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橡膠鋼絲繩芯輸送帶建模方式的選擇作者：中澳橡膠    發(fā)布時間：2015-03-26    點擊次數(shù)：

    鋼絲繩芯輸送帶是由橡膠和鋼絲繩兩類材料構(gòu)成,具有較為特殊的力學(xué)性能,橡膠是超彈性不可壓縮材料,而鋼絲繩沿其軸向又能夠承受較大的拉伸載荷。在對這種情況進行有限元模擬分析時,不得不涉及到復(fù)雜的橡膠-簾線幾何構(gòu)形和材料分布(如輪胎),同時要考慮到大變形、粘彈性問題,橡膠基體不可壓縮性和超彈性,和接觸情況的邊界條件復(fù)雜性等多重非線性稱合分析。通常在分析這類單層復(fù)合材料時,有限元模型主要有以下三種方式:分離式、整體式和組合式。若釆用分離式建模,模型可以把橡膠和鋼絲繩作為不同的三維單元來處理,即橡膠和鋼絲繩各自被劃分為足夠小的三維單元,按照橡膠和鋼絲繩不同的結(jié)構(gòu)性能和材料力學(xué)性能,選擇不同的單元形式,其材料性能類似于正交各向異性材料。橡膠單元的剛度矩陣為,鋼絲繩單元的剛度矩陣為,有限元計算時集成二者的剛度矩陣,形成統(tǒng)一的剛度矩陣。這樣建立的有限元模型最為貼近現(xiàn)實,可以單獨分析出分析出橡膠基體和鋼絲繩的失效情況,其缺點是被劃分的單元數(shù)量較大,計算量較大,耗時較大。若采用整體式建模,模型不再對不同材料進行定義,但是仍有這兩種材料對整體剛度矩陣的貢獻,模型無需分別計算著兩種材料的單元剛度矩陣,而是將鋼絲繩轉(zhuǎn)化為等效的橡膠基體,然后只需按照一種材料計算整體的單元剛度。這一類建模方式結(jié)構(gòu)簡單,單元劃分數(shù)量少,計算量少。但這種方式的確點也較明顯,不能分析出橡膠基體和鋼絲繩的失效情況,只能求出兩者混合后的平均應(yīng)力,不能分析兩者材料各自節(jié)點的應(yīng)力在沖擊下的變化情況。若釆用組合式建模,通常任然包含這兩種材料,但建模時更傾向于使用基于板殼理論的層合板模型,輸送帶多采用殼單元,并沿殼單元沿厚度方向設(shè)置多個積分點,而每個積分點表示相應(yīng)的一層單層板,將鋼絲繩按照鋪層作為單獨一層分布在輸送帶中心層,其余各層則附上橡膠材料特性,并借用一般復(fù)合材料的失效準則來分析鋼絲繩輸送帶。這樣建立的模型比分離式建模所劃分的節(jié)點較少,同時橡膠和鋼絲繩的材料特性均有所體現(xiàn),但是卻不能較好的反映輸送帶撕裂特征,且殼單元不能夠準確地計算出單元厚度方向的應(yīng)力分別,特別是不能反映輸送帶間隙的橡膠沿鋼絲繩軸向方向失效的情況。綜合考慮本文選用分離式建模的方式對鋼絲繩芯輸送帶進行數(shù)值模擬。

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