطلاعات بیشتر پیرامون نحوه نامگذاری این المان‌ها در اینجا: خانواده المان‌ها در آباکوس). دقت کنید که در ورق‌ها از المان Incompatible Modes (توضیحات کامل‌تر پیرامون این دسته از المان‌ها در اینجا: المان‌هایIncompatible Mode در آباکوس چیست؟)و در پرچ از المان کاهش‌یافته (توضیحات کامل‌تر پیرامون این دسته از المان‌ها در اینجا: المان‌های Reduced Integration) استفاده شده است.

بنابراین برای ورق‌ها، تنظیمات Mesh Controls و Element Type را مطابق شکل زیر انجام دهید.

تذکر: جهت اطلاعات بیشتر پیرامون گزینه‌های Element Shape و همچنین الگوریتم‌های مش‌زنی مختلف در سربرگ Mesh Controls می‌توانید به‌ترتیب به آموزش‌های مربوطه در اینجا: “انواع شکل المان در آباکوس” و “تنظیمات الگوریتم مش‎زنی در آباکوس” مراجعه فرمایید.

همچنین تنظیمات Mesh Controls و Element Type برای پرچ نیز مطابق شکل زیر خواهد بود.

در صورتی که فایل inp را دانلود و در آباکوس فراخوانی کرده باشید، مدل هندسی دارای مش است و نیازی به تغییرات خاصی در این ماژول ندارید.

حال مساله را جهت حل به ماژول Job بفرستید.

انیمیشن زیر کانتور تنش ورق‌ها و پرچ را در حین تحلیل نشان می‌دهد.

تمرین: نمودار تنش فشاری در اطراف دهانه سوراخ ورق بالایی را ترسیم کنید.

منبع : آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک