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SS-V:5060 分离梁

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:
属性
摩擦系数
f=0.15
弹性模量
2.1e+11 Pa
泊松比
0.3


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:


    Figure 3.
    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。

    Fy 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:


    Figure 6.
    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)
    FFx=0

    其中, F 是总摩擦力。

    最大总摩擦力为:(3)
    F=fP

    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.