W przypadku połączeń sztywnych na końcach, które w przeważającej mierze podlegają naprężeniom zginającym, można przyjąć, że w obszarze śrub nie dochodzi do (częściowego eliptycznego) odkształcenia. Z tego względu podczas modelowania otwory wiercące są często zamykane na powierzchniach sztywnych lub za pomocą koła szprychowego (wykonanego ze sztywnych prętów). Śruby są połączone belkami, ponieważ wymagana jest głównie sztywność osiowa.
W przypadku połączeń shear / hole istnieje jednak inna sytuacja. Przenoszenie siły odbywa się przy użyciu siły tnącej śruby, a siła dociskająca działa tylko na część otworu wiercącego. W dalszej części celem jest znalezienie metody modelowania dla arkusza obciążanego centralnie.
W początkowym modelu odniesienia zarówno arkusz jak i śruba były wyświetlane jako bryła. W przypadku nieliniowego problemu kontaktowego pomiędzy korpusem śruby a wewnętrzną powierzchnią wiercenia blachy zdefiniowano cienkie bryły kontaktowe o zerwaniu przy rozciąganiu.
Model porównawczy 1: Model powierzchniowy ze sprzęgłowym kołem wykonanym z prętów sztywnych
W jego osi podłużnej śruba jest przedstawiana za pomocą belki, a średnica za pomocą prętów sztywnych. W tym przypadku ważne jest wygenerowanie smukłego koła szprychowego, które niemal całkowicie uchwyci zmianę pomiędzy kontaktem ciśnieniowym a otworem rozwartym. Przegub momentowy jest przydzielany do prętów przy wywierconym otworze. Nieliniowa właściwość styku jest realizowana za pomocą nieliniowości pręta "Uszkodzenie pod wpływem rozciągania". Istnieje również możliwość przydzielenia nieliniowości "Stałe, jeżeli ujemne N", do lokalnego zwolnienia pręta. W ten sposób, aby pręty sztywne przenosiły jak najmniejsze obciążenie przy użyciu siły tnącej, oraz aby zapewnić stabilność konstrukcji, stosuje się współczynnik tarcia (jak w przypadku modelu bryłowego) równy 0,01.
Porównanie modelu 2: Model powierzchni z wywołanym kołem promieni
Modelowanie jest takie samo jak w przypadku modelu porównawczego 1, ale jedyną różnicą jest to, że koło szprychowe jest skonstruowane z dźwigarami. W celu zastosowania prawie prawidłowych sztywności przyjmuje się, że wymiarami przekroju prętów są grubość powierzchni oraz odstępy prętów przy otworze wiertniczym.
Model porównawczy 3: Model powierzchniowy z typem powierzchni "bez rozciągania membranowego"
Zamiast koła szprychowego stosowana jest teraz powierzchnia. Ponieważ w tym przypadku mamy tutaj model brył relatywnie nowy obszar ma dwukrotność grubości powierzchni. Typ powierzchni wybieramy ze sztywnością "Bez rozciągania membranowego". Wówczas mogą być przenoszone tylko siły ściskające i momenty. W przypadku występowania membranowych sił rozciągających, odpowiednie elementy ES ulegają uszkodzeniu.
Model porównawczy 4: Model powierzchniowy z zwolnieniem liniowym
Wiercenie jest również zamykane za pomocą powierzchni dla tego modelu. W przypadku nieliniowego przenoszenia siły jest teraz stosowane zwalnianie liniowe o nieliniowości "Naprawiono, jeżeli Vz ujemny". Niskie tarcie jest teraz ponownie przypisywane do innych stopni swobody translacji.
Porównanie i wnioski
Zaleca się stosowanie modeli powierzchni zamiast modeli bryłowych, ponieważ umożliwiają one mniejszą liczbę operacji modelowania oraz znacznie krótszy czas obliczeń.
Porównując wyniki, można zauważyć, że z powodu zawyżonej sztywności pierwszy model porównawczy ma najniższe odkształcenia. Sztywności w poprzek przekrojów oraz użycie zwolnienia liniowego powodują jedynie nieco większe przemieszczenia niż w modelu bryłowym.
Model z właściwością "Bez rozciągania membranowego" ma największe odkształcenia, ale jest najszybszą metodą modelowania. Domyślnie po wybraniu tej właściwości stosowane jest pięć poziomów obciążenia, co powoduje wydłużenie czasu obliczeń.
W przypadku porównania naprężenia równoważnego czterech modeli powierzchni naprężenia są prawie takie same i porównywalne z naprężeniami brył.
