企業(yè)培訓(xùn)_ansysls-dyna顯式動力學(xué)培訓(xùn)手冊

跌落試驗?zāi)K DTM 第5 1章 跌落試驗?zāi)K DTM 本章目標(biāo) 本章涵蓋了ANSYS LS DYNADropTestModule DTM 的內(nèi)容 討論了物體跌落試驗 以及利用DTM去模擬它們的具體步驟 主題 物體跌落試驗虛擬跌落試驗分析跌落試驗分析的運用ANSYS LS DYNA跌落試驗?zāi)K典型的DTM處理過程跌落試驗?zāi)K DTM 習(xí)題 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM A 物理跌落試驗 物體跌落試驗的研究內(nèi)容是 在重力場中 1g 物體從高處跌落時 它所能承受沖擊的能力 物體的初始位置可能會影響試驗結(jié)果 跌落的目標(biāo)表面通常認(rèn)為是剛性的平面 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誤操作 通常在產(chǎn)品最終設(shè)計的原型上進(jìn)行物體跌落試驗 因為產(chǎn)品以及進(jìn)行跌落試驗所需的測試設(shè)備的成本是相當(dāng)高的 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM B 虛擬跌落試驗分析 FEA軟件可以用來進(jìn)行虛擬的跌落試驗分析 這樣既省時又省錢 此類計算機模擬仍然必須與實際的物體跌落試驗相結(jié)合 從而驗證材料屬性 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?zāi)M有許多好處 跌落試驗可以在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段進(jìn)行 這樣就可以消除因為開發(fā)不適當(dāng)產(chǎn)品或在設(shè)計的最后階段修改較差設(shè)計而發(fā)生的費用 在虛擬世界中 跌落試驗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 在進(jìn)行新的設(shè)計之前 可以評估建議的設(shè)計修改方案 這樣節(jié)省了制造那些注定失敗的原型的時間和資金 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM C 跌落試驗分析的運用 許多類型的產(chǎn)品都需要進(jìn)行跌落試驗 在充滿競爭的市場中 易碎的設(shè)計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)品在實際使用中發(fā)生了意外跌落 也應(yīng)該在設(shè)計中保證其至多是無害的失效 需要進(jìn)行跌落測試檢驗的產(chǎn)品包括 工具 錘子 鉗子 螺絲刀 鋸 鉆等 電子產(chǎn)品 電話 便攜電腦 電視 CD播放機等 家用電器 冰箱 洗衣機 干衣機 微波爐等 工業(yè)容器 有毒的化學(xué)品儲罐等 消費品儲存容器 牛奶包裝盒 罐頭產(chǎn)品 清潔劑等 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM D ANSYS LS DYNA跌落試驗?zāi)K ANSYS LS DYNA跌落試驗?zāi)K DTM 是一個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?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算沖擊速度DTM的設(shè)計目標(biāo)是允許沒有經(jīng)驗的用戶快速地建立復(fù)雜的跌落試驗?zāi)M 求解該模型并觀察結(jié)果 DTM在本質(zhì)上講是一個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?zāi)M ANSYS的用戶界面設(shè)計語言 UIDL 和工具命令語言及工具箱 Tcl Tk 在該GUI程序中都得到了運用 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM ANSYS LS DYNA跌落試驗?zāi)K 作為一個附加的產(chǎn)品 DTM的運行需要一個單獨的授權(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 pANE3FLDS dtm g參數(shù) dtm 將通知程序去尋找一個DTM的許可授權(quán) 并在找到后啟動該模塊 DTM在ANSYS6 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 DYNAUser sGuide第16章的內(nèi)容 這可以通過在線幫助得到 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM E 典型的DTM過程 在一個典型的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Status標(biāo)簽并運行Solution對計算結(jié)果進(jìn)行后處理DTM被設(shè)計為在一個連續(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 應(yīng)該總是以原始數(shù)據(jù)庫為出發(fā)點 這不是一個很大的限制 因為DTM的用法很簡單 你可以迅速地重新輸入先前的跌落試驗設(shè)置 March7 2002 跌落試驗?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主菜單的跌落試驗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 DYNAUser sGuide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 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM 典型的DTM過程 第2步 進(jìn)入DTM并且初始化模型 一旦模型被定義 則可以進(jìn)入跌落試驗?zāi)K ANSYSMainMenu DropTest SetUp 在進(jìn)入DTM之前要注意保存你所做的模型 以防止你進(jìn)行另一個跌落試驗分析時丟失數(shù)據(jù) March7 2002 跌落試驗?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 即物體的最低點或模型的重心 確定要做跌落試驗的物體方向 動態(tài)旋轉(zhuǎn)或通過兩節(jié)點的向量 指定分析開始時刻和碰撞后運行時間指定寫入結(jié)果文件的輸出頻率 記住要用統(tǒng)一單位 混合單位是DTM中最常見的一種錯誤 要利用初始的角速度 你必須選擇 Startanalysisatdroptime slowerruntime March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM 典型的DTM過程 對于 SetOrientation 你有兩種選擇 Rotate 或 PickNodes 對于Rotate 將會出現(xiàn)Pan Zoom RotateGUIbox 這是唯一的激活菜單 運用DynamicViewing或其他按鈕定位模型后 你必須在運行DTM之前關(guān)閉Pan Zoom Rotate對話框 注意 Y的屏幕坐標(biāo)將是自由落體的反方向 我們不會用到物體坐標(biāo) 對于PickNodes 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的位置 March7 2002 跌落試驗?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 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 指定一個角速度會顯著增加CPU時間 March7 2002 跌落試驗?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)的摩擦系數(shù) March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM 典型的DTM過程 第6步 檢查Status標(biāo)簽并運行Solution 現(xiàn)在點擊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terminationtime是碰撞前后時間的總和 如果你選擇了 startanalysisnearimpacttime 分析所需的CPU時間將比從跌落點開始進(jìn)行大大減少 確信該標(biāo)簽上顯示了如下信息 SuccessfulSet Up Readytodrop 當(dāng)你確信所有設(shè)置正確后 點擊OK按鈕 此時 DropTest菜單將激活Solve命令 如下圖所示 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM 典型的DTM過程 在點擊Solve選項之前 你最好能再次保存一下你的數(shù)據(jù)庫 事實上 你可以用ftp把你的數(shù)據(jù)傳到另外一臺機器上 并在它上面運行 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 你可以增加終止時間 添加質(zhì)量縮放比例等 如果你需要利用DTM中的選項來改變設(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 March7 2002 跌落試驗?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將激活跌落試驗菜單中的后處理選項 你既可以運用那些簡潔的工具 也可以用標(biāo)準(zhǔn)的POST1和POST26方法 最低的節(jié)點和最接近CG的節(jié)點的數(shù)據(jù)被保存在 HIS文件中 March7 2002 跌落試驗?zāi)K DTM F 跌落試驗?zāi)K DTM 習(xí)題 這個練習(xí)包括以下問題 習(xí)題5 1 跌落試驗分析 March7 2002 總結(jié) 第5 2章 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)常規(guī)指導(dǎo)統(tǒng)一的單位制 March7 2002 顯式程序的計算工作模型尺寸關(guān)鍵的時間步單元邊長波速 楊氏模量密度終止時間 結(jié)論A 隱式 顯式比較 隱式程序的計算工作模型尺寸非線性程度時間步的數(shù)目 March7 2002 結(jié)論 隱式 顯式比較 估計ANSYS LS DYNA計算時間 withTCPU 總共占用的CPU秒k 系統(tǒng)因子e g 0 000033CPU 秒 單元Nelem 單元數(shù)t 模擬時間e g 160ms終止時間c 波速e g 5500mm ms在鋼中l(wèi)min 最小的單元邊長e g 9mm取決于材料的性質(zhì) 單元類型 接觸類型等 March7 2002 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 March7 2002 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間步 如果可能的話 不要使用三角形 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時間 March7 2002 結(jié)論C 材料指導(dǎo) 在定義材料屬性的時候 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 確信在一個模型中使用的材料數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的 大多非線性的動力學(xué)問題的計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 需要花費特別的時間和精力來得到準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù) 對于一個給定的問題選擇最好的材料模型 如果不能確定一個部件的物理響應(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 March7 2002 結(jié)論D 加載指導(dǎo) 避免單點載荷 它們會激起沙漏模式 一個被激勵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 求解時間幾微秒才結(jié)束 載荷時間定義要超過最終求解 中止 時間 對于 準(zhǔn)靜態(tài) 問題 用高于實際情況的速度來計算可大量節(jié)約CPU時間 在一個剛體節(jié)點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 March7 2002 結(jié)論E 接觸指導(dǎo) 兩個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時間 在求解以前列出所定義的接觸面 確認(rèn)接觸正確定義 March7 2002 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間步長 節(jié)約求解時間 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 總是輸出所有的能量數(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 長度和時間使用統(tǒng)一的單位 如果單位有錯誤 那么模型將會出現(xiàn)典型的發(fā)散 March7 2002 1slug 14 594kg 1ft 0 3048m 12 2 54cm 1N 105dyne 1lbf 4 4482 1Mbar 1012dynes cm2 1bar 14 7psi 1 0atm 105Pa 1kg m3 10 3gm cm3 0 9112slug ft3 概述G 統(tǒng)一單位表 March7 2002 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 March7 2002 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 March7 2002 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 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 March7 2002 侵蝕接觸 穿甲分析 March7 2002 網(wǎng)格畸變處理技術(shù) Lagrange自適應(yīng)網(wǎng)格 Adap