顯式與隱式方法對比

1、顯式與隱式方法比照顯式與隱式方法比照:隱式時間積分不考慮慣性效應(yīng)(CandM).在t+t時計(jì)算位移和平均加速度：u=F/K.線性問題時,無條件穩(wěn)定,可以用大的時間步.非線性問題時,通過一系列線性逼近(NewtonRaphsorj)來求解；要求轉(zhuǎn)置非線性剛度矩陣k;收斂時候需要小的時間步；對于高度非線性問題無法保證收斂.顯式時間積分用中央差法在時間t求加速度：a=(F(ext)-F(int)/M.速度與位移由：v=v0+at,u=u0+vt新的幾何構(gòu)型由初始構(gòu)型加上X=X0+U非線性問題時,塊質(zhì)量矩陣需要簡單的轉(zhuǎn)置；方程非耦合,可以直接求解；無須轉(zhuǎn)置剛度矩陣,所有的非線性問題(包括接觸)都包含在

2、內(nèi)力矢量中；內(nèi)力計(jì)算是主要的計(jì)算局部；無效收斂檢查；保存穩(wěn)定狀態(tài)需要小的時間步.關(guān)于文件組織：jobname.klsdyna輸入流文件,包括所有的幾何,載荷和材料數(shù)據(jù)jobname.rst后處理文件主要用于圖形后處理(post1),它包含在相對少的時間步處的結(jié)果.jobname.his在post26中使用顯示時間歷程結(jié)果,它包含模型中局部與單元集合的結(jié)果數(shù)據(jù).時間歷程ASCII文件一一包含顯式分析額外信息,在求解之前需要用戶指定要輸出的文件,它包括：GLSTA除局信息,MATSUM材料能量,SPCFORC?點(diǎn)約束反作用力,RCFORC®觸面反彳用力,RBDOUT剛體數(shù)據(jù),NODOUT

3、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),ELOUTI元數(shù)據(jù)在顯式動力分析中還可以生成以下文件：D3PLOT類似ansys中jobname.rstD3THDT時間歷程文件,類似ansys中jobname.his關(guān)于單元：ANSYS/LSDYNA7中單元(所有單元均為三維單元)：LINK160顯式桿單元；BEAM161:顯式梁單元；SHELL163顯式薄殼單元；SOLID164顯式塊單元；COMBI168顯式彈簧與阻尼單元；MASS166顯式結(jié)構(gòu)質(zhì)量；LINK167:顯式纜單元顯式單元與ansys隱式單元不同：每種單元可以用于幾乎所有的材料模型.在隱式分析中,不同的單元類型僅僅適用于特定的材料類型.每種單元類型有幾種不同算法,

4、如果隱式單元有多種算法,那么具有多個單元名稱.所有的顯式動力單元具有一個線性位移函數(shù),目前尚沒有具有二次位移函數(shù)的高階單元.每種顯式動力單元缺省為單點(diǎn)積分.不具備額外形函數(shù)和中間節(jié)點(diǎn)的單元以及P單元.單元支持ansys/lsdyna中所有的非線性選項(xiàng).簡化積分單元的使用：一個簡化積分單元是一個使用最少積分點(diǎn)的單元,一個簡化積分塊單元具有在其中央的一個積分點(diǎn)；一個簡化殼單元在面中央具有一個積分點(diǎn).全積分塊與殼單元分別具有8個和4個積分點(diǎn).在顯式動力分析中最消耗CPU的一項(xiàng)就是單元處理.由于積分點(diǎn)的個數(shù)與CPU時間成正比,所有的顯式動力單元缺省為簡化積分.簡化積分單元有兩個缺點(diǎn)：出現(xiàn)零能模式沙漏；

5、應(yīng)力結(jié)果的精確度與積分點(diǎn)直接相關(guān).沙漏：一種比結(jié)構(gòu)響應(yīng)高的多的頻率震蕩的零能變形模式.它在數(shù)學(xué)上是穩(wěn)定的,但在物理上是不可能的狀態(tài).它們通常是沒有剛度,變形時候呈現(xiàn)鋸齒形網(wǎng)格.單點(diǎn)積分單元容易產(chǎn)生零能模式；它的出現(xiàn)會導(dǎo)致結(jié)果無效,應(yīng)盡量預(yù)防和減小.如果總的沙漏能大于模型內(nèi)能的10%,這個分析就有可能是失敗的.預(yù)防沙漏的方法：1,預(yù)防單點(diǎn)載荷,由于它容易激發(fā)沙漏.2,用全積分單元,全積分單元不會出現(xiàn)沙漏,用全積分單元定義模型的一局部或全部可以減少沙漏.3,全局調(diào)整模型體積粘性,可以通過使用EDBVIS命令來限制線性和二次系數(shù),從而增大模型的體積粘性.4,全局增加彈性剛度,用命令EDHGLSi曾加

6、沙漏系數(shù).建議剛度系數(shù)不超過0.15.5,局部增加彈性剛度.有時只需要用EDMP,HGLS令增加某些特定潮流或區(qū)域單元的剛度即可到達(dá)目的.使用單元注意：預(yù)防使用小的單元,以免縮小時間步長.如果要用,那么同時使用質(zhì)量縮放.減少使用三角形/四面體/棱柱單元.預(yù)防銳角單元與翹曲的殼單元,否那么會降低計(jì)算精度.需要沙漏限制的地方使用全積分單元,全積分六面體單元可能產(chǎn)生體積鎖定由于泊松比到達(dá)0.5和剪切鎖定例如,簡支梁的彎曲.關(guān)于PART一個PAR說具有相同的單元類型,實(shí)常數(shù)和材料號組合的一個單元集.通常,Part是模型中的一個特定局部,在被賦予一個partID號后,可以用于一些命令中.一些需要應(yīng)用pa

7、rt的操作：定義和刪除兩個實(shí)體之間的接觸EDCGENSEDCDELE定義剛體載荷與約束EDLOA山EDCRB讀取時間歷程材料數(shù)據(jù)EDREAD向模型的組元施加阻尼EDDAMP使用PART投驟：1,建立模型,直到遇到需要使用PART勺命令.2,創(chuàng)立PART列表EDPART,CREATE列出EDPART,LIST3,使用列表中適當(dāng)?shù)腜ART號.4,在以后的模型中需要使用PART勺命令時,先更新EDPART,UPDATE口列表EDPART,LI$Tf前的PART5,對于所有用到PARTt的命令時重復(fù)步驟4.使用PARTS意：如果使用EDPARTCREATED復(fù)創(chuàng)立PARTJ表,PARTJ表被重復(fù)覆蓋,

8、這有可能對先前定義的一些參考PAR怖令產(chǎn)生影響如接觸等.為了預(yù)防這種情況,可以使用update更新part列表.更新后的part不會改變part順序,它可以將新產(chǎn)生的單元加到相應(yīng)的part組中.用EDPART,UPDATE行part更新.關(guān)于材料模型相對于隱式分析,ANSYS/LSDYNA供了implicit中不具備的特性：1,應(yīng)變率相關(guān)塑性模型.2,溫度敏感塑性材料.3,應(yīng)力和應(yīng)變失效準(zhǔn)那么模型.4,空材料模型(如應(yīng)用于鳥撞).5,狀態(tài)方程模型.概述：LinearElastic:isotropic(withFluidOption),Orthotropic,AnisotropicNonline

9、arElastic:Blatz-KoRubber,Mooney-Riviln,ViscoelasticPlasticity:RateIndependent(3),RateSensitive(8)Foam:Isotropic,OrthotropicCompositeDamageConcreteEquationofState:Temp.&strainratedependentplasticity,NullmaterialsOther:Rigidbodies,Cables,Fluid線彈性：彈性各向同性：所有方向材料特性相同.大多數(shù)工程金屬都是各向同性的如鋼鐵.簡單由DENS,EX,

10、NUXY義.正交各向異性：特性具有3各相互垂直的對稱面.一般用9各獨(dú)立參數(shù)和DENS定義.定義需要根據(jù)特定的坐標(biāo)系來定義.各向異性：材料中各個點(diǎn)處的特性是獨(dú)立的.需要21個獨(dú)立參數(shù)和DENS定義.非線彈性：可以經(jīng)受大的可恢復(fù)的彈性變形Blatz-Ko用于象橡膠一樣的可壓縮材料.泊松比ansys自動設(shè)置為0.463,只需要DENS?口GXY材料響應(yīng)通過應(yīng)變能量密度函數(shù)確定.MooneyRivlin:用于定義不可壓縮橡膠材料.需要輸入DENS,NUXY和Mooney-Rivlin常數(shù)C10和C01.為了保證不可以壓縮行為,NUXY的值設(shè)在0.49和0.5之間.材料響應(yīng)通過應(yīng)變能量密度函數(shù)確定.Vi

11、scoelastic定義玻璃類材料.需輸入G0,G,K等參數(shù).塑性：有11中塑性模型,模型選擇取決于要分析的材料和可以得到的材料參數(shù).要得到好的分析結(jié)果,需要使用精確的材料參數(shù).塑性模型可分為3大類位于不同的類別內(nèi)的材料模型之間區(qū)別很大,但在一個類別內(nèi)的材料模型差別不大,通常只是可獲得的材料參數(shù)不同.類別1:各向同性材料應(yīng)變率無關(guān)塑性材料模型3種a,經(jīng)典雙線性隨動硬化BKIN.b,經(jīng)典雙線性各向同性硬化BIS.c,彈性塑性流體動力HYDRO.這些模型都用彈性模量EX和切線模量ETAN來表示材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系.應(yīng)變率無關(guān)的模型通常用于象板金成型一類的總的成型過程相對長的計(jì)算中.所有3個模型可以

12、用于大多數(shù)工程金屬材料.BKIN與BISO模型之間的唯一區(qū)別是硬化假設(shè),隨動硬化假定二次屈服在2ry時出現(xiàn),而等向硬化出現(xiàn)在26max.它們輸入?yún)?shù)類似：DENS,EX,NUXYeldStressry,TangentModulusEtanHYDRO®用于經(jīng)受大變形乃至失效的材料,如果沒有指定有效的真實(shí)應(yīng)力與應(yīng)變,那么認(rèn)為是等向硬化,需要指定YieldStres47,TangentModulus(Etan).類別2：各向同性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型5種.a,塑性隨動plastickinematic:帶有失效應(yīng)變的Cowper-Symonds模型.b,率敏感：帶有強(qiáng)度和硬化系數(shù)的Cowper-

13、SymondS模型.c,分段線性：帶有多線性曲線和失效應(yīng)變的Cowper-Symondsd,率相關(guān)：用載荷曲線和失效應(yīng)力定義的應(yīng)變率.e,幕法那么：用于總塑性成型的Ramburgh-Osgood模型.模型ac使用CowperSymonds模型在應(yīng)變率的根底上縮比屈服應(yīng)力.由于彈性模量,屈服應(yīng)力,切線模量和失效應(yīng)力都可以作為應(yīng)變的函數(shù)輸入,模型2d是最普通的應(yīng)變率模型.卞K型a-d可以用于一般的金屬和各向同性材料塑性成型分析.卞K型e是專用于超塑性成型的特殊材料模型.類別3:各向異性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型3種.使用材料注意：對于每種單元類型,未必能夠使用所有的材料模型,因此使用時要參考單元手冊來確認(rèn)

14、可以用哪種模型.對于每種材料模型,并非所有的常數(shù)與選項(xiàng)都要輸入.在定義材料屬性時,保證使用一致的單位制,不正確的單位制不僅會影響材料的響應(yīng),而且會影響接觸剛度的計(jì)算.不要低估準(zhǔn)確材料數(shù)據(jù)對結(jié)果的重要性,盡量花費(fèi)額外的時間與金錢去獲得準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù).關(guān)于邊界條件,載荷與剛體載荷與邊界條件概述與大多數(shù)隱式分析不同,顯式分析中所有的載荷都必須作為時間函數(shù)施加.因此,在顯式分析中只能通過定義數(shù)組參數(shù)來施加載荷,一列為時間值,另一列為載荷值.耦合C?與約束方程命令集C6在顯式分析中僅對位移和旋轉(zhuǎn)自由度有效,在大變形分析時使用CP和CE要注意.初始速度EDIVELO與剛體定義EDMPRIGID是顯式分析所

15、獨(dú)有的.施加載荷時,如果不定義時間與載荷軸,可以使用預(yù)先定義的載荷曲線LCIDviaEDCURVE來定義載荷.可以使用SCAL舔數(shù)對載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行放縮.定義完載荷曲線后,可以用EDPLB一下確認(rèn).可以通過solution>loadingoptions.得到載荷的參考號.與隱式不同,lsdyna區(qū)分零約束與非零約束,所有的非零約束被處理為載荷EDLOAD.只有零約束可以使用D命令,由于它被用來固定模型的一局部.除了標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)約束,可以用EDNROT命令施加旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)約束.constrains>apply>rotatednodal用EDBOUN時令可以使用

16、滑移和循環(huán)對稱,能大大減少模型尺寸.需要一個無限域時候,為限制模型規(guī)模,可使用非反射邊界條件來表示只能用SOLID164.非反射邊界阻止應(yīng)力波從模型的邊界反射.要定義非反射邊界時,首先創(chuàng)立物體外外表節(jié)點(diǎn)的組元,然后EDNB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.solution>constraints>apply>non-reflbndry.瞬態(tài)動力問題,需要定義初始速度時候,用EDIVELO0T令施加旋轉(zhuǎn)與平動速度于節(jié)點(diǎn)組元上.注意：在相同節(jié)點(diǎn)組元上用EDIVELO0T令定義初速度會覆蓋以往的定義.剛體定義模型中較硬的

17、局部能夠大大減少顯式動力分析的計(jì)算時間.,所有的剛體將自由度耦合在質(zhì)心,因此無論有多少節(jié)點(diǎn),單個剛體PART只有6個自由度.質(zhì)量,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計(jì)算.作用在剛體上的力與力矩在每個時間步由各節(jié)點(diǎn)值相加而成.剛體的運(yùn)動首先在質(zhì)心處計(jì)算,然后轉(zhuǎn)換到各個節(jié)點(diǎn)上.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.由于約束應(yīng)該施加在剛體的質(zhì)心,所以輸入正確的轉(zhuǎn)動與平動約束值是非常重要.利用EDLOA階剛體施加位移和速度,但是所有的剛體載荷施加在part號上,而不是節(jié)點(diǎn)組元.兩個剛體可以利用EDCRB合并,使其行為一致.注意不要屢次具有相同參考號的EDCRB

18、命令.當(dāng)合并兩個剛體時,從剛體那么屬于主剛體,任何以后對從剛體的參考都沒有意義.與ansys隱式不同,不用大的EX值來硬化某一局部,而使之成為剛體.需要輸入準(zhǔn)確的材料特性來計(jì)算接觸剛度.不能在剛體上的節(jié)點(diǎn)處施加約束D命令.所有的約束必須施加在剛體的質(zhì)心.兩個剛體不能共節(jié)點(diǎn).但可用EDCR時令來連接剛體.對模型中變形結(jié)果不重要的局部使用剛體,從而能夠大量地節(jié)約CPU時間.阻尼阻尼是在顯式動力分析中阻止非真實(shí)震蕩的方法.質(zhì)量加權(quán)alpha和剛度加權(quán)beta阻尼可以用EDDAMP命令施加.當(dāng)part=all或指定了曲線ID時,模型自動使用alphadamping.與質(zhì)量成比例的阻尼對于低頻率十分有效

19、.當(dāng)CurveID=O并且指定了阻尼常數(shù),beta阻尼被用于特定的part.剛度阻尼對于高頻震蕩有效.點(diǎn)焊類似于具有旋轉(zhuǎn)慣性的兩個節(jié)點(diǎn)之間的約束方程.節(jié)點(diǎn)之間的連接是無質(zhì)量和剛性的.節(jié)點(diǎn)不能重合,而且不能再有任何其他的約束.可以用來模擬聯(lián)接失效.preprocessor>lsdynaoptns>spotwelds關(guān)于接觸ansys/lsdyna不使用單元定義接觸,使用接觸面定義.有22種的接觸類型,為了選擇適宜的接觸類型,往往需要對接觸集合和算法有深入的理解.接觸算法是程序用來處理接觸面的方法.有3種：1,singelsurfacecontact.2,nodesto

20、surfacecontact.3,surfacetosurfacecontact一個接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合.有9種：1,general2,automatic3,rigid4,tied5,tiedwithfailure6,eroding7,edge8,drawbead9,forming單面接觸用于當(dāng)一個物體外外表與自身接觸或和另一個物體的外外表接觸時使用.是最通用的接觸類型.程序會搜索模型中的所有外外表,檢查其間是否相互發(fā)生穿透.不需要定義接觸面與目標(biāo)面.大多數(shù)沖擊與碰撞問題需要定義單面接觸.當(dāng)接觸面之間的穿透超過接觸單元厚度40%時,單面接觸自動釋放接觸,對下面問題造成威脅

21、.如：超薄局部,具有低剛度的軟體,高速運(yùn)動物體之間的接觸.單面接觸在ASCIIrcforc文件中不記錄所有的接觸反作用力,如果需要接觸反力,可以使用點(diǎn)到面或面到面的接觸.點(diǎn)面接觸發(fā)生在一個接觸節(jié)點(diǎn)碰到目標(biāo)面時.由于它是非對稱的,所有是最快的算法,只考慮沖擊目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn).對于點(diǎn)面接觸,必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)組元或PARTto當(dāng)使用點(diǎn)面接觸時,注意：平面與凹面為目標(biāo)面,凸面為接觸面.粗網(wǎng)格為目標(biāo)面,細(xì)網(wǎng)格為接觸面.對于drawbead接觸,壓延筋總是節(jié)點(diǎn)接觸面,工件為目標(biāo)面.當(dāng)一個面穿透另一個物體的面時,使用面面接觸算法.它完全對稱,因此接觸面與目標(biāo)面選擇時任意的.也是要用節(jié)點(diǎn)組元和PART

22、t來定義接觸面和目標(biāo)面的.節(jié)點(diǎn)可以附屬多個接觸面.自動接觸與普通接觸的區(qū)別在于對殼單元接觸力的處理方式不同.普通接觸在計(jì)算接觸力時不考慮殼的厚度.自動接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元的兩側(cè).侵蝕接觸時當(dāng)單元可能失效時候使用.目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后,剩下的單元依然可以能夠考慮接觸.剛體接觸時,接觸RNTR和ROTR與NTS和OST朋似,除了前者是用線性剛度來阻止穿透,后者是采用用戶定義的力-變形曲線來阻止穿透.變形體與剛體之間的接觸必須用automatic或erodingcontacts.edgecontact用于殼單元的法線與碰撞方向正交時.用EDCGENSE自動選擇所有的邊線.周連接觸

23、是接觸被粘在一起,當(dāng)網(wǎng)格互相不匹配時使用.經(jīng)常用于銷栓連接.drawbead拉延筋接觸通常用于板料成型,用于約束板料的運(yùn)動.在類似沖板的板料成型過程中,通常會出現(xiàn)工件與模具之間失去接觸如起皺.它允許使用彎曲和摩擦阻力,用于保證工件在整個沖壓過程中與壓延筋始終保持接觸.鉞金成型類接觸中FNTS,FSTS,FOSSf選類型.對于這些,沖頭與模具通常定義為目標(biāo)面,而工件那么定義為接觸面.對于這些接觸類型中的模具無需網(wǎng)格貫穿,因此減小接觸定義的復(fù)雜性.使用時,模具網(wǎng)格方向必須一致.接觸四步驟：1,選擇適宜的接觸類型.2,標(biāo)定接觸實(shí)體(對于單面接觸不需要).3,指定需要的額外參數(shù).4,指定高級接觸限制.

24、畫接觸面可以使用接觸定義號以及EDP0T令.用EDLIS怖令歹出接觸,然后用接觸參考號和EDP0T令畫出接觸對.高級接觸限制選項(xiàng)：option1:controllingthecontactsearchmethodoption2:controllingcontactdepthoption3:controllingcontactstiffnessoption4:contactsurfacebirthanddeathtimes(EDCGENcommand)option1:限制接觸搜索方法兩種方法：網(wǎng)格連貫性搜索(defaultforNTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS方法(defaultf

25、orallothertypes)在網(wǎng)格連貫搜索中,接觸算法使用相鄰單元共用的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索,當(dāng)一個目標(biāo)面與一個接觸節(jié)點(diǎn)脫離接觸后,相鄰的面被檢查.meshconnectivity方法非?？?但要求接觸面的網(wǎng)格是連續(xù)的.在bucketsort方法中,由接觸面所占據(jù)的三維空間被分為許多立方體(buckets)o節(jié)點(diǎn)可以接觸同一立方體中的任何局部或者相鄰的bucket.接觸節(jié)點(diǎn)可接觸在相同的bucket中或相鄰的bucket中接觸任何目標(biāo)面的局部.bucketsort算法功能十分強(qiáng)大,但是在某種程度上比meshconnectivitytracking要慢,尤其對于大的模型.option2：限制接觸搜索深度又t于STS,NT辱口OSTS的普通選項(xiàng),ansys/lsdyna假定搜索的接觸深度為10的10次方,當(dāng)接觸點(diǎn)穿過目標(biāo)面時,就會產(chǎn)生一個與接觸深度成比例的接觸力.當(dāng)模型的組件處于連續(xù)的相對運(yùn)動時由于產(chǎn)生假接觸,從而帶來不穩(wěn)定,如果接觸深度很大,偽接觸