测试编号:VNL07根据施加的载荷求出总体或部分梁分离/滑移。
定义
两根尺寸为 10x10x100 mm 的相似梁相接触。 (Figure 1)。
材料属性为:
- 摩擦系数
-
f=0.15
Figure 1.
考虑了五种载荷工况。在所有载荷工况下,下梁底部是固定的,上梁在其顶部受力,总垂直荷载为 2N,均匀分布在表面上。上梁的右端承受垂直荷载
Fy
or with horizontal load
Fx
,均匀分布在表面上。
载荷工况 |
Fx, [N] |
Fy, [N] |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0.9 |
3 |
0.3 |
0 |
4 |
0.31 |
0 |
5 |
0.29 |
0 |
梁被模拟为两个实体 (
Figure 2)。连接处的接触条件设置为“
分离”,摩擦系数为 0.15。
Figure 2.
结果
- 工况 1:
考虑上梁的平衡。如果
Fy
=0,那么力 N 会被接触中的反作用力平衡。随着
Fy
的增长,梁会变形,接触分离会从其右端开始并向左展开。最终,接触会完全分离,接触区域退化为一条直线(
Figure 3 中的 A 点)。导致完全分离的力
Fy
的值可以从力矩平衡方程中找到。
(1)
∑M(A)=P*(L2)− Fy*L=0
此最终值为
Fy
=1 N。
此
Fy
的
SimSolid 结果在
Figure 4 中显示。发生了完全分离,接触只发生在单边,导致梁角应力集中。
Figure 4.
- 工况 2:
在此载荷工况中,力
Fy
=0.9 N 不足以导致触点完全分离 (
Figure 5)。
Figure 5.
- 工况 3:
在此载荷工况下,会发生正常分离,因为没有分离力 -
Fy
=0。剪切力
Fx
容易引起梁的滑移,而梁的滑移会被分布在接触区域的摩擦力所抵抗。在平衡状态下,力会投射到水平轴上:
(2)
F−Fx=0
其中,
F
是总摩擦力。
最大总摩擦力为:
(3)
F=f∗P
总滑移(或总切向分离)在以下情况下开始:
Fx≥ f*P
。当
Fx< f*P
时,只可能出现部分滑移。最大总摩擦力为
Fmax=0.15*2=0.3 N
。
结果
Fx
=0.3 N 会显示在
Figure 7 中。接触区发生完全滑移,但上梁的左下缘与下梁的边缘几乎重合。
Figure 7.
- 工况 4:
在此载荷工况中,移位力
Fx
增加到了 0.31 N。此力超过了最大摩擦力,上横梁不仅变形,而且开始像刚体一样运动。
Figure 8.
- 工况 5:
在此载荷工况中,为了不超过最大摩擦力
Fx
减小到了 0.29 N。在这种情况下,只发生部分滑移。梁的左端有一个明显的“粘附”接触区。
Figure 9.