ANSYS-LS-DYNA-顯式動力學(xué)-培訓(xùn)手冊-第二天.ppt

1、加載，剛性體和邊界條件,第2-1章,March 7, 2002 Inventory #001630 2-2,加載，定義邊界條件及剛體本章的目標(biāo),本章講術(shù)了如何施加載荷、初始條件和阻尼。另外還討論了剛體和約束問題。 主題: 加載和邊界條件 一般加載過程 熱載荷的施加 初始速度 阻尼的施加 剛體 約束 本章的例題,March 7, 2002 Inventory #001630 2-3,加載，定義邊界條件及剛體A. 加載和邊界條件,與隱式靜力分析不同，所有顯式動力分析施加的載荷必須是時間的函數(shù)，ANSYS中時間載荷步的概念將不再適用。,因?yàn)闀r間的相關(guān)性，許多ANSYS 中的加載命令 (如： F an

2、d SF)在LS-DYNA中不再適用。,在顯式動力分析中只能使用兩個數(shù)組來定義載荷。一個數(shù)組是時間變量，另一個是載荷變量。 阻尼是用來減小與載荷對應(yīng)的動力響應(yīng)。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-4,加載，定義邊界條件及剛體.加載和邊界條件,另外，D命令不能用來加載，因?yàn)樗慌c時間相關(guān)，它只能用來施加約束 (永久性的零位移約束). 在顯式動力分析中，耦合(CP)和約束方程(CE)僅對位移的平動(U)和轉(zhuǎn)動(ROT) 有效。在大變形中使用耦合(CP)和約束方程(CE) 要分外小心，另一種約束方法(如, 用EDCNSTR)將在本章后面討論。 初始速度 (EDVEL

3、) 和剛體 (EDMP, RIGID) 的定義在顯式動力分析中非常重要，它們可以通過避免漸增載荷和減少模型的自由度數(shù)來減少CPU 時間。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-5,加載，定義邊界條件及剛體.加載和邊界條件,ANSYS/LS-DYNA 通常被用來求解瞬態(tài)動力分析問題 (EDDRELAX, OFF， 它也可以求解靜力問題，但這類問題最好使用隱式方法求解，如：ANSYS。 一個真動力松弛分析 (EDDRELAX, DYNA) 使得LS-DYNA顯式求解器可以通過增加阻尼直到動能降為零來執(zhí)行一個靜力分析。一旦動力松弛分析已經(jīng)確定了系統(tǒng)的初始應(yīng)力狀態(tài)（如預(yù)應(yīng)

4、力），就可以接著進(jìn)行全瞬態(tài)動力分析。 對預(yù)加載幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)力初始化 (EDDRELAX, ANSYS) 類似于真動力松弛分析，但它需要通過前面的隱式靜態(tài)分析預(yù)先獲得預(yù)載變形。這種類型的分析稱為隱式顯式順序求解，詳見4-3章。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-6,加載，定義邊界條件及剛體B. 一般加載過程,在ANSYS/LS-DYNA中，所有瞬態(tài)加載必需使用EDLOAD 命令，并按以下步驟: 創(chuàng)建組元（ component）或Part 定義數(shù)組參數(shù) 使用EDLOAD命令加載 創(chuàng)建組元（ component）或Part: ANSYS/LS-DYNA 中的許多載荷是

5、加在節(jié)點(diǎn)組元上的 。但壓力是施加在單元組元（ element components ）上，而剛體載荷是被施加在Part上。 就當(dāng)前所選的節(jié)點(diǎn)使用 CM 命令創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)組元 Utility Menu Select Entities Nodes Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component,March 7, 2002 Inventory #001630 2-7,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,最好給創(chuàng)建的集合定義一個意義明確的名字，這樣可以避免將載荷加到錯誤的結(jié)構(gòu)上。 定義數(shù)組參數(shù) : 在 ANSYS/LS-DYNA中，所有載荷都是按

6、特定時間間隔施加 ，并成組地定義時間數(shù)組參數(shù)及相應(yīng)的載荷數(shù)組參數(shù) (*DIM and *SET): Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit Add,March 7, 2002 Inventory #001630 2-8,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,每一個時間值與一個載荷值對應(yīng)。 載荷應(yīng)施加在整個求解時間中。當(dāng)達(dá)到定義的時間終點(diǎn)時，載荷將會迅速置為零，為避免結(jié)構(gòu)的突然卸載，可以適當(dāng)延長載荷的終止時間超過分析結(jié)束的時間，特別是在隨后需要進(jìn)行重起動的分析中應(yīng)該注意這一點(diǎn)。 使用EDLOAD命令加載: 完成組元（compo

7、nent）或Part和參數(shù)數(shù)組定義后可以使用 EDLOAD 命令來加載: Solution Loading Options Specify Loads 先選擇載荷選項(xiàng)中的（Add Loads）. 這一選項(xiàng)同時也可以列出載荷（listing Loads） 和刪除載荷（ deleting load）.,March 7, 2002 Inventory #001630 2-9,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,選擇所要施加載荷的類型: 對節(jié)點(diǎn)組元（ Components） : Forces: FX, FY, FZ Displacements: UX, UY, UZ Velocities: VX

8、, VY, VZ Accelerations: AX, AY, AZ Base Accelerations: ACLX, ACLY, ACLZ Moments: MX, MY, MZ Rotations: ROTX, ROTY, ROTZ Angular Velocities: OMGX, OMGY, OMGZ Temperatures: TEMP 對單元組元（ Element Components） : Pressures: PRESS 對 Parts (剛體) : Forces: RBFX, RBFY, RBFZ Displacements: RBUX, RBUY, RBUZ Veloci

9、ties: RBVX, RBVY, RBVZ Moments: RBMX, RBMY, RBMZ Rotations: RBRX, RBRY, RBRZ Angular Velocities: RBOX, RBOY, RBOZ,注意左邊的規(guī)定 對于剛性體，根據(jù)方程F=ma ，平動加速度可以通過施加等效的力來實(shí)現(xiàn)。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-10,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,EDLOAD 菜單的這個選項(xiàng)或者定義一些特定載荷類型（參見命令手冊中的規(guī)定）的局部坐標(biāo)系（ 通過EDLCS定義），或者施加壓力時的單元面號(surface) 。 下面的

10、空格根據(jù)載荷類型或者定義節(jié)點(diǎn)、單元組元號或者定義Part 號，如前所述。,選定時間（ TIME ）和相應(yīng)載荷（LOAD）數(shù)組 ，如果該欄空著，則可以指定預(yù)先定義的載荷曲線 號(用 EDCURVE創(chuàng)建) ，通過這種方法可以免去定義多次施加在不同組元上的相同載荷。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-11,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,預(yù)先定義的載荷曲線可以有載荷縮放系數(shù)（沒有時間縮放系數(shù)）。 對多種載荷要指定它的開始時間和終結(jié)時間，在瞬態(tài)分析中，這種方法比賦零值要好。,最后，你要指定分析階段，默認(rèn)值是瞬態(tài)階段 “Transient only” ，如果你

11、的載荷是應(yīng)用于動力松馳分析（用來模擬隱式靜態(tài)求解），選 “Dynamic relax”。如果包括兩種分析，請選 “Trans and Dynam” 。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-12,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,如ANSYS/LS-DYNA 用戶手冊第四章講到的, 在動力松馳分析中如果載荷曲線定義了漸變（從零載荷）到穩(wěn)定的動力松弛階段，則使用最后一項(xiàng)(Trans and Dynam) 可能會出問題。在松馳階段后時間重置為0，開始瞬態(tài)分析，以前預(yù)加的載荷被移走，重新漸變加載進(jìn)行瞬態(tài)分析，這樣可能會引起不必要的振動。 最好的途徑是使用兩條曲線

12、:一條反映“Dynamic relax” 階段的從零漸變的載荷，另一條開始于前一條曲線結(jié)束點(diǎn)的反映“Transient only”階段的載荷。 在動力松馳分析和指定幾何應(yīng)力初始化分析中，仍然存在時間與載荷的概念。由于在隨后的瞬態(tài)動力學(xué)分析中將時間重置為零，你可以認(rèn)為這是一個假定的初始時間。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-13,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,在定義了載荷曲線后，你可以用EDPL命令來顯示這條載荷曲線: Solution Loading Options. Plot Load Curve LCID,此列表能夠使你驗(yàn)證所加載荷的信息，其

13、中包括載荷類型，加載的組件，以及時間與加載的數(shù)據(jù)值。記住要經(jīng)常檢查此列表！,當(dāng)選擇了Plot Load Curve選項(xiàng)時，載荷參考號（LCID ）會自動顯示在右圖的表中。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-14,加載，定義邊界條件及剛體 .一般加載過程,通過執(zhí)行EDFPLOT, ON 可以顯示載荷標(biāo)識 Utility Menu PlotCtrls Symbols LS-DYNA Load Symbols Show,載荷標(biāo)識總是沿坐標(biāo)系正向顯示。 因?yàn)檩d荷標(biāo)識僅標(biāo)識施加載荷的components或Parts,所以需要顯示載荷曲線以保證采用了正確的載荷方向和數(shù)值。

14、,March 7, 2002 Inventory #001630 2-15,加載，定義邊界條件及剛體 C. 熱載荷的施加,在ANSYS/LS-DYNA中有兩種類型的溫度載荷: 靜態(tài)熱載荷 (Preload) 使用TUNIF/BFUNIF and LDREAD 命令 瞬態(tài)熱載荷 使用EDLOAD, ,TEMP 命令 靜態(tài)熱載荷 (Preload) : 通常應(yīng)用于從隱式顯式順序求解過程中 (第4-3章). 如溫度載荷突然施加，將會出現(xiàn)過度的振動。 TUNIF/BFUNIF 命令是施加定常溫度載荷到模型的所有節(jié)點(diǎn)上。 LDREAD 命令是用來施加來自熱分析中的非均勻溫度載荷 。 LDREAD 命令假

15、設(shè)溫度不隨時間變化 (single .RTH solution) LDREAD 命令覆蓋用 TUNIF/BFUNIF 命令所加的溫度載荷。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-16,加載，定義邊界條件及剛體. .熱載荷的施加,瞬態(tài)熱載荷 : EDLOAD, ,TEMP 命令施加隨時間變化的溫度載荷到節(jié)點(diǎn)組元上。 EDLOAD, ,TEMP 命令不能和 LDREAD 或TUNIF/BFUNIF命令一起使用。 在同一模型中不能同時施加瞬態(tài)和靜態(tài)熱載荷。 靜態(tài)和瞬態(tài)的結(jié)構(gòu)載荷可以和熱載荷一起施加。 兩種類型均需考慮 : 為了施加熱載需要定義與溫度相關(guān)的材料 目前支持雙

16、線性各向同性材料 (TB, BISO) 。 最多定義六種不同溫度的材料數(shù)據(jù)。 不能超過指定的材料溫度范圍。 為模擬熱彈性材料，需要將材料的屈服應(yīng)力值設(shè)大一些。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-17,加載，定義邊界條件及剛體.熱載荷的施加,兩種類型均需考慮(繼續(xù)): 實(shí)際溫度載荷=用戶施加的溫度-TREF TREF 默認(rèn)值為0 PLANE162, SHELL163, and SOLID164 單元支持 PLANE162 不支持 “drelax” 文件(參見第4-3章), 只有瞬態(tài)熱載荷或沖擊熱載荷適于單元 PLANE162 設(shè)置ALPX=0 ，僅定義與溫度相關(guān)

17、的機(jī)械力學(xué)性能(EX, PRXY, ) ，使瞬態(tài)熱顯式分析穩(wěn)定。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-18,加載，定義邊界條件及剛體D. 初始速度,在開始瞬態(tài)分析時，初始速度有利于穩(wěn)定加載。 ANSYS/LS-DYNA 允許使用EDVEL命令對節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組元（component）施加平動或轉(zhuǎn)動的初始速度，同樣也可以使用 EDPVEL 命令對 Parts 或 Part 集合施加初始速度. EDPVEL 命令實(shí)際上是對屬于某個Part 的節(jié)點(diǎn)建立一個集合，所以它可以象EDVEL命令一樣使用，輸入?yún)?shù)類似，在這兒不再討論。 使用EDVEL命令有兩種方法定義初始速度:

18、VGEN :在GUI操作中使用 w/ Axial Rotate VELO :在GUI操作中使用 w/ Nodal Rotate,March 7, 2002 Inventory #001630 2-19,加載，定義邊界條件及剛體.初始速度,EDVEL, VGEN 命令: VGEN 命令定義相對于總體坐標(biāo)系的平動和對任一軸的轉(zhuǎn)動。 VGEN 命令可以對轉(zhuǎn)動的component施加速度。 VGEN命令不能用在簡單或完全重起動分析中 。 EDVEL, VELO 命令: VELO 命令可以施加節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組元相對于總體坐標(biāo)系的初始平動或 轉(zhuǎn)動速度。 VELO 命令將旋轉(zhuǎn)自由度直接施加于節(jié)點(diǎn)上，所以只對 B

19、EAM161 和 SHELL163 單元適用. VELO 不能用在完全重啟動分析中。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-20,加載，定義邊界條件及剛體.初始速度,EDVEL, VGEN命令 : w/ Axial Rotate 指定所要施加初始速度的節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組元。同樣存在listing 和deleting 選項(xiàng)。 在總體Cartesian坐標(biāo)系中施加X, Y, Z方向 的平動速度。 定義角速度，旋轉(zhuǎn)軸的X、Y、 Z 坐標(biāo)和相對于 總體笛卡兒坐標(biāo)系 X、 Y、 Z的角度。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-21,加載，定義邊界條

20、件及剛體.初始速度,EDVEL, VELO命令 : w/ Nodal Rotate 指定所要施加初始速度的節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組元。同樣存在listing 和deleting 選項(xiàng)。 輸入總體坐標(biāo)系X, Y, Z 方向的平動速度。 輸入相對于總體坐標(biāo)系X, Y, Z方向的角速度(W) 。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-22,加載，定義邊界條件及剛體.初始速度,VGEN和VELO : 對相同的節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組元重新執(zhí)行 EDVEL 命令將會覆蓋以前設(shè)定的值 。 VGEN 和 VELO 命令不能在同一個分析中使用. 如果EDDRELAX, ANSYS (隱式到顯式順序求解)

21、 在 EDVEL, VGEN命令之前使用, 那么ANSYS將自動設(shè)置*INITIAL_VELOCITY_GENERATION 命令PHASE 項(xiàng): PHASE=0 用于剛體節(jié)點(diǎn) (初始速度基于最初的幾何模型) PHASE=1 用于可變形體的節(jié)點(diǎn) (初始速度基于變形體的幾何模型) 因此，一個節(jié)點(diǎn)組元不應(yīng)該把剛性體和變形體混合在一起。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-23,阻尼是在瞬態(tài)動力學(xué)分析中用來減小結(jié)構(gòu)分析中不切實(shí)際的振動。 可以通過EDDAMP 命令在 ANSYS/LS-DYNA中定義質(zhì)量 阻尼(alpha) 和剛度阻尼 (beta) : Preproc

22、essor Material Props Damping . 定義施加阻尼的 Part 號. 如果 Part = ALL (or blank), global alpha 阻尼將被應(yīng)用于整個模型。,加載，定義邊界條件及剛體E. 阻尼控制,LCID (EDCURVE) 命令用來指定相對于時間的alpha阻尼 或者，不變的阻尼系數(shù), VALDMP (alpha or beta), 可以用來代替對時間的alpha阻尼曲線 或者使用alpha LCID 命令中的比例系數(shù).,March 7, 2002 Inventory #001630 2-24,當(dāng) Part = ALL 或曲線 ID (LCID)被指

23、定時，alpha 阻尼會自動的應(yīng)用于模型。 質(zhì)量比例 阻尼對于低頻率振動是有效的，并會抑制剛性體運(yùn)動。不能被同時定義常數(shù)和與時間相關(guān)的alpha阻尼。 當(dāng)LCID = 0（or blank） 且阻尼系數(shù)被指定時，beta 阻尼被應(yīng)用于指定的 Part。 剛度比例阻尼對于高頻率振動是有效的。與時間相關(guān)的剛度阻尼是無效的。 如果對一個 Part要同時定義 alpha 和 beta 阻尼時, 可以使用 EDDAMP, PART, LCID來定義 alpha 阻尼 ， 用MP, DAMP, MAT, VALDMP來定義相對于材料（不是Part）的beta阻尼。所以最好每種材料定義在單獨(dú)Part中，以免

24、互相沖突。,加載，定義邊界條件及剛體.阻尼控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-25,加載，定義邊界條件及剛體.阻尼控制,為了看到EDDAMP命令所指定的阻尼，執(zhí)行: edsolv$stat ! Utility Menu-List-Status-LS-DYNA 列出了顯式動力加權(quán)阻尼 Load Part Lcid Valdmp Damping ALL 0 20.0000000 Damping 1 0 0.100000000E-04 Damping 2 0 0.100000000E-04 Damping 3 0 0.100000000E-04 Damping

25、4 0 0.100000000E-04 Damping 5 0 0.100000000E-04 Damping 6 0 0.100000000E-04 Damping 7 0 0.100000000E-04 上面的信息顯示在ANSYS輸出窗口（或輸出文件）. MPLIST 只列出 由 MP,DAMP 命令指定的BETA 阻尼.,這里所顯示的大的質(zhì)量比例 (ALPHA) 阻尼將迅速減小動力響應(yīng)。 施加在每一個Part 上的剛度 (BETA) 阻尼用來消除高頻振蕩。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-26,加載，定義邊界條件及剛體F. 剛體,剛體的一般介紹: 剛體

26、用于定義模型中的剛性部分 并且可以減少執(zhí)行一個顯式分析所使用的CPU時間。 在ANSYS/LS-DYNA中，所有剛體的節(jié)點(diǎn)自由度都與其質(zhì)心自由度耦合在一起。 因此，剛性體無論其單元節(jié)點(diǎn)數(shù)量多大，都只有六個自由度。 程序通過組成剛體的單元的體積和密度自動計算出質(zhì)量、質(zhì)心和慣量特性。這些特性都可以由EDIPART 命令定義的值覆蓋。 作用于剛體上力和力矩由每一時間步的節(jié)點(diǎn)值疊加而得， 剛體的運(yùn)動通過質(zhì)心計算而得，并把相應(yīng)的位移值傳遞給節(jié)點(diǎn)。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-27,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,必須輸入精確的剛體材料特性 (EX, NUXY, a

27、nd DENS)。 楊氏模量用來計算接觸罰剛度（penalty stiffness），所以它的值不應(yīng)該是任意大。 通過這些命令定義剛體: EDMP, RIGID, MATID, CON1, CON2 Preprocessor Material Props Material Models LS-DYNA Rigid Material,GUI在一個 窗口里同時包括 MP 命令 (定義 EX, NUXY, and DENS) 和 EDMP, RIGID 命令 (施加剛體約束)的定義。 具有相同MATID的單元，盡管互相不相連，可以定義在一個剛性體中。 平動和轉(zhuǎn)動約束被施加在剛體質(zhì)心。,定義剛體 :,

28、March 7, 2002 Inventory #001630 2-28,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,GUI根據(jù)定義方式顯示材料特性，命令（ MPLIST ）則以另一種格式輸出。,平動、轉(zhuǎn)動約束用相應(yīng)的標(biāo)識號顯示。 約束是平行于總體坐標(biāo)系的.,March 7, 2002 Inventory #001630 2-29,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,剛體加載 : 如前所述，所有的剛體位移都應(yīng)用于Part號 而不應(yīng)用于component。在使用EDLOAD命令施加剛體載荷前要經(jīng)常檢查 Part 列表，因?yàn)镋DMP, RIGID, MATID 命令定義材料剛性 (不是 Part)。此外， 劃網(wǎng)格

29、時對不同的PART盡量要使用不同的材料. Solution Loading Options Specify Loads Add Loads,可以施加的剛體載荷 : RBFX, RBFY, RBFZ (Forces) RBUX, RBUY, RBUZ (Displacements) RBVX, RBVY, RBVZ (Velocities) RBMX, RBMY, RBMZ (Moments) RBRX, RBRY, RBRZ (Rotations) RBOX, RBOY, RBOZ (Angular Velocities),March 7, 2002 Inventory #001630 2-3

30、0,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,合并剛體 : 可以使用 EDCRB 命令將兩 個剛體合并，合并后它們將被看作一個剛體: Preprocessor Coupling / Ceqn Rigid Body CE,從Part 附屬于主 Part. 從PART的參數(shù)將被忽略。 根據(jù)需要，可以將多個從PART合并到主PART中，但不要創(chuàng)建新的主PART。,為避免覆蓋合并了的剛體，不要重復(fù)使用 EDCRB 命令定義同一參考號。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-31,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,剛體的慣性量 : 使用EDIPART 定義剛體的慣性量。 缺省情況下,

31、LS-DYNA自動地通過有限元網(wǎng)格（單元體積，密度，位置）來計算剛體的慣性。 當(dāng)模型比較復(fù)雜或網(wǎng)格比較粗糙時，人工定義剛體的慣性比缺省值要準(zhǔn)確。 EDIPART 允許僅對部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 使用EDIPART命令時必須已經(jīng)定義了Parts 。 Preprocessor LS-DYNA Options Inertia Options Define Inertia,March 7, 2002 Inventory #001630 2-32,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,指定剛體的慣性量和初始狀態(tài): 質(zhì)心的位置 (X, Y, Z) 平動質(zhì)量 慣性張量 (IXX, IXY, IXZ, IYY, I

32、YZ, IZZ) 初始速度 (RBVX, RBVY, RBVZ, RBOX, RBOY, RBOZ),如果沒有選擇global origin ， GUI自動跳出一個窗口要求指定相應(yīng)坐標(biāo)向量。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-33,加載，定義邊界條件及剛體.剛體,總結(jié) : 與ANSYS中的隱式分析不同, 在定義PART時不要使用過高的彈性模量值（EX ）來使之剛化，需要精確的材料特性來計算接觸剛度。 使用 EDMP, RIGID 命令來定義相應(yīng)材料剛性。 不能給剛體的節(jié)點(diǎn)施加約束，所有的約束都必須施加到剛體的質(zhì)心上。 兩個剛體不能共享同一節(jié)點(diǎn)，用EDCRB 命

33、令可以將剛體合并到一起。 將結(jié)構(gòu)中變形不重要的部位定義為剛體 (如：金屬成形中的沖頭與模具），這樣可以大大節(jié)省CPU時間。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-34,加載，定義邊界條件及剛體G. 約束,在 ANSYS/LS-DYNA中, 非零位移作為與時間相關(guān)的載荷施加，然而有許多種約束方式可以用來定義其它的邊界條件。 ANSYS/LS-DYNA 約束 : 約束 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn) 對稱邊界面 非反射邊界面 額外節(jié)點(diǎn)組元 節(jié)點(diǎn)剛體 殼與實(shí)體的連接 鉚接 點(diǎn)焊 注: 同一節(jié)點(diǎn)或同一自由度不允許多重約束。,March 7, 2002 Inventory #001630

34、2-35,加載，定義邊界條件及剛體.約束,約束 : Solution Constraints Apply On Nodes (etc.) D 命令只能對節(jié)點(diǎn)施加零位移 (轉(zhuǎn)動和平動)。 如前所述，非零位移要用EDLOAD 命令施加，由于速度和加速度不是物理自由度，所有不能約束它們，然而分析中可以計算這些數(shù)值并將之作為節(jié)點(diǎn)的自由度存儲以便進(jìn)行隨后的后處理。 Nodal CS Rotations : Solution Constraints Apply Rotated Nodal EDNROT 命令在用EDLCS命令定義的旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中定義零位移約束。,March 7, 2002 Invento

35、ry #001630 2-36,加載，定義邊界條件及剛體.約束,除了定義（adding)旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)約束外，還可以列出(list)和刪除(delete) 它們。 因?yàn)榫植孔鴺?biāo)系(CID)不能自動被激活，它須要指定它。 節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)只對指定的節(jié)點(diǎn)組元有效，對選擇的節(jié)點(diǎn)集無效（如ANSYS中使用select entity選擇的節(jié)點(diǎn)集）。 最多可以定義六個自由度 (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, 和ROTZ) 注: 求解結(jié)果不能根據(jù)EDNROT命令所使用的局部坐標(biāo)系給出。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-37,加載，定義邊界條件及剛體.約束,對稱邊界面 :

36、 Solution Constraints Apply Symm Bndry Plane EDBOUND 命令定義平面對稱和循環(huán)對稱，它允許只對模型的某一對稱部分建模。 對于滑移（sliding）對稱，由垂直于過總體坐標(biāo)原點(diǎn)的矢量來定義邊界面，并且定義一個與此面相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)組元（ Cname ）。,這種情況下，不必定義第二個節(jié)點(diǎn)組元。 約束選項(xiàng)(COPT)定義節(jié)點(diǎn)移動方式 : COPT=0: 節(jié)點(diǎn)沿垂面移動， COPT=1: 節(jié)點(diǎn)沿矢量方向移動，,March 7, 2002 Inventory #001630 2-38,加載，定義邊界條件及剛體.約束,對循環(huán)對稱 (EDBOUND, CYCL)

37、, 通過總體坐標(biāo)原點(diǎn)矢量定義旋轉(zhuǎn)軸，定義循環(huán)對稱時要用到兩個節(jié)點(diǎn)組元 (Cname1 和 Cname2) ，第二個節(jié)點(diǎn)組元的節(jié)點(diǎn)不僅要在周向偏移相同的角度，其節(jié)點(diǎn)號與第一組集合相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)必須要按某一定量增加。,不用定義約束選項(xiàng)(COPT),March 7, 2002 Inventory #001630 2-39,加載，定義邊界條件及剛體.約束,非反射邊界 : Solution Constraints Apply Non-Refl Bndry 用 EDNB 命令定義非反射邊界, 它可以防止人為應(yīng)力反射波 (產(chǎn)生于模型外部邊界)重新進(jìn)入模型從而破壞結(jié)果。 地質(zhì)力學(xué)特別的需要一個無限域 表示地層，非

38、反射邊界可以大大減小模型尺寸同時又可以表達(dá)無限域。 非反射邊界只用于SOLID164單元外部表面上的節(jié)點(diǎn)，指定集合中的節(jié)點(diǎn)不應(yīng)該用其它方式約束，否則會消除阻尼器吸收入射應(yīng)力波的效果，通常有限域的高質(zhì)量足以限制運(yùn)動。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-40,加載，定義邊界條件及剛體.約束,LS-DYNA 假設(shè)這些外部邊界上的材料是線性的，所以有限域應(yīng)該足夠大以滿足這一假設(shè)。 阻尼器定位為垂直于膨脹波，相切于剪切波，可同時激活這兩種類型的標(biāo)記。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-41,加載，定義邊界條件及剛體.約束,額外節(jié)點(diǎn)組 :

39、 Solution Constraints Apply Additional Nodal Extra Node Set 用 EDCNSTR, ,ENS 命令來創(chuàng)建額外節(jié)點(diǎn)組（ Extra Node Set）, 它在已有剛體上增加一組節(jié)點(diǎn)。 這些點(diǎn)可以在空間任何位置，它們可被當(dāng)作加載點(diǎn)、集中質(zhì)量位置或變形體的依附點(diǎn)。 這些額外節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)隨剛體移動而更新，所以它只能從屬于一個剛性體。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-42,加載，定義邊界條件及剛體.約束,節(jié)點(diǎn)剛性體: Solution Constraints Apply Additional Nodal Noda

40、l rigid body 用 EDCNSTR, ,NRB 命令創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)剛性體，它是變形parts節(jié)點(diǎn)之間的一種剛性連接（焊點(diǎn)）。 節(jié)點(diǎn)剛性體與存在的part 和材料無關(guān)，質(zhì)量特性取決于節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量與位置。 數(shù)據(jù)的輸出參照指定的局部坐標(biāo)系 (CID from EDLCS)。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-43,加載，定義邊界條件及剛體.約束,優(yōu)于 CEs 節(jié)點(diǎn)組的旋轉(zhuǎn)可以根據(jù)剛體動力學(xué)來更新 約束方程 (CE) 能帶來非物理的響應(yīng) 非重合節(jié)點(diǎn)“a” 和 “b” 的約束比較，如下圖所示:,由于 約束方程（CEs ）和耦合（CPs）特性較差, 此處不作介紹。,Ma

41、rch 7, 2002 Inventory #001630 2-44,加載，定義邊界條件及剛體.約束,殼與實(shí)體的連接 : Solution Constraints Apply Additional Nodal Shell-Solid tie 用EDCNSTR, ,STS 命令創(chuàng)建殼與實(shí)體的連接。 殼163 單元的節(jié)點(diǎn)沿一直線最多可以與實(shí)體164 體單元的9 個節(jié)點(diǎn)（其中一節(jié)點(diǎn)與殼節(jié)點(diǎn)重合）相連而不必將殼嵌入實(shí)體就可以傳遞扭矩。,Picture courtesy of LSTC,類似于節(jié)點(diǎn)剛體約束 ANSYS自動將SOLID164單元的節(jié)點(diǎn)排列為需要的空間順序,March 7, 2002 Inv

42、entory #001630 2-45,加載，定義邊界條件及剛體.約束,鉚接 : Solution Constraints Apply Additional Nodal Massless rivet 用 EDCNSTR, ,RIVET 命令創(chuàng)建無質(zhì)量的鉚接。 兩個非重合節(jié)點(diǎn)象焊點(diǎn)一樣連接在一起，但不具有失效能力（點(diǎn)焊在后面討論）。 鉚接推薦用于連接固體單元，因?yàn)樗鼈儧]有旋轉(zhuǎn)自由度。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-46,加載，定義邊界條件及剛體.約束,點(diǎn)焊 : Preprocessor LS-DYNA Options Spotweld Massless Sp

43、otwld or Genrlizd Spotwld 在 ANSYS/LS-DYNA中用 EDWELD 命令創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)約束來模擬焊接，用這個命令有兩種選項(xiàng)來創(chuàng)建無質(zhì)量焊接: 無質(zhì)量點(diǎn)焊 一般焊接 無質(zhì)量點(diǎn)焊 : 對于無質(zhì)量點(diǎn)焊選項(xiàng)，兩個非重合節(jié)點(diǎn)被焊在一起從而創(chuàng)建一根無質(zhì)量的剛性梁。 這兩個節(jié)點(diǎn)必須有轉(zhuǎn)動慣量（如只有殼和梁的節(jié)點(diǎn)可行）并且這些節(jié)點(diǎn)不能有自由度約束。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-47,加載，定義邊界條件及剛體.約束,無質(zhì)量點(diǎn)焊支持脆性失效機(jī)理，當(dāng)滿足下面的方程時，點(diǎn)焊失效 （連接斷開）：,對每一個新的點(diǎn)焊，用戶必須使用新的參考號，使用相同的參考

44、號會覆蓋以前的點(diǎn)焊。,用戶可以定義許用法向張力和剪切力 (分別為Sn 和 Ss ）以及其相應(yīng)指數(shù)。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-48,加載，定義邊界條件及剛體.約束,在點(diǎn)焊創(chuàng)建以后，可以通過GUI操作來顯視點(diǎn)焊，可以用/PBC, WELD, ,1命令激活點(diǎn)焊的顯示。 。,一般焊接 : 一般焊接與無質(zhì)量點(diǎn)焊非常相似，但它們又有一些不同點(diǎn)。 在一般焊接中，多于兩個節(jié)點(diǎn)被連接在一起（通過節(jié)點(diǎn)組元而不是節(jié)點(diǎn)號來定義） ，如果使用局部坐標(biāo)系，節(jié)點(diǎn)可以是重合的。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-49,加載，定義邊界條件及剛體.約束

45、,除支持脆性失效外，一般焊接還支持因塑性應(yīng)變引起的韌性失效，當(dāng)外推節(jié)點(diǎn)應(yīng)變超過了定義的許用節(jié)點(diǎn)應(yīng)變時，連接斷裂，這類似于焊縫與周圍材料的撕裂。如果使用了多組點(diǎn)焊，失效將會從外到里遞進(jìn)發(fā)展。 一般焊接還允許指定焊接失效時間，這時無論是何種載荷條件，都將強(qiáng)制焊接破壞。,指定節(jié)點(diǎn)組元（component ） 對每一個焊接，三種失效機(jī)制可以同時被激活（斷裂、塑變和失效時間）,March 7, 2002 Inventory #001630 2-50,加載，定義邊界條件及剛體H.加載與定義邊界條件及剛體的習(xí)題,本習(xí)題包含: 練習(xí)2-1 -點(diǎn)焊失效分析,求解和模擬控制,第2-2章,March 7, 2002

46、 Inventory #001630 2-52,求解和模擬控制本章目的,本章學(xué)習(xí)的是求解和模擬控制。 討論用于優(yōu)化和控制顯式分析的工具。 主要內(nèi)容: 基本求解控制 二進(jìn)制輸出文件 ASCII輸出文件 Cpu 時間控制 質(zhì)量縮放 模擬控制 小時間步顯示 自適應(yīng)剖分 編輯LS-DYNA輸入文件 LS-DYNA 的批處理 求解和模擬控制練習(xí),March 7, 2002 Inventory #001630 2-53,在很多方面, 顯式分析中設(shè)定的求解控制參數(shù)同隱式運(yùn)算中遇到的參數(shù)相似。 在顯式求解中設(shè)定的基本參數(shù)有： 1. 時間:模擬的物理過程的真實(shí)時間 TIME Solution: Time Con

47、trols - Solution Time,實(shí)際的求解時間很短，通常在幾毫秒內(nèi)。,求解和模擬控制A. 基本求解控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-54,2.梁和殼單元的積分點(diǎn)數(shù) EDINT Solution: Output Controls - Integ Pt Storage 殼單元至少要有3-5個積分點(diǎn)才能捕捉到塑性效應(yīng) 3. 寫入到 .rst 和 .his 文件的時間步數(shù) EDRST, EDHTIME . 或者定義輸出頻率： Solution: Output Controls - File Output Freq -Number of Steps.,

48、.rst 文件記錄了可供通用后處理器使用的整個模型的結(jié)果。一般典型的輸出步數(shù)為 10-100 個 (缺省為100)來減少磁盤存儲空間. .his 文件記錄了用于時間歷程后處理器的模型的一個子組的結(jié)果。一般典型的輸出步數(shù)為 1000-100,000個(缺省為 1000） 重啟動的輸出頻率也可以輸入(通過EDDUMP 命令).,求解和模擬控制. 基本求解控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-55,文件選項(xiàng)包括 ADD,DELETE和LIST. 可輸出 ANSYS (.rst and .his) 或LS-TAURUS (d3thdt, d3plot) 或兩者兼之。

49、,求解和模擬控制B. 二進(jìn)制輸出文件的控制,由于ANSYS/LS-DYNA 還帶有 LS- POST 后處理器, 故程序除了可以寫 ANSYS 的 .his 和 .rst 二進(jìn)制結(jié)果文件以外，還可以寫 LS-DYNA 結(jié)果文件 d3plot 和 d3thdt. 用EDOPT命令控制程序?qū)⑤敵龊畏N二進(jìn)制文件。 Solution: Output Controls - Output File Type,March 7, 2002 Inventory #001630 2-56,求解和模擬控制C. ASCII 輸出文件的控制,除了 LS-POST 二進(jìn)制文件, 用戶還可以輸出一系列包含特定信息的 ASC

50、II 文件. 文件描敘如下: GLSTAT全局模型數(shù)據(jù) (全局統(tǒng)計) BNDOUT邊界條件力與能量 RWFORC剛性墻力 DEFORC離散單元力 MATSUM材料能量 (基于PART) NCFORC節(jié)點(diǎn)界面力 RCFORC合成界面力 DEFGEO變形幾何數(shù)據(jù) SPCFORC單點(diǎn)約束力 SWFORC節(jié)點(diǎn)約束反力 (點(diǎn)焊) RBDOUT剛體數(shù)據(jù) GCEOUT幾何接觸實(shí)體 SLEOUT滑移面能量 JNTFORC接點(diǎn)力 NODOUT 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù) ELOUT單元數(shù)據(jù),March 7, 2002 Inventory #001630 2-57,EDOUT命令控制ASCII文件的輸出： Solution: Ou

51、tput Controls - ASCII Output.,僅僅選擇結(jié)果文件應(yīng)該生成哪個ASCII 文件(如 MATSUM) 還可以選擇下面的選項(xiàng): ALL 寫所有的 ASCII 輸出文件 LIST 列出所有的時間歷程輸出定義 DELE 刪除所有的 ASCII 輸出定義,應(yīng)該I 文件要寫的節(jié)點(diǎn)與單元: 應(yīng)該注意到ACSII文件包含的信息只是針對模型的一個小子集而言，EDHIST命令控制ACSII文件要寫的節(jié)點(diǎn)和單元：應(yīng)該注意到 ASCII文件中包含的信息只是針對模型Solution: Output Controls - Select Component,包含在ASCII 輸出文件中的信息是相對

52、于節(jié)點(diǎn)和單元組元而定義的。 ASCII文件的輸出間隔通過 EDHTIME命令控制。 對于不同的組元允許多次定義。,求解和模擬控制. ASCII 輸出文件的控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-58,ANSYS/LS-DYNA中, 經(jīng)常使用三種高級求解控制 1. CPU 控制: 在 ANSYS/LS-DYNA 分析中說明CPU限制。 2. 質(zhì)量放縮: 調(diào)節(jié)單元質(zhì)量來增加時間步長。 3. 子循環(huán): 調(diào)整模型以減少CPU時間（不推薦）。,CPU 時間限制 (單位為秒) 用來終止分析，零值 (缺省) 表示無時間限制,CPU 控制 用EDCPU命令指定CPU時間： S

53、olution: Analysis Options-CPU Limit,求解和模擬控制D. CPU 時間控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-59,說明所用的最小時間步尺寸和縮放系數(shù)。,求解和模擬控制E. 質(zhì)量縮放,質(zhì)量縮放是通過調(diào)整每個單元的密度來調(diào)整單元達(dá)到合適的時間步長。 以前講過，時間步長依賴于 EX, NUXY 和 DENS 以及單元尺寸。 使用質(zhì)量縮放, 可以根據(jù)單元的大小調(diào)整任何單元的密度，從而達(dá)到合適的時間步。 用 EDCTS 命令定義質(zhì)量縮放: Solution: Time Controls-Time Step Ctrls.,March 7

54、, 2002 Inventory #001630 2-60,求解和模擬控制. 質(zhì)量縮放,有兩種質(zhì)量縮放方案： 通過調(diào)整單元密度，使得所有單元都具有相同的時間步長，只用于慣性效應(yīng)不重要時. EDCTS, DTMS 這里DTMS為正的必要的時間步尺寸值 (乘以 1.111) 質(zhì)量縮放只用于 指定時步Dt的單元 EDCTS, DTMS 這里 DTMS 為負(fù)的必要的時間步尺寸值 (乘以 1.111),March 7, 2002 Inventory #001630 2-61,element 1 2 3,l1,l2,l3,求解和模擬控制. 質(zhì)量縮放,質(zhì)量縮放控制最小時間步長:,調(diào)整密度以實(shí)現(xiàn)用戶定義的時間

55、步長: :,March 7, 2002 Inventory #001630 2-62,求解和模擬控制. 質(zhì)量縮放,質(zhì)量縮放例題 (EDCTS) 汽車碰撞模型 140 parts 42981 nodes 1580 bricks 60 beams 35170 shells Termination time 150 ms,100 個最小單元時步 (參見 LS-DYNA 輸出文件 d3hsp): element time-step shell 151018 0.44612E-06 shell 150894 0.46867E-06 shell 52321 0.48682E-06 shell 51321

56、0.48682E-06 shell 16923 0.52225E-06 shell 16458 0.52225E-06 . shell 152483 0.70112E-06 shell 92708 0.70113E-06 shell 92308 0.70114E-06 shell 38547 0.70223E-06 shell 38047 0.70223E-06,March 7, 2002 Inventory #001630 2-63,求解和模擬控制. 質(zhì)量縮放,無質(zhì)量縮放: 初始時間步長取決于最小單元 Dt = 4.46115E-07 sec 有質(zhì)量縮放: 希望時間步長為 6.534E-07

57、 秒，用EDCTS命令定義負(fù)的111%的時間步長。 EDCTS, -7.26E-07 Main Menu Preprocessor Output Ctrls Mass scaling . 初始時間步長 Dt = 6.534E-07 sec CPU 時間減少到68% 質(zhì)量誤差： 物理質(zhì)量 1.26 噸 增加質(zhì)量 0.000027 噸 (27 grams) 質(zhì)量誤差 0.002% 質(zhì)心坐標(biāo)也發(fā)生改變。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-64,求解和模擬控制F. 模擬控制,狀態(tài)開關(guān)控制允許用戶中斷求解過程并檢查求解狀態(tài)。 如下使用狀態(tài)開關(guān)控制： 在UNIX平臺上的A

58、NSYS輸出窗口或在NT平臺上獨(dú)立的LS-DYNA輸出窗口使用CTRL_C。 CTRL_C中斷求解過程并在ANSYS窗口等待下一步輸入。 輸入sw1終止求解并生成重啟動文件。 輸入sw2得到實(shí)際狀態(tài)統(tǒng)計情況，LS-DYNA 繼續(xù)進(jìn)行。 輸入sw3寫出當(dāng)前時刻的重啟動文件， LS-DYNA 繼續(xù)運(yùn)行。 輸入sw4寫出當(dāng)前時刻的結(jié)果數(shù)據(jù)組，LS-DYNA 繼續(xù)運(yùn)行。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-65,求解和模擬控制. 模擬控制,通常第一次估計的CPU時間過高，用CTRL_C中斷求解過程，輸入sw2得到求解統(tǒng)計情況。,LS-DYNA 求解器 將所有的重要的信息

59、（如錯誤、警告、失效單元、接觸情況）都寫入ANSYS輸出窗口（NT上的獨(dú)立窗口）及d3hsp文件。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-66,求解和模擬控制. 模擬控制,LS-DYNA 求解器也將數(shù)據(jù)寫入messag 文件. 這個文件包含了時間步信息、錯誤、警告和一些寫入d3hsp文件內(nèi)容的一個簡短摘要。 對于ANSYS檢查出的錯誤和警告，用戶可以通過 messag 文件了解詳細(xì)情況 :,“Solution is done!” 代表沒有警告和錯誤。 這表示運(yùn)算已經(jīng)成功。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-67,求解和模擬控制G. 小時間步長的查看,LS-DYNA 求解器可以根據(jù)每個單元的大小和密度自動計算出每個單元的最小時間步長。 LS-DYNA 實(shí)際采用的時間步長是這些值中最小的值乘以一個系數(shù)(通常為0