Ls-dyna邊界條件,載荷與剛體

1、Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual第第 5 章章 邊界條件，載荷與剛體邊界條件，載荷與剛體Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322本章目標(biāo)本章目標(biāo)1. 對(duì)對(duì)ANSYS/LS-DYNA中的載荷和邊界條件有所了解中的載荷和邊界條件有所了解2. 了解在了解在ANSYS/LS-DYNA中如何施加普通載荷中如何施加普通載荷

2、 (EDLOAD)3. 了解約束了解約束 (D, EDNROT, EDBOUND)4. 定義初始速度定義初始速度 (EDIVELO)5. 定義并且討論剛體的應(yīng)用定義并且討論剛體的應(yīng)用 (EDMP,RIGID)6. 了解剛體載荷與約束了解剛體載荷與約束 (EDLOAD and EDCRB)7. 描述阻尼控制描述阻尼控制 (EDDAMP)8. 描述焊點(diǎn)的應(yīng)用描述焊點(diǎn)的應(yīng)用 (EDWELD)9. 通過練習(xí)通過練習(xí), 逐步掌握以上內(nèi)容逐步掌握以上內(nèi)容Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATrain

3、ing Manual001322載荷與邊界條件概述載荷與邊界條件概述與大多數(shù)隱式分析不同，顯式分析中所有載荷都必須作為時(shí)間函數(shù)施加與大多數(shù)隱式分析不同，顯式分析中所有載荷都必須作為時(shí)間函數(shù)施加 。 耦合耦合 (CP)與約束方程命令集（與約束方程命令集（CE） 在顯式分析中僅對(duì)位移和旋轉(zhuǎn)自由度有效在顯式分析中僅對(duì)位移和旋轉(zhuǎn)自由度有效 在大變形分析時(shí)使用在大變形分析時(shí)使用CP和和CE時(shí)要注意時(shí)要注意. 初始速度初始速度 (EDIVELO) 與剛體定義與剛體定義 (EDMP, RIGID) 是顯式分析所獨(dú)有的是顯式分析所獨(dú)有的.因此，在顯式分析中只能通過定義數(shù)組參數(shù)來(lái)施因此，在顯式分析中只能通過定義

4、數(shù)組參數(shù)來(lái)施加載荷。加載荷。 一列為時(shí)間值，另一列為載荷值一列為時(shí)間值，另一列為載荷值TIMEFORCEExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322一般加載步驟一般加載步驟在在 ANSYS/LS-DYNA 中一般加載使用中一般加載使用 EDLOAD 命令分以下命令分以下3步完成步完成:STEP 1: 定義節(jié)點(diǎn)組元定義節(jié)點(diǎn)組元STEP 2: 定義數(shù)組參數(shù)定義數(shù)組參數(shù)STEP 3: 用用 EDLOAD 命令加載命令加載STEP 1: 定義節(jié)點(diǎn)組元定義節(jié)點(diǎn)組元

5、 除了壓力和剛體載荷除了壓力和剛體載荷, 所有顯式分析中的載荷施加在節(jié)點(diǎn)組元上所有顯式分析中的載荷施加在節(jié)點(diǎn)組元上. 首先選擇要施加載荷的節(jié)點(diǎn)首先選擇要施加載荷的節(jié)點(diǎn): Utility Menu: Select-Entities-NodesExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322一般加載步驟（續(xù)）一般加載步驟（續(xù)） 顯式分析中只用節(jié)點(diǎn)組元顯式分析中只用節(jié)點(diǎn)組元. (除了壓力除了壓力)STEP 2: 定義數(shù)組參數(shù)定義數(shù)組參數(shù) Utility Menu

6、: Parameters-Array Parameters -Define/Edit - Add 然后定義為組元，并賦一個(gè)名字然后定義為組元，并賦一個(gè)名字: Utility Menu : Select - Comp/Assembly - Create ComponentExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322一般加載步驟（續(xù)）一般加載步驟（續(xù)） 輸入時(shí)間值輸入時(shí)間值: File-Apply/Quit 類似過程輸入載荷值類似過程輸入載荷值:Explic

7、it Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322Step 3: 施加載荷施加載荷 定義完數(shù)組參數(shù)后，定義完數(shù)組參數(shù)后， 用用 EDLOAD 命令在節(jié)點(diǎn)組元上施加載荷命令在節(jié)點(diǎn)組元上施加載荷: Solution: Loading Options - Specify Loads 1、 選擇選擇Add Loads 2、 選擇所要的載荷類型選擇所要的載荷類型. 有下列類型有下列類型:Forces: FX, FY, FZDisp: UX, UY, UZMoment: MX, MY

8、, MZVelo: VX, VY, VZRot: ROTX,ROTY,ROTZAccel: AX,AY,AZAng. Vel: OMGX, OMGY, OMGZBody Accel: ACLX, ACLY, ACLZ 面載荷選項(xiàng)只用于定義壓力載荷面載荷選項(xiàng)只用于定義壓力載荷, 它一般施加在單元組它一般施加在單元組元上元上 選擇載荷所施加的組元選擇載荷所施加的組元一般加載步驟（續(xù)）一般加載步驟（續(xù)）Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322一般加載步驟（

9、續(xù)）一般加載步驟（續(xù)）STEP 3 （續(xù)續(xù)) 如果不定義時(shí)間與載荷軸如果不定義時(shí)間與載荷軸, 可可以使用預(yù)先定義的載荷曲線以使用預(yù)先定義的載荷曲線 LCID (via EDCURVE) 來(lái)定義來(lái)定義載荷載荷. 可以使用可以使用 SCALE 系數(shù)對(duì)載荷系數(shù)對(duì)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行放縮數(shù)據(jù)進(jìn)行放縮.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322畫載荷曲線畫載荷曲線 定義完載荷曲線后定義完載荷曲線后, 可以用可以用 EDPL 畫一下以確認(rèn)畫一下以確認(rèn). 可以通過可以通過

10、SolutionLoading Options 得到載荷的參考號(hào)得到載荷的參考號(hào)Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322畫載荷曲線（續(xù)）畫載荷曲線（續(xù)）Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322顯示載荷標(biāo)記顯示載荷標(biāo)記Solution: Loading Options - Show ForcesExplici

11、t Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322約束約束與與 ANSYS 隱式不同隱式不同, ANSYS/LS-DYNA 區(qū)分零約束與非零約束區(qū)分零約束與非零約束. 所所有非零約束被處理為載荷有非零約束被處理為載荷 (EDLOAD).只有零約束可以使用只有零約束可以使用 D 命令命令, 因?yàn)樗挥脕?lái)固定模型的一部分因?yàn)樗挥脕?lái)固定模型的一部分 : Solution: - Constraints - Apply 在選擇所要的節(jié)點(diǎn)后在選擇所要的節(jié)點(diǎn)后, ANSYS/LS-DY

12、NA 自動(dòng)施加零約自動(dòng)施加零約束束. 如果選擇了線和面如果選擇了線和面, 約束直接施加在附屬于線和面的節(jié)約束直接施加在附屬于線和面的節(jié)點(diǎn)上點(diǎn)上.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322 約束約束 節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn) 選擇選項(xiàng)選擇選項(xiàng) Add Constraint. 選擇要施加載荷的局部坐標(biāo)系選擇要施加載荷的局部坐標(biāo)系ID (用用 EDLCS定義定義) 選擇要施加載荷的節(jié)點(diǎn)組元選擇要施加載荷的節(jié)點(diǎn)組元. 選擇要施加旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)約束的自由度選擇要施加旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)約

13、束的自由度. 共共: UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. 除了標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)約束除了標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)約束, 可以用可以用EDNROT命令施加旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)約束命令施加旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)約束 : Solution: Constraints - Apply -Rotated NodalExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322 約束約束 邊界面邊界面用用EDBOUND命令在命令在ANSYS/LS-DYNA中可以使用滑移和循環(huán)對(duì)稱中可以使用滑移和循環(huán)對(duì)

14、稱.滑移與循環(huán)對(duì)稱可以大大減少模型尺寸滑移與循環(huán)對(duì)稱可以大大減少模型尺寸.Solution: - Constraints - Apply -Symmetry B.C.-Bndry Plane 對(duì)于循環(huán)對(duì)稱對(duì)于循環(huán)對(duì)稱, 可以在節(jié)點(diǎn)組元上施加第二個(gè)邊界面可以在節(jié)點(diǎn)組元上施加第二個(gè)邊界面 對(duì)于滑移對(duì)稱對(duì)于滑移對(duì)稱, 可以用一個(gè)約束選項(xiàng)定義節(jié)點(diǎn)是按照面的法向運(yùn)動(dòng)，還是沿一個(gè)特定的矢量方向可以用一個(gè)約束選項(xiàng)定義節(jié)點(diǎn)是按照面的法向運(yùn)動(dòng)，還是沿一個(gè)特定的矢量方向運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng). 選擇選擇 Add plane. 同時(shí)還有列表與刪同時(shí)還有列表與刪除所定義的邊界面選項(xiàng)除所定義的邊界面選項(xiàng) 選擇選擇 sliding o

15、r cyclic symmetry 選擇要施加載荷的節(jié)點(diǎn)組元選擇要施加載荷的節(jié)點(diǎn)組元. 輸入法向坐標(biāo)矢量（滑移）或輸入法向坐標(biāo)矢量（滑移）或 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸軸 (循環(huán)循環(huán))Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322約束約束 無(wú)反射邊界無(wú)反射邊界當(dāng)建立一個(gè)幾何力學(xué)模型時(shí)當(dāng)建立一個(gè)幾何力學(xué)模型時(shí), 往往需要一個(gè)無(wú)限域來(lái)表示地面往往需要一個(gè)無(wú)限域來(lái)表示地面. 為限制模型規(guī)模為限制模型規(guī)模, 可以使用非反射邊界條件來(lái)表示無(wú)限域可以使用非反射邊界條件來(lái)表示無(wú)限域 (

16、只能用只能用SOLID 164).非反射邊界阻止應(yīng)力波從模型的邊界反射非反射邊界阻止應(yīng)力波從模型的邊界反射.要定義非反射邊界要定義非反射邊界, 首先創(chuàng)建物體外表面節(jié)點(diǎn)的組元首先創(chuàng)建物體外表面節(jié)點(diǎn)的組元. 然后用然后用EDNB 命令施加非反射邊界命令施加非反射邊界，可以指定沿著指定的組元是否消除膨脹波與剪切波的反射，可以指定沿著指定的組元是否消除膨脹波與剪切波的反射. Solution Constraints Apply Non-Refl Bndry.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNAT

17、raining Manual001322初始速度初始速度在瞬態(tài)動(dòng)力問題中在瞬態(tài)動(dòng)力問題中, 經(jīng)常需要定義初始速度經(jīng)常需要定義初始速度.在在ANSYS/LS-DYNA中中, 旋轉(zhuǎn)與平動(dòng)速度用旋轉(zhuǎn)與平動(dòng)速度用EDIVELO命令施加在節(jié)點(diǎn)組元上命令施加在節(jié)點(diǎn)組元上 : 指定要施加載荷的節(jié)點(diǎn)組元。同時(shí)還可以列指定要施加載荷的節(jié)點(diǎn)組元。同時(shí)還可以列表與刪除。表與刪除。 在全局的在全局的 x, y, z 坐標(biāo)內(nèi)輸入平動(dòng)速度坐標(biāo)內(nèi)輸入平動(dòng)速度 指定角速度指定角速度 (W), 旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸的X、Y、Z坐標(biāo)坐標(biāo), 以以及和全局及和全局 X, Y,Z 軸的夾角軸的夾角. 在相同的節(jié)點(diǎn)組元上用在相同的節(jié)點(diǎn)組元上用

18、 EDIVELO 命令在相命令在相同的組元上定義初速度回覆蓋以往的定義同的組元上定義初速度回覆蓋以往的定義.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322剛體剛體 概述概述用剛體來(lái)定義模型中較硬的部分能夠大大減少顯式動(dòng)力分析的計(jì)算時(shí)用剛體來(lái)定義模型中較硬的部分能夠大大減少顯式動(dòng)力分析的計(jì)算時(shí)間間.在在 ANSYS/LS-DYNA 中中, 所有的剛體所有的剛體 將自由度耦合在質(zhì)心將自由度耦合在質(zhì)心. 因此無(wú)論因此無(wú)論有多少節(jié)點(diǎn)，單個(gè)剛體有多少節(jié)點(diǎn)，單個(gè)剛體P

19、ART只有只有6個(gè)自由度個(gè)自由度.質(zhì)量質(zhì)量, 質(zhì)心質(zhì)心, 和慣性矩由程序根據(jù)剛體的體積與單元密度自動(dòng)計(jì)算和慣性矩由程序根據(jù)剛體的體積與單元密度自動(dòng)計(jì)算.作用在剛體上的力與力矩在每個(gè)時(shí)間步由各節(jié)點(diǎn)值相加而成。作用在剛體上的力與力矩在每個(gè)時(shí)間步由各節(jié)點(diǎn)值相加而成。 剛體的剛體的運(yùn)動(dòng)首先在質(zhì)心處計(jì)算，然后運(yùn)動(dòng)首先在質(zhì)心處計(jì)算，然后 轉(zhuǎn)換到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。轉(zhuǎn)換到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。剛體不需要網(wǎng)格連續(xù)剛體不需要網(wǎng)格連續(xù).由于要計(jì)算接觸剛度，剛體材料參數(shù)值要用實(shí)際的值由于要計(jì)算接觸剛度，剛體材料參數(shù)值要用實(shí)際的值.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics wi

20、th ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322定義剛體定義剛體 用用 EDMP 命令定義剛體命令定義剛體: Preprocessor: Material Properties - Define Mat Model.-Add 指定組成剛體的材料號(hào)指定組成剛體的材料號(hào). 具有相具有相同的同的 MATID 的單元都在這個(gè)剛的單元都在這個(gè)剛體中體中. 選擇選擇: Other-RigidOK 輸入剛體材料的準(zhǔn)確值輸入剛體材料的準(zhǔn)確值 指定剛體平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的約束指定剛體平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的約束Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dyn

21、amics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322定義剛體（續(xù)）定義剛體（續(xù)）因?yàn)榧s束應(yīng)該施加在剛體的質(zhì)心，所以輸入正確的轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)約束值非常重要因?yàn)榧s束應(yīng)該施加在剛體的質(zhì)心，所以輸入正確的轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)約束值非常重要.平動(dòng)約束值平動(dòng)約束值 (相對(duì)于全局笛卡爾坐標(biāo)相對(duì)于全局笛卡爾坐標(biāo)) :0 - no global translational constraint1 - constrain UX only2 - constrain UY only3 - constrain UZ only4 - constrain UX and UY5 - const

22、rain UY and UZ6 - constrain UX and UZ7 - constrain UX, UY, and UZ旋轉(zhuǎn)約束值旋轉(zhuǎn)約束值 (相對(duì)于全局笛卡爾坐標(biāo)相對(duì)于全局笛卡爾坐標(biāo)):0 - no global rotational constraint1 - constrain ROTX only2 - constrain ROTY only3 - constrain ROTZ only4 - constrain ROTX and ROTY5 - constrain ROTY and ROTZ6 - constrain ROTX and ROTZ7 - constrain RO

23、TX, ROTY, and ROTZExplicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322剛體加載剛體加載 類似于節(jié)點(diǎn)組元類似于節(jié)點(diǎn)組元, 用用EDLOAD命令給剛體施加位移和速度命令給剛體施加位移和速度. 但是所有的剛體載荷但是所有的剛體載荷施加在施加在PART號(hào)上，而不是節(jié)點(diǎn)組元號(hào)上，而不是節(jié)點(diǎn)組元. Solution: Loading Options - Specify Loads 選擇載荷類型選擇載荷類型:Forces: RBFX, RBFY, RBFZD

24、isplacement: RBUX, RBUY, RBUZMoment: RBMX, RBMY, RBMZVelocity: RBVX, RBVY, RBVZRotations: RBRX, RBRY, RBRZ 面載荷選項(xiàng)對(duì)剛體無(wú)效面載荷選項(xiàng)對(duì)剛體無(wú)效 指定施加載荷的指定施加載荷的 PART 最后最后, 選擇對(duì)應(yīng)的時(shí)間與載荷值選擇對(duì)應(yīng)的時(shí)間與載荷值. LCID 和和 SCALE 系數(shù)都可以使用系數(shù)都可以使用.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322

25、合并剛體合并剛體兩個(gè)剛體可以合并在一起，以便使用用兩個(gè)剛體可以合并在一起，以便使用用EDCRB命令使其行為一致命令使其行為一致 :指定參考的方程號(hào)指定參考的方程號(hào)主剛體主剛體PART 號(hào)號(hào)從剛體從剛體 Part 號(hào)號(hào)注意不要多次使用具有相同參考號(hào)的注意不要多次使用具有相同參考號(hào)的EDCRB命令命令.當(dāng)合并兩個(gè)剛體時(shí)當(dāng)合并兩個(gè)剛體時(shí), 從剛體則屬于主剛體從剛體則屬于主剛體. 任何以后對(duì)從剛體的參考都沒有意義任何以后對(duì)從剛體的參考都沒有意義.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATrainin

26、g Manual001322剛體應(yīng)用規(guī)則剛體應(yīng)用規(guī)則與與ANSYS隱式不同隱式不同, 不要用大的不要用大的 EX值來(lái)硬化某一部分，而使之成為值來(lái)硬化某一部分，而使之成為剛體剛體. 需要輸入準(zhǔn)確的材料特性來(lái)計(jì)算接觸剛度需要輸入準(zhǔn)確的材料特性來(lái)計(jì)算接觸剛度.不能在剛體上的節(jié)點(diǎn)處施加約束不能在剛體上的節(jié)點(diǎn)處施加約束 (D 命令命令) 。 所有的約束必須施加在所有的約束必須施加在剛體的質(zhì)心剛體的質(zhì)心.兩個(gè)剛體不能共節(jié)點(diǎn)兩個(gè)剛體不能共節(jié)點(diǎn). 但可用但可用 EDCRB 命令來(lái)聯(lián)接剛體命令來(lái)聯(lián)接剛體.對(duì)于模型中變形結(jié)果不重要的部分使用剛體，從而能夠大量地節(jié)省對(duì)于模型中變形結(jié)果不重要的部分使用剛體，從而能夠大

27、量地節(jié)省CPU時(shí)間時(shí)間.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual001322阻尼控制阻尼控制阻尼是在顯式動(dòng)力分析中阻止非真實(shí)振蕩的方法阻尼是在顯式動(dòng)力分析中阻止非真實(shí)振蕩的方法.質(zhì)量加權(quán)質(zhì)量加權(quán)(alpha)和剛度加權(quán)和剛度加權(quán)(beta) 阻尼阻尼 可以用可以用EDDAMP命令在命令在 ANSYS/LS-DYNA 施加在模型上施加在模型上Preprocessor: Material Props - Damping .當(dāng)當(dāng) Part =ALL 或指定了曲線或指定了曲線 ID 時(shí)時(shí), 模型自動(dòng)使用模型自動(dòng)使用alpha damping . 與質(zhì)量成比例的阻尼對(duì)與質(zhì)量成比例的阻尼對(duì)于低頻率十分有