橡胶钢丝绳芯输送带建模方式的选择作者：中澳橡胶    发布时间：2015-03-26    点击次数：

    钢丝绳芯输送带是由橡胶和钢丝绳两类材料构成,具有较为特殊的力学性能,橡胶是超弹性不可压缩材料,而钢丝绳沿其轴向又能够承受较大的拉伸载荷。在对这种情况进行有限元模拟分析时,不得不涉及到复杂的橡胶-帘线几何构形和材料分布(如轮胎),同时要考虑到大变形、粘弹性问题,橡胶基体不可压缩性和超弹性,和接触情况的边界条件复杂性等多重非线性稱合分析。通常在分析这类单层复合材料时,有限元模型主要有以下三种方式:分离式、整体式和组合式。若釆用分离式建模,模型可以把橡胶和钢丝绳作为不同的三维单元来处理,即橡胶和钢丝绳各自被划分为足够小的三维单元,按照橡胶和钢丝绳不同的结构性能和材料力学性能,选择不同的单元形式,其材料性能类似于正交各向异性材料。橡胶单元的刚度矩阵为,钢丝绳单元的刚度矩阵为,有限元计算时集成二者的刚度矩阵,形成统一的刚度矩阵。这样建立的有限元模型最为贴近现实,可以单独分析出分析出橡胶基体和钢丝绳的失效情况,其缺点是被划分的单元数量较大,计算量较大,耗时较大。若采用整体式建模,模型不再对不同材料进行定义,但是仍有这两种材料对整体刚度矩阵的贡献,模型无需分别计算着两种材料的单元刚度矩阵,而是将钢丝绳转化为等效的橡胶基体,然后只需按照一种材料计算整体的单元刚度。这一类建模方式结构简单,单元划分数量少,计算量少。但这种方式的确点也较明显,不能分析出橡胶基体和钢丝绳的失效情况,只能求出两者混合后的平均应力,不能分析两者材料各自节点的应力在冲击下的变化情况。若釆用组合式建模,通常任然包含这两种材料,但建模时更倾向于使用基于板壳理论的层合板模型,输送带多采用壳单元,并沿壳单元沿厚度方向设置多个积分点,而每个积分点表示相应的一层单层板,将钢丝绳按照铺层作为单独一层分布在输送带中心层,其余各层则附上橡胶材料特性,并借用一般复合材料的失效准则来分析钢丝绳输送带。这样建立的模型比分离式建模所划分的节点较少,同时橡胶和钢丝绳的材料特性均有所体现,但是却不能较好的反映输送带撕裂特征,且壳单元不能够准确地计算出单元厚度方向的应力分别,特别是不能反映输送带间隙的橡胶沿钢丝绳轴向方向失效的情况。综合考虑本文选用分离式建模的方式对钢丝绳芯输送带进行数值模拟。

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