ANSYSLS-DYNA顯式動力學(xué)培訓(xùn)手冊第五天(共41張)(PPT 41頁)

1、跌落試驗(yàn)?zāi)K(DTM)第 5-1 章第1頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)本章目標(biāo)本章涵蓋了ANSYS/LS-DYNA Drop Test Module (DTM)的內(nèi)容。討論了物體跌落試驗(yàn)，以及利用DTM去模擬它們的具體步驟。主題:物體跌落試驗(yàn)虛擬跌落試驗(yàn)分析跌落試驗(yàn)分析的運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA 跌落試驗(yàn)?zāi)K典型的DTM處理過程跌落試驗(yàn)?zāi)K（DTM）習(xí)題March 7, 2002第2頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)A. 物理跌落試驗(yàn)物體跌落試驗(yàn)的研究內(nèi)容是：在重力場中（1g）物體從高處跌落時(shí)，它所能承受沖擊的能力。物體的初始位置可能會影響試驗(yàn)結(jié)果。跌落的目標(biāo)表面通常認(rèn)為是剛

2、性的平面。在承受這種假定的載荷后，產(chǎn)品必須要符合設(shè)計(jì)要求的功能。這種跌落產(chǎn)生的原因可能是物體的標(biāo)準(zhǔn)使用所致，也可能是意外事件（比如說是對物體的錯(cuò)誤操作）。通常在產(chǎn)品最終設(shè)計(jì)的原型上進(jìn)行物體跌落試驗(yàn)，因?yàn)楫a(chǎn)品以及進(jìn)行跌落試驗(yàn)所需的測試設(shè)備的成本是相當(dāng)高的。March 7, 2002第3頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)B. 虛擬跌落試驗(yàn)分析FEA 軟件可以用來進(jìn)行虛擬的跌落試驗(yàn)分析，這樣既省時(shí)又省錢。此類計(jì)算機(jī)模擬仍然必須與實(shí)際的物體跌落試驗(yàn)相結(jié)合，從而驗(yàn)證材料屬性、許用應(yīng)力、載荷工況、邊界條件等的準(zhǔn)確性。進(jìn)行虛擬的跌落試驗(yàn)?zāi)M有許多好處：跌落試驗(yàn)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段進(jìn)行，這樣就可以消除

3、因?yàn)殚_發(fā)不適當(dāng)產(chǎn)品或在設(shè)計(jì)的最后階段修改較差設(shè)計(jì)而發(fā)生的費(fèi)用。在虛擬世界中，跌落試驗(yàn)的不同初始方位和跌落高度都可以很方便的確定。而在在現(xiàn)實(shí)世界中，這往往會受到經(jīng)濟(jì)上的限制。分析完早期設(shè)計(jì)，在進(jìn)行新的設(shè)計(jì)之前，可以評估建議的設(shè)計(jì)修改方案。這樣節(jié)省了制造那些注定失敗的原型的時(shí)間和資金。March 7, 2002第4頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)C. 跌落試驗(yàn)分析的運(yùn)用許多類型的產(chǎn)品都需要進(jìn)行跌落試驗(yàn)。在充滿競爭的市場中，易碎的設(shè)計(jì)是不可能獲得成功的。根據(jù)當(dāng)前的法律規(guī)定，即使產(chǎn)品在實(shí)際使用中發(fā)生了意外跌落，也應(yīng)該在設(shè)計(jì)中保證其至多是無害的失效。需要進(jìn)行跌落測試檢驗(yàn)的產(chǎn)品包括：工具：錘子、鉗子

4、、螺絲刀、鋸、鉆等。電子產(chǎn)品：電話、便攜電腦、電視、CD播放機(jī)等。家用電器：冰箱、洗衣機(jī)、干衣機(jī)、微波爐等。工業(yè)容器：有毒的化學(xué)品儲罐等。消費(fèi)品儲存容器：牛奶包裝盒、罐頭產(chǎn)品、清潔劑等。March 7, 2002第5頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)D. ANSYS/LS-DYNA 跌落試驗(yàn)?zāi)KANSYS/LS-DYNA 跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM) 是一個(gè)ANSYS/LS-DYNA的可選附加功能。它能夠大大簡化與進(jìn)行跌落試驗(yàn)?zāi)M相關(guān)的工作。方便地定位跌落物體迅速地建立重力場 自動構(gòu)造和約束剛性目標(biāo)表面直接輸入物體跌落高度方便地計(jì)算沖擊速度DTM 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是允許沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶快速地建立復(fù)雜的

5、跌落試驗(yàn)?zāi)M，求解該模型并觀察結(jié)果。DTM在本質(zhì)上講是一個(gè)高效的圖形用戶界面，它通過必要的步驟來指導(dǎo)你進(jìn)行跌落試驗(yàn)?zāi)M。 ANSYS 的用戶界面設(shè)計(jì)語言 (UIDL) 和工具命令語言及工具箱 (Tcl/Tk) 在該GUI程序中都得到了運(yùn)用。March 7, 2002第6頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). ANSYS/LS-DYNA 跌落試驗(yàn)?zāi)K作為一個(gè)附加的產(chǎn)品，DTM的運(yùn)行需要一個(gè)單獨(dú)的授權(quán)，但是環(huán)境變量ANSYS60_PRODUCT仍然保持不變。例如，如果你擁有ANSYS/Multiphysics/LS-DYNA，那么輸入：ansys60 p ANE3FLDS dtm g參數(shù) “-d

6、tm”將通知程序去尋找一個(gè)DTM的許可授權(quán)，并在找到后啟動該模塊。DTM 在ANSYS 6.0的 CD上，它將和ANSYS/LS-DYNA程序一起自動安裝，因此你所需要的只是能夠使它運(yùn)行的附加授權(quán)。在此，只討論典型的DTM操作程序，有關(guān)的詳細(xì)細(xì)節(jié)，請參考ANSYS/LS-DYNA Users Guide第16章的內(nèi)容，這可以通過在線幫助得到。March 7, 2002第7頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)E. 典型的DTM過程在一個(gè)典型的DTM問題中包含以下步驟：導(dǎo)入或創(chuàng)建模型進(jìn)入DTM并初始化模型完成Basic標(biāo)簽的信息完成 Velocity標(biāo)簽的信息完成 Target標(biāo)簽的信息檢查St

7、atus標(biāo)簽并運(yùn)行Solution對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理DTM 被設(shè)計(jì)為在一個(gè)連續(xù)的操作過程中使用。如果你中途離開DTM又重新進(jìn)入，一些變量將被重新初始化，你過去的設(shè)置將被刪除。因此，當(dāng)進(jìn)入DTM時(shí)，應(yīng)該總是以原始數(shù)據(jù)庫為出發(fā)點(diǎn)。這不是一個(gè)很大的限制，因?yàn)镈TM的用法很簡單，你可以迅速地重新輸入先前的跌落試驗(yàn)設(shè)置。March 7, 2002第8頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第 1步:導(dǎo)入或創(chuàng)建模型 :你必須首先創(chuàng)建或?qū)胍M(jìn)行跌落試驗(yàn)的物體的模型。該模型可以從CAD中導(dǎo)入或者用在本課程中先前描述的方法創(chuàng)建（比如要避免四面體，小單元，尖角等問題）在進(jìn)入ANSYS主菜單的

8、跌落試驗(yàn)部分之前必須完整定義物體。 所有的單元和材料屬性，包括阻尼，都需要被指定。而且，在進(jìn)入DTM之前，一定要保存模型。模型中應(yīng)該只包括與 LS-DYNA (ELEM160-167)協(xié)調(diào)的單元。這些單元在ANSYS/LS-DYNA Users Guide中都有討論。而且一些隱式的ANSYS命令（比如SF,F,IC等）都不能包括在數(shù)據(jù)庫中。一個(gè)從已存在的數(shù)據(jù)庫中刪除這些命令的方法是編輯ASCII 碼格式的.CDB 文件。 (CDWRITE/CDREAD).March 7, 2002第9頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第2步: 進(jìn)入 DTM 并且初始化模型 :一旦模型被

9、定義，則可以進(jìn)入跌落試驗(yàn)?zāi)K:ANSYS Main Menu Drop Test Set Up在進(jìn)入DTM之前要注意保存你所做的模型，以防止你進(jìn)行另一個(gè)跌落試驗(yàn)分析時(shí)丟失數(shù)據(jù)。March 7, 2002第10頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第3步: 完成 Basic 標(biāo)簽的信息:現(xiàn)在填寫B(tài)asic 標(biāo)簽要求的數(shù)據(jù)：選擇預(yù)定義的重力值（或輸入要求的值）輸入跌落高度和用來度量此高度的參考點(diǎn)（即物體的最低點(diǎn)或模型的重心）確定要做跌落試驗(yàn)的物體方向（動態(tài)旋轉(zhuǎn)或通過兩節(jié)點(diǎn)的向量）指定分析開始時(shí)刻和碰撞后運(yùn)行時(shí)間指定寫入結(jié)果文件的輸出頻率記住要用統(tǒng)一單位！混合單位是DTM中最常見

10、的一種錯(cuò)誤。要利用初始的角速度，你必須選擇 “Start analysis at drop time” = slower run time12345March 7, 2002第11頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程對于 “Set Orientation,”你有兩種選擇 : “Rotate” 或 “Pick Nodes”對于 Rotate, 將會出現(xiàn) Pan-Zoom-Rotate GUI box. 這是唯一的激活菜單， 運(yùn)用Dynamic Viewing或其他按鈕定位模型后，你必須在運(yùn)行DTM之前關(guān)閉Pan-Zoom-Rotate對話框。注意+Y 的屏幕坐標(biāo)將是自由落體

11、的反方向。我們不會用到物體坐標(biāo)。對于 Pick Nodes，圖形用戶界面將會提示你定義屏幕坐標(biāo)系的+Y方向的矢量，先定義矢量的尾部，然后定義其首部（該方向與自由落體的方向相反）。 缺省條件下，向量的首部指向物體的重心（CG）。期望的跌落方向確定了模型中最低點(diǎn)的位置。物體坐標(biāo)系屏幕坐標(biāo)系March 7, 2002第12頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第4步: 完成Velocity標(biāo)簽的信息:初始的平移速度可以在屏幕或物體坐標(biāo)系中確定。如果在跌落開始時(shí)進(jìn)行分析，指定的速度就被直接調(diào)用。如果分析在接近碰撞時(shí)開始，DTM將把這些速度分量加入到那些由跌落高度和加速度求得的分量中

12、。初始的角速度可以在任何一種坐標(biāo)系中指定，但是要激活它，分析必須在跌落時(shí)開始。而且，只有帶旋轉(zhuǎn)自由度的單元才可以用該特性。如果該特性在模型中不存在，它將變灰。指定一個(gè)角速度會顯著增加CPU時(shí)間 March 7, 2002第13頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第 5 步: 完成 Target標(biāo)簽的信息 :接下來，通過Target標(biāo)簽創(chuàng)建剛性目標(biāo)面。你可以選擇物體的最低點(diǎn)或物體的重心來作為其中心。你也可以縮放SOLID164 剛體的長度和厚度（很少要求這樣）。你也可以指定在接觸計(jì)算中目標(biāo)表面的角度和材料的屬性。而且你可以選擇ASSC 或 AG 接觸，指定靜態(tài)或動態(tài)的摩擦系

13、數(shù)。March 7, 2002第14頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第 6 步: 檢查Status標(biāo)簽并運(yùn)行 Solution :現(xiàn)在點(diǎn)擊Status 標(biāo)簽，回顧一下信息總結(jié)，以確信你的所有輸入數(shù)據(jù)都正確。其中termination time 是碰撞前后時(shí)間的總和。如果你選擇了 “start analysis near impact time”，分析所需的CPU時(shí)間將比從跌落點(diǎn)開始進(jìn)行大大減少。確信該標(biāo)簽上顯示了如下信息: “Successful Set-Up. Ready to drop.”當(dāng)你確信所有設(shè)置正確后，點(diǎn)擊OK按鈕。此時(shí)，Drop Test 菜單將激活S

14、olve命令，如下圖所示。March 7, 2002第15頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程在點(diǎn)擊Solve選項(xiàng)之前，你最好能再次保存一下你的數(shù)據(jù)庫。事實(shí)上，你可以用ftp把你的數(shù)據(jù)傳到另外一臺機(jī)器上，并在它上面運(yùn)行。你也可以在不影響你的DTM的情況下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行微小的改動。例如，你可以增加終止時(shí)間，添加質(zhì)量縮放比例等。 如果你需要利用DTM中的選項(xiàng)來改變設(shè)置的話，利用原始的數(shù)據(jù)，按前面所說的方法進(jìn)行即可。在你選擇了Solve選項(xiàng)后，DTM將把頭文件寫入到結(jié)果文件中，生成名為.K的輸入文件，并把它提交給LS-DYNA 求解器。March 7, 2002第16頁，共41頁

15、。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM). 典型的DTM過程第7步: 結(jié)果的后處理:在求解完成之后，DTM將激活跌落試驗(yàn)菜單中的后處理選項(xiàng)。你既可以運(yùn)用那些簡潔的工具，也可以用標(biāo)準(zhǔn)的POST1 和 POST26方法。 最低的節(jié)點(diǎn)和最接近CG的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)被保存在.HIS文件中。March 7, 2002第17頁，共41頁。跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM)F. 跌落試驗(yàn)?zāi)K (DTM) 習(xí)題 這個(gè)練習(xí)包括以下問題: 習(xí)題5-1. 跌落試驗(yàn)分析March 7, 2002第18頁，共41頁?？?結(jié)第5-2章第19頁，共41頁。結(jié)論 本章目標(biāo)這一章復(fù)習(xí)一下本次課程中的基本概念主題隱式顯式比較建模指導(dǎo) 材料指導(dǎo)加載指導(dǎo)接觸指導(dǎo)

16、常規(guī)指導(dǎo)統(tǒng)一的單位制March 7, 2002第20頁，共41頁。顯式程序的計(jì)算工作模型尺寸關(guān)鍵的時(shí)間步單元邊長波速:楊氏模量密度終止時(shí)間結(jié)論A.隱式顯式比較隱式程序的計(jì)算工作模型尺寸非線性程度時(shí)間步的數(shù)目March 7, 2002第21頁，共41頁。結(jié)論.隱式顯式比較估計(jì) ANSYS/LS-DYNA 計(jì)算時(shí)間:withTCPU= 總共占用的CPU 秒k= 系統(tǒng)因子e.g., 0.000033 CPU-秒/單元 Nelem= 單元數(shù)t= 模擬時(shí)間e.g., 160 ms 終止時(shí)間c= 波速e.g., 5500 mm/ms 在鋼中l(wèi)min= 最小的單元邊長e.g., 9 mm 取決于材料的性質(zhì)，

17、單元類型，接觸類型等 March 7, 2002第22頁，共41頁。 使用隱式求解所需要的工作:尋找求解的收斂標(biāo)準(zhǔn)求解如果計(jì)算不收斂， 重做第一步工作，直到收斂結(jié)論.隱式顯式比較顯式求解所需要的工作:調(diào)整模型以增加時(shí)間步長:避免小單元使用剛性體使用質(zhì)量縮放使用更快的速度載荷在金屬成形的模擬中，沖頭的速度可以提高很多而不降低精度。檢查結(jié)果以確定動能，內(nèi)能和沙漏變形能如果可應(yīng)用，在靜態(tài)求解應(yīng)使用動態(tài)松弛或者大阻尼March 7, 2002第23頁，共41頁。結(jié)論B. 建模指導(dǎo)盡可能地避免小單元，那會顯著減小時(shí)間步長。如果需要小的單元，可以使用質(zhì)量縮放來增加臨界時(shí)間步。 如果可能的話，不要使用三角形

18、、四面體、棱柱形單元 。盡管也支持這些單元，但是不推薦使用。用立方體單元可以得到更好的結(jié)果。如果全部的沙漏能量超過內(nèi)（應(yīng)變）能的5% ，使用其它附加形式的沙漏控制模型。這種能量可以在GLSTAT 和 MATSUM 文件中監(jiān)控。另外，全積分單元可以用來處理沙漏問題。然而，這些單元在處理大變形或者彎曲問題時(shí)得到的結(jié)果精度較差。 在任何變形結(jié)果不重要的地方使用剛性體，它可以很有效的節(jié)約CPU時(shí)間 March 7, 2002第24頁，共41頁。結(jié)論C. 材料指導(dǎo)在定義材料屬性的時(shí)候，確信你使用的是統(tǒng)一的單位。 不正確的材料屬性不僅影響材料本身的響應(yīng)，而且會影響模型的接觸剛度。確信在一個(gè)模型中使用的材料

19、數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。大多非線性的動力學(xué)問題的計(jì)算精度和輸入的材料屬性數(shù)據(jù)的質(zhì)量有直接的關(guān)系。需要花費(fèi)特別的時(shí)間和精力來得到準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)。對于一個(gè)給定的問題選擇最好的材料模型。如果不能確定一個(gè)部件的物理響應(yīng)是否應(yīng)該包括特定的屬性（例如應(yīng)變速率效應(yīng)），最好使用包括所有可能特性的材料模型。March 7, 2002第25頁，共41頁。結(jié)論D. 加載指導(dǎo)避免單點(diǎn)載荷，它們會激起沙漏模式。一個(gè)被激勵(lì)的單元傳遞這一模式至其相鄰單元，載荷將被傳播開來。列表或者畫圖顯示載荷曲線，確認(rèn)它們的準(zhǔn)確性。由于LS-DYNA 可能“超過”求解時(shí)間幾微秒才結(jié)束，載荷時(shí)間定義要超過最終求解（中止）時(shí)間。 對于 準(zhǔn)靜態(tài) 問題，用

20、高于實(shí)際情況的速度來計(jì)算可大量節(jié)約CPU時(shí)間 。在一個(gè)剛體節(jié)點(diǎn)上的約束是不允許的。剛體的質(zhì)量中心用EDMP，RIGID命令來施加約束。March 7, 2002第26頁，共41頁。結(jié)論E. 接觸指導(dǎo)兩個(gè)接觸表面間的初始穿透是不允許的。確信模型在定義的接觸處沒有任何面的相互重疊 。只準(zhǔn)使用真實(shí)的材料屬性和殼的厚度值。材料屬性和幾何接觸面用來決定接觸的罰剛度。 在相同的部件之間不要定義重復(fù)的接觸對。對殼單元使用自動的接觸設(shè)置，除非要求知道接觸力。盡可能使用自動一般接觸。它是最容易定義的接觸類型，可以處理大部分接觸情況，并且無需大量的CPU時(shí)間。在求解以前列出所定義的接觸面，確認(rèn)接觸正確定義 。Ma

21、rch 7, 2002第27頁，共41頁。結(jié)論F. 常規(guī)指導(dǎo)在大多數(shù)分析中使用質(zhì)量縮放來增加臨界時(shí)間步長，節(jié)約求解時(shí)間。檢查 LS-DYNA 輸出窗口以確認(rèn)質(zhì)量增加的百分比是很小的?？偸禽敵鏊械哪芰繑?shù)據(jù)。確認(rèn)沙漏、阻尼和接觸界面能量都考慮在內(nèi)，這些數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)控求解精度和調(diào)試出現(xiàn)的問題。 用 LS-DYNA 控制開關(guān)監(jiān)控求解過程。周期性地使用判斷開關(guān)sw2來檢查求解的進(jìn)度。如果模型出現(xiàn)發(fā)散，用SW1結(jié)束求解。 學(xué)會使用 LS-POST (使用 EDOPT 命令 來得到 d3plot 和d3thdt文件)。 LS-POST 沒有限制，但是不提供支持。對材料屬性、長度和時(shí)間使用統(tǒng)一的單位，如果

22、單位有錯(cuò)誤，那么模型將會出現(xiàn)典型的發(fā)散。March 7, 2002第28頁，共41頁。* 1 slug = 14.594 kg; 1 ft = 0.3048 m = 12*2.54 cm; 1 N = 105dyne = 1 lbf/4.4482; 1 Mbar = 1012 dynes/cm2; 1 bar = 14.7 psi = 1.0 atm = 105 Pa; 1 kg/m3 = 10-3 gm/cm3 = 0.9112 slug/ft3概述G. 統(tǒng)一單位表March 7, 2002第29頁，共41頁。高度非線性瞬態(tài)動力學(xué)問題顯式法LS-DYNA三維快速高度非線性顯式有限元分析程序以

23、三維結(jié)構(gòu)為主的多物理場耦合分析： 結(jié)構(gòu)，流體，熱先進(jìn)豐富的數(shù)值處理技術(shù)材料模式接觸方式ALE算法并行處理網(wǎng)格畸變處理March 7, 2002第30頁，共41頁。豐富的材料類型種類：126種模式：彈性材料、彈塑性材料、復(fù)合材料、蜂窩材料、絲織物膠類物、生物肌體炸藥（燃爆性）、推進(jìn)劑、混凝土、土壤、地質(zhì)、超彈性、橡膠、泡沫玻璃、粘性流體剛體自定義材料（用戶子程序）玻殼研磨混凝土穿透March 7, 2002第31頁，共41頁。接觸方式四十余種接觸類型變形體-變形體變形體-剛體離散點(diǎn)-變形體變形結(jié)構(gòu)固連和失效侵蝕接觸單面一維滑動線(鋼筋混凝土)等用戶子程序March 7, 2002第32頁，共41頁。侵蝕接觸（穿甲分析）March 7, 2002第33頁，共41頁。網(wǎng)格畸變處理技術(shù)Lagrange自適應(yīng)網(wǎng)格（