AUTODYN4.3用戶手冊（中文）1.doc

AUTODYNTM互動式非線性動力學分析軟件用戶手冊（版本4.3）前 言關于本手冊AUTODYN用戶手冊提供了關于AUTODYN軟件的如下概要信息：l 介紹l 如何使用AUTODYN l 關于概念和定義l 高級特性l AUTODYN的菜單和命令另外，可以使用下面的手冊和指南：l 范例手冊：對于二維和三維實例的詳細逐步介紹；l 理論手冊：AUTODYN中的數值技術和材料模型；l 用戶子程序指南：如何定制AUTODYN以滿足特殊要求；l 網格重分指南：拉格朗日網格重分實例；l ALE指南： ALE（任意拉格朗日-歐拉）處理器使用實例；l 重新映射指南：運用從一維到二維到三維的重新映射來有效計算爆炸問題；l 射流指南：使用解析/數值耦合的AUTODYN分析功能來分析成型裝藥設計中的射流特性；l 相互作用指南：Lagrange/Lagrange撞擊滑移表面，Euler/Lagrange耦合，以及子區(qū)域的融合；l SPH手冊：無網格光滑粒子流體動力解算器在二維和三維中的應用；l Lee-Tarver手冊：炸藥起爆及增長模型的應用；l 特定硬件的安裝向導；l 現行版本的發(fā)布說明。CD中提供了ADTODYN文檔的電子版本，該文檔可以被瀏覽、在線搜索、以及通過使用AUTODYN發(fā)布的Adobe Acrobat 閱讀器打印，還可以從包括從網上下載在內的多種免費資源獲得。AUTODYN手冊及向導會持續(xù)更新，所以上述內容或許不夠全面，如果您不能找到所需信息，可以聯(lián)系當地AUTODYN代理商或與世紀動力公司聯(lián)系。第一章介紹來自世紀動力公司的AUTODYN是唯一的專門解決非線性動力問題的全面的、綜合的分析軟件。藝術級的分析結合最新的圖形技術為解決工程難題提供了一個非常富有成效的環(huán)境。AUTODYN可以適用于從個人電腦到超級計算機廣泛硬件條件。1. 什么是AUTODYN?一種解決下列各類復雜問題的工程及科學工具：l 動力學，包括非線性問題；l 固體、流體和氣體動力學；l 大應變，大變形；l 流體-結構相互作用；l 爆炸；l 沖擊波及爆轟波；l 沖擊和侵徹；l 接觸問題 ；2. AUTODYN的使用對象l 工業(yè)、科研實驗室及教育機構等廣闊領域中的工程師和科學家；l 國防領域：沖擊/侵徹，裝甲和反裝甲設計，動能裝置，成型裝藥，爆炸，氣體爆轟，材料的響應；l 石油和天然氣領域：油井穿孔，事故模擬，爆炸，海上建筑；l 航空領域：撞擊，沖擊加載，結構分析，氣體動力/結構相互作用；l 核能：事故分析，流體-結構分析相互作用，沖擊，約束；l 化學：爆炸，約束；l 汽車：撞擊動力學，引擎設計；l 機械制造領域：動力學模擬，操作載荷確定；l 工程教育：應力波力學的學習，包括沖擊波行為的流體及氣體動力學，材料響應行為。3. AUTODYN特點 l 復合的分析技術：歐拉，拉格朗日，ALE(任意拉格朗日-歐拉)，SPH(光滑粒子流體動力學)，以及薄殼的時空響應。針對一個問題的不同特點提供最佳的數值方法。l 非線性：幾何模型和材料。極端變形行為以及復雜的材料響應行為包括塑性和失效。裂紋的出現和閉合。l 在線文檔：廣泛、實時的幫助界面。l 集成的分析環(huán)境：交互式模型定義（前處理）、分析及后處理合為一體。在分析過程中完全的交互式菜單驅動。可以在分析過程中可以對問題進行改動：重分網格，刪除和增加材料，刪除和增加相互作用。l 詳盡的圖形功能：等值線、矢量、材料、邊界條件、網格、時間歷程以及剖面圖的高解析度彩色描述。l 電子幻燈片放映能力進行生動的介紹。l 定制模型：提供供用戶定義材料模型、邊界條件、初始條件和輸出方程的界面，并根據特定需求裁減程序。4. 為何使用AUTODYN? l AUTODYN是替代大型通用結構分析程序或笨拙無效的專用程序的有效的非線性動力學分析工具。l 使用AUTODYN分析環(huán)境可以更好、更有效的進行設計。5. 有效性和可靠性l AUTODYN在全球范圍可用并有技術支持。l AUTODYN可以在從個人計算機到超級計算機的范圍廣闊的計算機上運行。l AUTODYN可用于大學生和教授的學術研究。l AUTODYN可以有效地驗證實驗和理論結果。l 全球巨大的AUTODYN用戶群體持續(xù)的提供反饋確保了此工具的活力。6. 發(fā)展世紀動力公司積極的不斷增加程序的改善和新特性以滿足用戶的需求。因此，AUTODYN具有了持續(xù)的發(fā)展的能力，它包括了在數值分析和計算機科學方面的最新發(fā)展。7. 用戶服務文檔幫助，除了在線幫助外還包括用戶手冊，以及含有下面專題的向導：網格重分，相互作用（拉格朗日沖擊/滑移表面，歐拉-拉格朗日耦合），ALE解算器，射流，Lee-Tarver 燃燒、增長模型，歐拉重映射，用戶子程序。用戶服務可以從世紀動力公司本部及其在美洲、歐洲、遠東的代理獲得。從初步介紹到高級分析都有相關的咨詢。在整個分析過程都有顧問幫助。第二章 AUTODYN軟件包1. 文件分類 AUTODYN程序以多個文件的方式發(fā)布，文件列表如下：l 安裝文件l AUTODYN可執(zhí)行文件l AUTODYN目標庫l 材料庫l 幫助文件l 常用模塊l 幻燈片l 指南l 演示和驗證問題集l 文檔安裝文件用于在用戶使用的特定硬件上安裝AUTODYN。每一特定系統(tǒng)都提供安裝向導。同時發(fā)布了目標庫和執(zhí)行文件，確保了用戶可以把自定義程序連接到程序中。提供的AUTODYN常用模塊有助于任何自定義程序與AUTODYN之間的連接。在用戶子程序向導中可以找到關于用戶子程序的指導。運行AUTODYN時，用戶可以使用材料庫和幫助文件來得到所需的材料數據和信息。另外，AUTODYN提供了預先制作的幻燈片，可以用電子幻燈片放映功能來放映?；脽羝庞车氖穷A存算例的計算結果，以此來證明AUTODYN強大的演示功能.用戶可以通過向導資料學習一些AUTODYN的特殊功能。向導手冊提供了關于下面主題的詳細說明：重分網格，射流，算法，拉格朗日沖擊/滑移表面，歐拉-拉格朗日復合等。AUTODYN提供了介紹性問題的輸入和結果。這些問題的安裝和運行可以使用戶熟悉AUTODYN程序。演示手冊給出了介紹性問題的每一步操作。用Adobe Acrobat 閱讀器可以使用電子版的文件。這個閱讀器可以通過互聯(lián)網中大部分免費系統(tǒng)中得到，也可以從AUTODYN程序中得到。第三章 開始AUTODYN可以在很多不同的硬件上使用，從個人電腦到超級計算機。安裝過程根據所使用的硬件而有所不同，軟件包中含有與用戶使用版本相關的信息。遵循安裝向導后，你也許希望通過使用AUTODYN的幻燈片放映功能由觀看以前的分析結果開始。按照安裝向導打開程序，將顯示如下所示的AUTODYN主菜單：按P鍵從菜單中選擇后處理程序，顯示后處理菜單：按S鍵選擇幻燈片，出現一個數據文件的提示：選擇所需的幻燈片，按空格鍵在有效名稱中循環(huán)。按回車鍵選擇所需幻燈片。按下S(Show)鍵開始放映，連續(xù)按回車鍵，將順序顯示幻燈片。放映結束時，可以重復放映幻燈片，也可以載入另一問題分析。*用戶可以跟隨用戶手冊的章節(jié)繼續(xù)進行，如果需要，也可以直接轉到AUTODYN-2D和AUTODYN-3D示范手冊中的分步例題。第四章 菜單AUTODYN是一個交互式、菜單驅動的應用軟件。不同的菜單給出了AUTODYN分析過程的各細節(jié)。使用分級式菜單結構，可以在菜單之間簡單的有邏輯的移動。本章結尾將給出AUTODYN-2D和AUTODYN-3D的菜單。第一次開啟AUTODYN將顯示主菜單如下，所有AUTODYN菜單都由一系列的命令構成，這些命令在屏幕右側縱向列出。請參照現行版本中提供的AUTODYN菜單結構示意圖，獲得菜單結構的全景。1. 命令選擇可以通過以下三種方式之一選擇命令：l 鍵入命令的首字母；l 按方向鍵將顯亮的光標移動到所需命令位置（使用上/下健或鍵和鍵）,再鍵入；l 移動鼠標，將指針指到需要的命令，單擊鼠標左鍵。選取命令后，可以移動到下一級菜單繼續(xù)選擇命令，或者，如果命令需要指定數據，就彈出輸入窗口（如下圖所示）并提示所需的數據。根據要執(zhí)行的任務，在各級菜單中移動選擇不同的菜單命令。按鍵返回到上一級菜單。連續(xù)按鍵，將返回到更高一級菜單直至AUTODYN主菜單。2. 輸入窗口 一個菜單選項的選擇可能會引出一個輸入窗口，提示輸入具體數據。在輸入窗口中輸入所需數據后，按回車鍵，如果還需要輸入其他數據，將自動出現下一個輸入窗口。某些輸入區(qū)域提供了缺省值。如果接受缺省值，直接按鍵或鍵即可。在輸入窗口中，可以使用“左”和“上”光標鍵返回到前一個定義區(qū)域。在輸入窗口最后區(qū)域輸入數據后，整個窗口的信息就被定義并傳到AUTODYN程序中。注意：如果在定義窗口所有項目之前按鍵，窗口就會關閉并保留前面的數據。在輸入窗口中，按等號鍵(“=”)將接受剩余項目的缺省值。如果一個剩余條目沒有缺省值，程序將接受其他項目的缺省值，然后等待你為該條輸入數值。注意在窗口的右上角有一個“-”符號，單擊它將關閉窗口（等同于鍵）。右上角有一個“=”符號，單擊它等同于按等號鍵。稍微熟悉后，你將能在各級菜單和輸入窗口中快速切換，無論是建立一個分析、觀察中間結果，還是執(zhí)行后處理任務。不必把逐級菜單記住，易懂的命令名稱和提示將引導你使用多種路徑瀏覽菜單和窗口。在任何時間，只需按F1鍵就可以參考AUTODYN幫助工具。3. 菜單層級AUTODYN使用交互式菜單結構，可以進行快速的問題建立、核對以及分析。作為參考，下面兩頁列出了AUTODYN-2D和AUTODYN-3D菜單結構總圖，將這兩頁復印后放在你的周圍會很有幫助，直到你更熟悉AUTODYN-2D菜單。第五章 鍵盤AUTODYN使用鍵盤輸入來從菜單選擇命令，接受輸入數據以及執(zhí)行特定功能。1. 字符輸入字符鍵用來輸入AUTODYN提示的數據。為保持相容性，這些數據立即被檢驗，例如是否輸入一個合法數據。如果是名稱和標題可以使用任意字母與數字的組合。作為數字下面的形式可以被接受：l 帶小數點或不帶小數點的整數。例如：1 1.0 1. （注意：在要求輸入整數的位置，AUTODYN將截去浮點型數字的小數部分，如，1.6 變成1）。l 帶小數點或不帶小數點及帶有指數形式的浮點型數字。例如：1 1.0 1. 1.2 1.2E5 1.2E-5當輸入不合法時，AUTODYN將立即拒絕并發(fā)出響聲警告，相容性檢查也將拒絕前面的數據輸入，將出現提示信息表明不相容性，用戶可以再次輸入正確信息。2. 特殊鍵AUTODYN使用了很多特殊鍵，下面概述了如何使用這些鍵。注意，非個人電腦版本使用的鍵盤和定位裝置（鼠標，操縱桿等）將有所差異。針對你的特殊硬件查閱安裝向導?；剀囨I：回車鍵用于接受已選的命令和在輸入窗口各項目中已輸入的數據。在輸入區(qū)域常常會有缺省值，如果存在缺省值，不輸入新值直接按回車鍵就會接受并移動到下一個輸入區(qū)域。如果再沒有需要輸入的數據，就會關閉窗口，并且整個窗口的信息將被AUTODYN接受。不使用鼠標時，回車鍵與移動的光標共同協(xié)作來完成定義縮放窗口、檢驗結果、以及交互式的重分網格功能。在這些情況下，屏幕上的十字線或圓被移動到所需位置，按回車鍵“鎖定”或接受以上位置。Escape鍵：在選擇菜單命令過程中，按 Esc鍵返回到上級菜單，連續(xù)按Esc鍵就會沿菜單結構向上移動，直至AUTODYN主菜單。當在一個輸入窗口內按Esc鍵，就會關閉窗口，且不改變窗口中的數據。在運行過程中，按Esc鍵將中斷計算并返回用戶控制狀態(tài)，然后可以選擇顯示計算到當前位置的結果或者轉到完成項（退出）。Tab鍵：Tab鍵與其它的應用一樣，使用它前進到下一區(qū)域或命令?？崭矜I：空格鍵用在以下幾種情形：l 空格鍵用于向下移動右邊文本框中的菜單選項，當所需菜單選項為顯亮狀態(tài)時，按回車鍵選擇該項。l 空格鍵用于向前循環(huán)瀏覽特定窗口數據區(qū)域的各種有效選項。當所顯示的即為所需時，按回車鍵選擇該項。l 空格鍵用在AUTODYN后處理功能的幻燈片放映中，順次播放下一頁，連續(xù)多次按空格鍵將快速放映幻燈片，并且大多數系統(tǒng)都支持動態(tài)結果的動畫。l 空格鍵也可以用在題目和標題中輸入空格。Backspace（退格）鍵：l 退格鍵用于在菜單選項中向上移動，當所需菜單選項為顯亮狀態(tài)時，按回車鍵選擇該項。l 退格鍵用于向后循環(huán)瀏覽特定窗口數據區(qū)域的有效選項。l 退格鍵用在AUTODYN后處理功能的幻燈片放映中，順次選擇前一頁。l 輸入數據時，退格鍵還可以用于刪除光標前的字符。等號鍵“=”：在輸入窗口中（彈出式菜單），按等號鍵表示接受剩余項目的缺省值，如果存在剩余項目沒有缺省值，程序將接受項目的缺省值，并等待輸入此項的值。3. 功能鍵在任何時間都可以選擇功能鍵來執(zhí)行下述功能：( 注意：功能鍵對于非個人電腦版本會有所不同，針對特殊硬件查閱安裝指南。)F1:幫助。幫助界面將顯示與當前菜單和/或輸入窗口有關的信息。F2:框架。鎖定AUTODYN邊界框架及菜單。這一功能不但可以用于建立屏幕的照片或打印副本，也可以用來做幻燈片的圖片。按F2鍵可以使菜單和邊框凹下和彈出。注意：當當前框架被刪除后，AUTODYN將當前問題的題目轉移到消息區(qū)內。用這種方式，標題被包含在所有的標圖輸出和幻燈片里。F3:打印。將屏幕打印到連接的圖形打印機或復制到一個文件中。F4:幻燈片。制作并保存當前屏幕的一張幻燈片。它將被添加到當前幻燈片放映的末尾。此功能可以用來保存任何AUTODYN的顯示圖片。注意：如果不需要菜單和框架出現在幻燈片中，則需要先按F2鍵。F5:視圖。列出下面選項：l 凍結窗口l 設置視圖區(qū)（比例）l 關于軸對稱或平面對稱的鏡像圖形l 設置觀察點l 觀察侵蝕掉的點l 設置材料標繪的類型（僅限3維）l 設置標繪范圍（僅限3維）l 標繪數值網格的輪廓（僅限3維）l 指定標繪的透視類型（僅限2維）l 指定SPH節(jié)點半徑的比例因子F6:其他。選擇F6鍵時，會出現一個功能子菜單，用戶可以設置下面的信息：l 屏幕：刷新：恢復圖像刪除：刪除圖像輸出：選擇圖形輸出或文件，設置黑/白反色顏色：256色缺省值，允許高密度的彩色等值線以及針對3維的光源投影128色16色8色 單色圖案填充單色陰影填充灰度比例直線：直線線寬比例系數片段：激活/解除激活圖形和邊框的圖形片段。對于特定的繪圖選項以及刷新屏幕，圖形片段必須被激活。如果片段是激活的，解除激活自動刷新可以通過不刷新彈出式窗口（這部分區(qū)域設為空白）來會加速屏幕界面。自動操作：可以放慢幻燈片自動播放的速度（因子由0到1）。l 打印文件：改變打印文件的擴展名，提示你一個新的打印文件擴展名。缺省的打印文件名是IDENT，擴展名是“.PRT”。如果重新運行一個問題，任何存在的打印文件將被重寫，除非用此選項改變擴展名。例如：如果當前IDENT是“IMPACT”,則默認的打印文件名是“IMPACT.PRT”。把擴展名改為“.PR1”,打印文件的名稱變?yōu)椤癐MPACT.PR1”。l 宏：該選項可以保留并再運行按鍵次序。如果選擇“定義”，將隨即提示輸入一個宏名稱，然后所有隨后的按鍵都被保存在一個同名宏文件（.mac）中,直到再次按F6鍵為止。但再次按F6鍵時，用戶將被詢問是否宏命令被循環(huán)下去（也就是說繼續(xù)重復）。宏選項“Run”用來執(zhí)行前一個制作的宏。提示用戶輸入一個宏名稱，以及是否要在每個命令中設一個暫停來分步執(zhí)行宏命令。如果宏命令被設為循環(huán)，它將重復下去直到按鍵為止。l 注意：類似于“Zoom”及“Examine”命令的定位器（鼠標鍵或光標鍵）行為并不屬于按鍵行為，所以在執(zhí)行宏命令過程中出現這類行為，就需要在適當時間人工干預。 注意：當為一個幻燈片制作一個宏時，為了代替空格鍵轉入下一張幻燈片，可以通過鍵入一個從1到9的數字（9為最長）為每張幻燈片指定播放時間。實際播放時間根據機器類型不同而有所不同。l 幫助：該選項能轉移到一個可以獲得AUTODYN大概信息的菜單以及關于下面主題的幫助： 介紹 菜單 鍵盤 鼠標 安裝 用戶子程序 l 文件位置：該選項可以為AUTODYN所使用的數據和幻燈片選擇位置。文件查找在大部分系統(tǒng)中都可以進行，它允許你瀏覽存在的數據和幻燈片文件。F7、F8、F9、F10: 圖像旋轉鍵。 F7、F8和F9鍵分別將圖像繞X、Y、Z軸旋轉。對于2維，只有F9鍵適用。F10鍵用于反向旋轉。缺省設置的每次旋轉角度為10。先按F5鍵，再選擇Viewpoint，然后再使用F7F10功能鍵，將僅對觀察點處的單個單元體發(fā)生作用，這樣能夠更快的顯示，而不必在每次旋轉后重畫整個圖像。4. 功能鍵結構圖解5. 光標方向鍵光標方向鍵有下述功能：l 從一個菜單選擇移動到下一個。可以使用向上的光標鍵（）和向下光標鍵（）。（注意：也可以用鼠標或輸入命令的第一個字母來選擇命令。）l 在輸入窗口內從一個輸入區(qū)移動到另一個。使用“左”光標鍵（）和“上”光標鍵（）移回到上一個區(qū)域，用“右”光標鍵（）和“下”光標鍵（）移動到下一個區(qū)域。l 使用檢測命令時，在“變量”模式下，當前被檢測的變量名在信息區(qū)內用白色加亮。在此模式下，使用和在檢測標準網格變量和材料變量之間循環(huán)。通過使用和瀏覽網格或材料變量?？梢詸z測的材料變量是：材料裂紋、質量、壓縮、內能、溫度和alpha。通過使用和瀏覽不同材料。第六章 鼠標在AUTODYN中，鼠標用來執(zhí)行各種交互的屏幕圖形功能。鼠標的作用根據使用的硬件結構的差異而有所不同。典型的，鼠標可以用來選擇菜單，在輸入窗口中移動以及執(zhí)行屏幕上的交互功能（縮放、檢查等）。1. 選擇菜單項進行一個菜單選擇，指向所需命令后按鼠標左鍵，按右鍵可以移到下一個更高級的菜單。它與鍵作用相同。鼠標必須定位在菜單命令的區(qū)域時右鍵才起作用。2. 輸入窗口功能輸入窗口中，用鼠標在數據選項之間移動：l 按鼠標左鍵前進到下一個區(qū)域，按右鍵移動到前一個區(qū)域。l 將鼠標指向輸入窗口右上角的“=”符號并按左鍵（相當于按下“=”鍵），關閉輸入窗口且接受輸入的數據。l 將鼠標指向輸入窗口右上角的“-”符號并按左鍵（相當于按下“Escape”鍵），取消輸入窗口。針對你特殊的硬件結構根據安裝向導查閱鼠標的用法。3. 鼠標的互動功能當選擇了諸如縮放、檢查一類的命令后，屏幕上就會出現一個十字叉。當出現十字叉時，可以用鼠標進行下述的基本操作：l 移動十字叉：在屏幕上十字叉隨鼠標的移動而移動。l 選擇一點：將十字叉移動到所需位置并按鼠標左鍵即可用定位器選擇一點。l 退出鼠標模式：按鼠標中（右）鍵，可以返回到菜單并離開作圖屏幕。下面針對鼠標的某些交互功能提供了專門的介紹。4. 縮放 選擇縮放命令后，在作圖窗口左下部分出現一個光標。將光標移動到要設置的縮放窗口的任意一個角上按左鍵“固定”這個角，然后將鼠標移動到窗口的斜對角上再次按鼠標左鍵。被選的區(qū)域就被“縮放”了。按右鍵退出縮放返回到菜單狀態(tài)。5. 檢查當選擇了檢查命令后,立即進入“pick”模式，可以從圖形窗口選擇單元來檢查。在此模式下，信息區(qū)的所有數據以綠色顯示。單擊左鍵選擇鼠標所指單元進行檢查，可以在單元之間移動重復此項操作。按鼠標右鍵（若三鍵鼠標則按中鍵）切換到“變量”模式，在此模式下改變被檢測的變量。在“變量”模式中，當前被檢測的變量名在信息區(qū)中以白色高亮顯示。同時在此模式下，可以通過使用和在標準網格變量和材料變量間選擇?？梢酝ㄟ^和鍵瀏覽網格變量和材料變量。材料變量中可以被檢測的有材料裂紋、質量、壓縮、內能、溫度和alpha。當檢測材料時，可以通過和鍵瀏覽不同的材料。從“變量”模式中，按鍵可以轉換到“pick”模式，這樣可以選擇一個新的單元。按鍵退出檢測。如果變換檢測的變量，按鼠標右鍵離開“檢測”模式。用戶可以利用空格鍵和退格鍵在變量中循環(huán)，當顯示出需要的變量時，按。用戶可以通過按鼠標左鍵選擇所需單元。若想退出檢測模式返回菜單，按鼠標右鍵及。6. 交互式劃分網格與重分網格交互式劃分網格與重分網格可以刪除或移動拉各朗日節(jié)點。在交互式劃分網格與重分網格過程中，選擇“刪除”命令后，在圖形窗口左下角就會出現一個光標，光標移動到一點后按下鼠標左鍵就從網格中刪除了這個節(jié)點。如果需要，可以重復此過程，按鼠標右鍵退出“刪除”命令。選擇“移動”命令后，在圖形左下角出現光標。將光標移動到所選的節(jié)點上，單擊鼠標左鍵，將光標移動到新位置后再次單擊左鍵，所選的節(jié)點就被移動到新位置上了。如果新位置與另一個節(jié)點接近，被移動的節(jié)點就“粘”到那個節(jié)點上。若需要可以重復此過程。按鼠標右鍵退出此命令。7. 設置標志點（僅用于2維）在AUTODYN-2D中，可以用鼠標設置標志點（計量位置）來保存歷程數據。如果想把一個單元設為標志位置，只需把鼠標移動到該單元上后單擊左鍵。重復此項操作設置多個標志點。按鼠標右鍵退出該模式。在AUTODYN-3D中，標志點被明確的輸入，鼠標不起作用。第七章 AUTODYN概念與定義物理系統(tǒng)的動力學行為遵從基礎物理定律和條件。概括如下：l 質量守恒l 動量守恒l 能量守恒l 材料模型（本構方程）l 初始條件l 邊界條件AUTODYN使用高級數值技術解算上述基本方程。AUTODYN包含著大量的數值解算器，稱之為“處理器”，每一個都根據不同的物理領域進行了優(yōu)化。這些處理器，從本質上使AUTODYN的多個程序合而為一。這些不同的處理器可以單獨使用，或在特殊情況下耦合在一起對復雜的“耦合問題”提供一個精確有效的解決方法。耦合問題包括沖擊侵徹問題、流體動力學結構力學的相互影響問題以及爆炸結構相互作用問題。1. AUTODYN分析技術AUTODYN把時間和空間分成多個增量（離散化）。時間被分成“時間步”，每個時間步形成一個“循環(huán)”，用戶可以指定選擇第一個時間步，否則，AUTODYN將自動提供適當的時間步長以確保計算的準確和穩(wěn)定性?？臻g被劃分或“分區(qū)”成所謂“單元”、“區(qū)”或“元素”。在AUTODYN中，所有的單元都是四邊形（2D）或六面體（3D）。給定的空間或“子區(qū)域”是由i、j (2D)或i、 j、k (3D )結構的坐標空間構成的，每個單元的變量通過i、j (2D)或i、 j、k (3D )來定位。在一個問題中，AUTODYN可以定義幾個獨立的i、 j、k子區(qū)域，并且每個子區(qū)域可以采用不同的數值解算器（Lagrange、Euler、Shell、ALE、SPH等）。由于每個子區(qū)域有一個正交的i、 j、k坐標空間（IMAXJMAXKMAX），無用網格的使用和多重子區(qū)域的功能相互作用使AUTODYN可以解決復雜的非正交（x,y,z）的形狀和結構問題。注意：為簡便起見，下面討論涉及AUTODYN-3D的 i、 j、k坐標空間和XYZ(x,y,z)物理空間，而2D僅有i、j和x、y。2. 全局和子區(qū)域數據AUTODYN輸入數據有全局輸入和子區(qū)域輸入構成。用戶可以以任何方便的順序定義全局和子區(qū)域數據，在全局和子區(qū)域菜單之間切換，直到問題被完全定義為止。1. 全局數據 全局輸入整個問題特性的特定參數，包括如下信息：l 對稱性：對于AUTODYN-2D，供選擇的是平移的（平面應變）和軸向的（x軸是對稱軸）。AUTODYN-3D沒有定義對稱的要求，然而可以指定任意的x,y和z軸上的對稱平面。l 時間步長：AUTODYN通過查找最大的穩(wěn)定時間步長為問題中所有區(qū)域定義時間步長，這個唯一的時間步長在所有子區(qū)域中應用。l 終止：控制一個問題的計算時間（不是計算機時間）或指定循環(huán)次數（時間步）。用戶也可以在所需的時間點上重新計算一個問題。l 材料：材料可以在全局級別中定義，并且可以在所有的子區(qū)域中使用，僅需通過簡單的名稱指定。為了方便，材料也同樣可以在子區(qū)域級別中定義。內建的材料數據庫可以使用、修改以及增加材料特性定義。l 邊界：根據解算器的類型（Lagrange、Euler等）定義邊界狀態(tài)（壓力，速度，流動條件）的屬性。在子區(qū)域級別的命令中，可以通過名稱和在網格中的物理位置應用定義的邊界條件。為簡便起見，邊界條件也可以在子區(qū)域級別中定義。l 編輯：定義各種類型顯示圖形的顯示頻率以及包括圖像和幻燈片輸出在內的打印編輯。打印編輯的物理范圍或標志點（時間歷程）在子區(qū)域級別中定義。l 選項：全局選項包括重力、阻尼系數等，針對所有的子區(qū)域定義。通常這些常數置為默認值。同樣可以定義起爆點或起爆面。l 標題和單元：一個問題的總標題是具體指定的。在所要分析的問題的網格中,任何連續(xù)的單元集合都可以使用，AUTODYN能夠為幾組連續(xù)的單元集合提供操作選項。2子區(qū)域定義與上面的全局輸入相對應，子區(qū)域輸入是為特定的子區(qū)域指定數據。每一個子區(qū)域是一個獨立定義的i、 j、k坐標空間，它使用一種處理器（例如Euler、Lagrange等）并且可以與其它子區(qū)域相互作用。子區(qū)域是一組在坐標空間（i、 j、k）內的正交單元。這些單元由i線、j線、k線組成，從IMIN（I的最小值）到IMAX（I的最大值），從JMIN（J的最小值）到JMAX（J的最大值），從KMIN（K的最小值）到KMAX（K的最大值）。子區(qū)域中每個單元由8個頂點（2D有四個）構成一個普通六面體單元。根據計算機硬件的情況，一個AUTODYN問題可以包含多達100個或更多的子區(qū)域。重要提示：每個子區(qū)域的坐標空間獨立于問題中定義的任何其他子區(qū)域。如上面的圖形所示，盡管子區(qū)域的坐標空間是正交的，子區(qū)域在XYZ空間的物理位置不一定為正交。而且，使用“無用”單元可以有效的構造非正交的i、 j、k空間，如下圖所示。每個子區(qū)域可以包含一些不同的材料、初始條件和邊界條件。根據問題分析的需求，用戶為每個子區(qū)域指定一種特定的數值處理器：Lagrange、Eule、EulerFCT、Shell、ALE等（見處理器章節(jié)）。每個子區(qū)域可以與其他子區(qū)域（或者甚至與它本身）在區(qū)域邊界（如果使用空網格的話有時沿著一個內部的表面）上相互作用。相互作用的類型根據子區(qū)域不同的處理器類型而有所不同。例如，兩個Lagrange子區(qū)域在撞擊滑移界面可能以點對點或相交的方式聯(lián)結。Euler和Lagrange子區(qū)域界面可能以相交的方式聯(lián)結。針對處理器耦合有幾個可選項（見界面章節(jié)）。對于用戶定義的每個子區(qū)域，需要下面的子區(qū)域信息：l IMAX,JMAX,KMAX：i、 j、k坐標的最大值，這將定義子區(qū)域中的單元數以及由此導致的問題的空間精確程度。每個子區(qū)域都自動被賦予I、J或K線的初值為1。記住：不同子區(qū)域的坐標空間是獨立的。l 處理器類型：Lagrange、Euler、Euler-FCT、Euler Godunov、Shell、ALE或SPH。根據預期的動力學行為類型為每個子區(qū)域選擇處理器。例如，對于氣體或流體動力學行為，可以使用典型的Euler方法。對于固體或結構行為可以選擇典型的Lagrange類型的方法。為每個子區(qū)域選擇合適的處理器類型將得到一個準確有效的結果，后面將作進一步討論。激活時間與停用時間可以用于每個子區(qū)域。如果把子區(qū)域激活時間設為0（缺省值），子區(qū)域從計算的開始就被運算。如果，設置一個非零的激活時間，子區(qū)域就會在到達該時間后才開始計算。這樣就允許生成并顯示沒有立即變形的子區(qū)域，而避免一開始就計算不必計算的子區(qū)域。如果根據計算結果一個子區(qū)域不再重要，但為了模型的可視化仍然需要它，使用停用時間選項可以減少運算時間。激活時間與停用時間可以在定義子區(qū)域時設置，并可以通過子區(qū)域選項激活菜單來修改。l 劃分網格：定義子區(qū)域在XYZ空間的幾何形狀，這樣定義了數值網格和空間的離散。劃分網格是交互式的，使用戶可以觀察正在構建的對象。從其他來源引進的數值網格也可以實現。l 填充：定義幾何形狀后就可以用材料和初始條件“填充”單元。一個子區(qū)域可以由許多不同材料和初始條件構成。沒有必要為每種材料或每套初始條件把問題分為不同的子區(qū)域。唯一的約束是在一個子區(qū)域中，只用一種類型的處理器。l 邊界：把邊界條件加到子區(qū)域上。包括壓力、速度、位置、連續(xù)和流動特性。針對子區(qū)域間的相互作用，一個單獨的相互作用菜單可以在全局/子區(qū)域級別中選擇（見相互作用）。l 編輯/標志：指定歷程數據保存的標志點位置。這些就是“計量”位置。在子區(qū)域內，要求硬拷貝打印輸出的區(qū)域也被具體指明。注意：全局編輯命令特指何時，編輯發(fā)生的時間。子區(qū)域編輯命令特指在哪，在子區(qū)域內所處的空間。l 選項：對于所有的子區(qū)域都可以改變i、 j、k坐標范圍。用此方法移動一個存在的區(qū)域中的一部分，或者實現在空間中更精細或更粗略的計算。對于某些處理器可以從一種類型改變?yōu)槠渌愋?。例如，可以在Lagrange和ALE處理器之間或Euler和EulerGodunov處理器之間轉換。3. 多重子區(qū)域在問題的分析中會用到不止一個子區(qū)域。每個子區(qū)域使用一種處理器（解算器），多重子區(qū)域可以是同種處理器（如Lagrange）或不同組合（Euler-Lagrange-ALE-Shell-等）。通過使用多重子區(qū)域結構，可以對復雜的幾何模型建模。而且，重要的是，不同類型的處理器可以用于一個問題的不同區(qū)域、給諸如流體結構相互作用或撞擊問題的“耦合”問題提供優(yōu)化解決技術。子區(qū)域菜單可以快速創(chuàng)建一個復雜模型，通過建造體樣式、依次定義每個子區(qū)域以及定義它們之間的相互作用。每個子區(qū)域可以獨立顯示，也可以與其他子區(qū)域結合整體顯示。AUTODYN的一個重要特性就是在一個解算過程中，可以增加或刪除子區(qū)域。這使用戶在完成下述類型的功能時有極大的靈活性：l 必要時，引入模型的增加部分。例如，對一個復合薄板沖擊問題，僅需在開始沖擊時引入增加的薄板。l 刪除模型中非重要的部分。例如，對一個爆炸加載問題，當炸藥的能量被稀疏時，可以刪除定義炸藥的子區(qū)域，計算可以繼續(xù)下去而不用計算靜止的炸藥單元。另一個例子是刪除已不重要失效區(qū)。綜上，AUTODYN的多重子區(qū)域特性提供了有力的功能：l 復雜幾何模型的定義。IJK空間（數值網格）可以被單獨定義，子區(qū)域之間的IJK坐標不必連續(xù)。l 一個模型的不同部分應用不同的處理器（解算器）。為不同類型的物理行為提供優(yōu)化的解法。l 在問題分析過程中靈活的修改模型。增加和刪除模型的一部分。4. 處理器類型AUTODYN允許在一個問題中使用不同的數值處理器（解算器）。根據分析的要求，用戶為每個子區(qū)域分配一個特定的處理器。子區(qū)域根據用戶指定的或所選擇處理器決定的進行相互作用。應用不同處理器的能力能得到優(yōu)化的數值解法。盡管或許沒有一個最好的數值方法適用于一個問題的所有部分，但AUTODYN允許在一個相同問題中使用不同的方法。下面的部分描述了AUTODYN中的數值處理器：1. Lagrange 處理器在Lagrange 處理器中，數值網格隨著物質材料移動和扭曲變形，如下面圖形所示。Lagrange 處理器很適合描述固體材料。自由表面和材料界面位于單元邊界，因此可以在計算過程中很好的保持。在Lagrange中，時間相關的材料特性也可以很好的描述，因為材料及其歷程都包含在它的初始單元中。Lagrange結構中，在角點處定義坐標（x）、速度（u）、力（F）和質量（m），在單元中心處定義應力（）、應變（）、壓力（p）、能量（e）和密度（）。用于AUTODYN的算法最初基于Wilkins1提出的有限差分方法。公式已經被修改為把力和質量集中于節(jié)點處，與大多數有限元公式類似。這個修改也能與Euler處理器更簡單的耦合。下面圖表給出了Lagrange計算循環(huán)。AUTODYN循環(huán)的每個時間步都經歷各個步驟。連續(xù)關系Lagrange計算循環(huán)盡管Lagrange特別適合描述固體行為，但它主要的缺點是對于極大變形問題數值網格會變得極大扭曲，導致小時間步長且可能失去準確性。下圖顯示一個簡單例子說明了此種情況。在上述問題中，數值運算只能進行到Lagrange網格畸變引起由于時間步長過小或網格糾結導致的解算中斷前的某一點。AUTODYN包括了附加的強有力的特性用于Lagrange處理器，使計算繼續(xù)。這些特性包括重分網格和侵蝕。AUTODYN交互的重分網格特性通過把扭曲網格的網格量映射到新網格（只限2D）來重建“規(guī)則”的網格，如下表所示。交互重分網格要求用戶人工定義新網格，而AUTODYN自動執(zhí)行重映射的功能。侵蝕選項也可以解決很多與使用Lagrange算法中大變形的問題。用戶在單元內指定一個應變閾值，當達到應變閾值時單元就被侵蝕掉。例如，把一個固體單元轉換成與初始網格分離的自由質量節(jié)點，從而避免了網格扭曲問題。AUTODYN自動允許侵蝕發(fā)生后新界面的重定義。在Advanced Topics中的Erosion有更詳細的討論。在某些情況下，Lagrange處理器可以由ALE（任意Lagrange Euler）代替，ALE處理器提供了一種“自動”重分網格可以避免網格扭曲。后面有ALE的討論。下面的表格總結了Lagrange處理器的特性。2. Lagrange處理器的總結優(yōu)點限制解決方法有效性，每個循環(huán)計算時間較少單元變形導致時間步長減小重分網格和侵蝕定義的材料界面和邊界清晰單元變形能引起網格扭曲，不精確重分網格和侵蝕好的時間歷程信息薄的截面需小的時間步長使用Shell處理器強度建模好滑移接觸面 邏輯復雜AUTODYN包含強有力的有效的相互作用邏輯編碼簡單3. Euler 處理器在Euler處理器中，網格在空間固定，物理材料在網格間流動，如下圖所示。Euler處理器很適合描述流體和氣體行為，自由表面和材料界面在固定的Euler網格間流動。精密的數值技術用于追蹤材料的運動。因為網格固定，則大變形或流動情況不會導致網格變形。要權衡的是為保持界面與限制數值耗散，需要很大的計算量。另外，為描述固體行為，固體應力張量和材料歷程必須在逐個網格間傳輸。復合材料和強度由AUTODYN自動控制。所有變量（應力、應變、壓力、能量、密度和速度）都在網格中心。這個選擇是為了與Lagrange的耦合。在Euler處理器中，每個時間步內的基本計算循環(huán)如下圖所示：連續(xù)關系Euler計算循環(huán)AUTODYN包含了三種不同的Euler處理器：（標準）Euler、EulerGodunov以及Euler FCT。標準Euler處理器最為常用，用來描述包括固體和多種材料模式的多種材料。Euler FCT處理器用于解決氣體動力學問題和爆炸問題，并且比Euler處理器高級解法的一般用途更有效。Euler FCT處理器只適用于單一理想氣體材料。EulerGodunov是一個更高級別的、多種材料的Euler解算器，包括材料強度和高分辨界面追蹤。EulerGodunov既可用于AUTODYN-2D也可用于AUTODYN-3D。下面的例子是Euler處理器在AUTODYN中的應用。第一個例子是在激波管中的二維爆炸。此例說明了在AUTODYN在流體動力學中（沒有強度）多種材料處理的Euler性能。上面的例子顯示了Euler在含強度的多種材料中的應用。金屬射流為銅，靶板是鋼。Euler多種材料模式自動考慮到了材料的分離和創(chuàng)立自由表面（空的創(chuàng)立）。上面的例子是三維建筑物中的爆炸加載問題，此問題表現出了高效AUTODYN Euler FCT處理器的應用。AUTODYN中的Euler重映射功能作為初始條件可以將1D或2D的解映射為2D或3D的解。Euler細分功能可以用于在用戶需要的位置調整網格密度，細化分區(qū)。在Advanced Topics和重映射指南中有對上述Euler功能的進一步討論。4. Euler處理器的總結優(yōu)點限制解決方法無網格畸變每個循環(huán)需要比Lagrange多的計算時間單一氣體材料采用高效EulerFCT處理大變形材料邊界耗散執(zhí)行精密的界面追蹤初始相互獨立的材料在網格中混合與Lagrange同樣精度計算需要更細的網格無需進行重分網格材料流動導致空網格的定義，導致大量的網格數量沖擊波耗散用高級數值方法描述沖擊波對強度模型不靈活標準Euler中包括強度需要薄截面使用Shell處理器5. Shell處理器Shell處理器用于薄結構的建模，而這些模型如果使用標準的Lagrange或Euler處理器會在計算中產生過小的時間步長。Shell處理器首先假設作為模型的結構是足夠“薄”的，以至于能夠假設一個二軸應力狀態(tài)。厚度方向無波的傳播，僅沿長度方向傳播。因此，時間步長僅受長度方向網格劃分的尺寸控制，薄殼子區(qū)域的定義通過常數I1，用J代表2D中沿殼方向上的一列節(jié)點，用J和K定義3D中的節(jié)點表面。下面的示意圖舉例說明了2D的Shell處理器。Shell處理器（2D）計算循環(huán)的基本步驟如下：Shell計算循環(huán)在AUTODYN理論手冊中詳細討論了2D和3D Shell處理器的公式。下面的例子顯示了3DShell計算的六邊形梁的壓垮。Shell處理器的總結如下表所示。6. Shell處理器的總結優(yōu)點限制時間步長受分段長度控制, 不受厚度控制不能對有厚度結構精確計算二軸應力狀態(tài)7. ALE處理器ALE(任意Lagrange Euler)處理器可以被確切的定義為一個Lagrange子區(qū)域，不同的是用戶可以指定區(qū)域內節(jié)點的運動。這樣就可以提供一種“自動的重分網格”，解決某些問題非常有效。根據具體的運動，ALE子區(qū)域可以是完全的Lagrange（節(jié)點隨材料運動）、完全的Euler（節(jié)點固定，材料在固定網格間移動），也可以是介于二者之間。運動約束的標準選項是：l 自由（Lagrange）缺省l 固定（Euler）l 均等l 在x和/或y和/或z中等分l 沿I和/或J和/或K等分l I和/或J和/或K的幾何分隔l 平衡流動l 用戶自定義ALE可以用于固體、液體、氣體的建模。它特別適合流體結構相互作用問題。ALE的一個例子顯示在下面的圖中。使用3DALE處理器為在建筑物內部的爆炸建模。用Euler約束模擬爆炸和流體動力學區(qū)域的模型，而固體結構用Lagrange約束建模。ALE處理器假定在子區(qū)域邊界或材料交界面上的節(jié)點全部是嚴格的Lagrange型，因此ALE子區(qū)域中沒有材料的流入流出，而且一個單元中只包含一