Bonded és No Separation Kun Péter Z82ADC Bonded A bonded contact magyarul kötöttséget, kötött érintkezést jelent. Két olyan alkatrészről van szó, amelyek érintkezési felületeiken nem tudnak elválni egymástól, azaz nincs nekik megengedve sem az elcsúszás, sem a normális irányú elválás. A valóságban természetesen ezt a tulajdonságot mindig tűréssel kezeljük. Példaként nézzünk meg két egyszerű lemezalkatrész ragasztott kötését. A modelleket 3D modellként hozzuk létre az ANSYS DesignModeler segítségével. Első lépésként húzzunk be egy Geometry box-ot a Toolbox->Component Systems menüből (1. ábra). 1. ábra Geometry Ezt követően létre fogunk hozni két 1 mm vastag téglatest alakú alkatrészt. Hozzunk létre egy Sketch-et az XY síkra, és rajzoljunk egy téglalapot, ami tegyünk szimmetrikussá a X és az Y tengelyre is Symmetry kényszer segítségével. A hosszabb, X tengellyel párhuzamos oldalak hossza legyen 25 mm, a rövidebb oldalaké 10 mm. Ezután Extrude parancs segítségével Operation: Add Material beállítással (ez a default, ha nem állítjuk át) húzzuk ki a téglalapunkat 1 mm vastagra. 2. ábra Elrendezés
Hozzunk létre egy új Sketch-et szintén az XY síkra és rajzoljunk egy újabb tégla lapot, amit ezúttal az X tengely mellett az előző téglalapunk oldalára teszünk még szimmetrikussá. (2. ábra). A méretei legyenek 20 illetve 6 mm az ábra szerint. Amikor ezzel készen vagyunk, kattintsunk szintén az Extrude parancsra, viszont a geometria elfogadása után a Details-ben állitsunk be két dolgot. Az Operation legyen Add Material helyett Add Frozen, a Direction pedig Normal helyett Reversed. A kihúzás mélysége legyen szintén 1 mm. 3. ábra Extrude beállítások Ha meg vagyunk, generáljuk le és a modellfánkban legalul 2 Part 2 Body fülnek kell látszódnia. (Ha Add Frozen helyett Add Material beállítást használtunk, akkor 1 Part 1 Body kiírást látunk.) A + jelre kattintva, lenyitva a fület nevezzük át a két alkatrészünket Also és Felso -re. Ezek után mentsün, majd térjünk vissza a Project felülethez. Most húzzunk be egy Static Structural dobozt a Toolbox -> Analysis Systems-ből és kössük bele az előbb létrehozott geometriát. A legegyszerűbb módszer, ha behúzáskor egyből a Geometry-re helyezzük el. Ezután megjelenik a Static Structural fül a prjektünkön összekötve a geometriánkkal. Következő lépésünk az anyagok beállítása. Kattintsunk a Static Structural -> Engineering data fülre. 4. ábra Static Structural
Adjuk hozzá a könyvtárunkhoz az Aluminium Alloy-t. majd lépjünk vissza a Project felületre. Dupla kattintással Model fülre eljutunk a Mechanical szimulációs felületre, ahol bal oldalt a modellfában megtalálható már a geometriánk. A Geometry alatt kettővel található a Connections menüpont, amit legörgetünk és a Contacts->Contacts Region-ra rákattintva a Details of Contacts Region -nál tudjuk megadni a felületek érintkezésének típusát. Ezt a Definition -> Type pontban állítsuk be Bonded-nek. 5. ábra Bonded Ezzel a kapcsolatot definiáltuk is. Tegyük még meg, hogy a két testet különböző anyagúra állítjuk. A nagyobb legyen az alapértelmezett Structural Steel, a kisebb az általunk beállított Aluminium Alloy. 6. ábra Anyagok
Az anyagok definiálása és a kontaktus beállítása után sorrendben a hálózás következik. Nyomjunk jobb egérgombbal a Mesh fülre és válasszuk ki a Generate Mesh parancsot. 7. ábra Generate Mesh A létrehozott hálózásunkat a Details of Mesh -> Sizing alpontjában finomítsuk, úgy, hogy az elemméretet 0,5 mm-re állítjuk (Element Size -> 0,50 mm). Generáljuk le újra a hálót. Ezek után helyezzünk el terhelést és geometriai kényszert a rendszerünkön. Először adjunk egy fix befogás a nagyobbik lemezdarabnak a másik lemezdarabtól távolabbi végére. Ezt a felület kijelölése után, a modellfában jobb kattintással Static Structural -> Insert -> Fixed Support-ot nyomva tehetjük meg. 8. ábra Fixed Support elhelyezése
Ugyanígy Static Structural -> Insert -> Forcehelyezhetjük fel a terhelést is. Ez első körben legyen egy a kisebbik lemez a befogástól számított legtávolabbi oldalára felhelyezett, az X tengellyel párhuzamos húzó erő. A Details menüjében a felület kiválasztása után a Define By-t állítsuk át Vectorról Components-re, ezáltal az abszolút koordinátarendszerben komponenseivel tudjuk definiálni a vektort. Értéknek adjunk 100-at az X irányú komponensnek, vagy -100-at attól függően, hogy hogyan lesz húzó az igénybevétel. 9. ábra Force Most már csak a szimuláció van hátra. Amit mi meg akarunk figyelni az az, hogy az elemek nem válnak el egymástól. Ehhez vizsgáljunk Total Deformationt, amit a modellfában Solution jobb klikk, Insert -> Deformation -> Total Deformation úton érünk el. Ha ez megvan, akkor nem maradt más hátra, mint a Solve paranccsal lefuttatjuk a szimulációt és megnézzük az eredményeket. 10. ábra Resoults Az deformációs ábrán látszik, hogy a Bonded illesztésnél a két test egyformán deformálódott, tehát nem váltak el egymástól, ami a várt viselkedésmód. Még az erőkar miatt fellépő hajlító nyomaték deformáló hatása is megfigyelhető a Z irányú deformáció miatt.
Vizsgájuk meg a viselkedését, ha a terhelésünk nem X irányú, hanem Z tengely mentén hat a már korábban megadott felületen. Ehhez csak át kell írni a Details of Force -ban X komponenst 0-ra, Z-t pedig 100-ra (vagy -100-ra). Ekkor gyönyörűen látszik, hogy a Bonded kapcsolat ilyen irányú erőknél sem engedi elválni a két felületet, hanem azok együtt deformálódnak. 11. ábra Total deformation Z irányú terhelésnél No Separation A No Separation magyarul nem elválást jelent. Lényegét tekintve hasonlít a Bonded kapcsolathoz annyi különbséggel, hogy ez a kényszer azt határozza meg, hogy a két felület egymástól el nem válhat, csak elcsúszni képes egymáson. Az előbbi feltétel különbözteti meg a Frictional, vagy Frictionless cantact-októl, míg az utóbbi a Bonded contact-tól. Tartsuk meg az előző geometriát, de állítsuk át a Contact Region-nál a Definition -> Type-ot Bonded-ról No Separation-re. Minden más beállításunk marad. Futtassuk le először a szimulációt X irányú erővel: 12. ábra No Separation X irányú terhelésnél
Amit tapasztalunk az az, hogy a két felület nem vált el egymástól, azonban elcsúsztak egymáson. Ezért láthatjuk egységes színnel mindkét testet, ugyanis egyik sem deformálódik, csak relatív elmozdulnak egymáshoz képest. Tekintsük meg mi a helyzet Z irányú erőnél: 13. ábra No Separation Z irányú terheléssel Láthatjuk, hogy ilyen esetben a viselkedése hasonlóságot mutat a Bonded kapcsolatnál tapasztalttal. No Separation-t ott alkalmazunk, ahol biztosak vagyunk, hogy a felületek el nem válhatnak egymástól, de elcsúszni (még ha csak kis mértékben is) képesek egymáson.