DSc in Engineering
д.т.н.
This article studies the effect of finite element dimensions on the accuracy of simulation of adhesive bond in automotive structures using the LS-Dyna software package. The simulation was carried out under quasi-static loading for an “overlapped” adhesive joint. The properties and destruction of the adhesive material in the direction of shear were evaluated. The characteristics of the adhesive layer were obtained from experiments using a hydraulic press and other devices according to international standards ASTM 638-03 and DIN 54451-11.1978 with different sliding speeds and adhesive layer thicknesses. It was revealed from experiments that the properties of the adhesive material strongly depend on the deformation rate and the thickness of the adhesive layer, so this had to be taken into account when modeling. To solve this problem, 12 variants of finite element models were solved and evaluated, including by comparing with the results of experiments for glued “overlapped” joints. As a result of the analysis of the stress-strain states of models of an adhesive joint under quasi-static loading in the LS-Dyna software package, the recommended size and number of layers of finite elements were obtained for modeling an adhesive joint in automotive structures. The rational size of the facets of a volumetric finite element is 2 × 2 mm2, taking into account the modeling errors and the cost of computer time for the calculation in relation to multivariate calculations of structures at the design stage. It was determined the recommended number of layers of finite elements in the finite element model by the thickness of the adhesive layer, that should be selected for a highly accurate description of the gluing properties and ensuring the efficiency of calculations. At the same time, it was revealed that an increase in the number of layers of finite elements insignificantly increases the accuracy of modeling and significantly increases the required computer time for the calculation.
В данной статье изучено влияние размеров конечных элементов на точность моделирования клеевого соединения в автомобильных конструкциях с использованием программного комплекса LS-Dyna. Моделирование осуществлялось при квазистатическом нагружении для клеевого соединения «внахлест». Оценивались свойства и разрушение клеевого материала по направлению сдвига. Характеристики клеевого слоя получены из экспериментов при использовании гидропресса и других устройств по международным стандартам ASTM 638-03 и DIN 54451-11. 1978 с разными скоростями раздвижки и толщинами клеевого слоя. Из экспериментов выявлено, что свойства клеевого материала сильно зависят от скорости деформации и толщины клеевого слоя, поэтому это необходимо было учитывать при моделировании. Для решения поставленной задачи было решено и оценено 12 вариантов конечно-элементных моделей, в том числе путем сравнения с результатами экспериментов для клеевого соединения «внахлест». В результате анализа напряжено-деформированных состояний моделей клеевого соединения при квазистатическом нагружении в программном комплексе LS-Dyna получены рекомендуемый размер и число слоев конечных элементов для моделирования клеевого соединения в автомобильных конструкциях. Рациональный размер граней объемного конечного элемента принят равным 2×2 мм2 с учетом погрешностей моделирования и затрат машинного времени для расчета применительно к многовариантным расчетам конструкций на стадии проектирования. Определено также рекомендуемое число слоев конечных элементов в конечно-элементной модели по толщине клеевого слоя, которые следует выбрать для высокоточного описания свойств склейки и обеспечения эффективности вычислений. При этом выявлено, что увеличение числа слоев конечных элементов незначительно повышает точность моделирования и существенно увеличивает требуемое машинное время для расчета.