Ansys序列求解及跌落分析簡述

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

序列求解——是一種將隱式(ANSYS)和顯式(ANSYS/LS-DYNA)求解方法綜合使用的分析技術(shù)。在需要序列求解的問題中,為了獲得最后的結(jié)果,顯式分析的結(jié)果被輸入模型中(或相反)。

進(jìn)行序列求解原因:
有些工程問題過程十分復(fù)雜,包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩個(gè)階段(如:壓力容器在跌落測試之前的初始環(huán)向應(yīng)力或金屬成形之后的線性回彈)。
顯式技術(shù)適合于求解非線性動(dòng)態(tài)碰撞問題,不適于求解自然現(xiàn)象中的靜力階段。而隱式方法最適合于求解靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的問題。
將兩者的求解器聯(lián)合使用是一個(gè)特別強(qiáng)大的工具。

顯式-隱式序列求解是首先使用ANSYS/LS-DYAAN程序進(jìn)行動(dòng)力求解,然后將變形后的幾何形狀和應(yīng)力輸入ANSYS隱式分析中,通過給定的合適的邊界條件進(jìn)行后續(xù)求解。

——顯式-隱式求解技術(shù)當(dāng)前僅能用于殼單元。
——在分析顯式部分,SHELL163被使用,然后顯式結(jié)果被輸入到SHELL181隱式單元。
——為了阻止剛體運(yùn)動(dòng)在隱式分析中必須指定合適的約束條件。
——顯式-隱式序列求解的主要目的是模擬回彈。

回彈——在金屬成形過程中,回彈被定義為變形部件(板料)離開模具后的空間變化,回彈是由于線彈性卸載而引起的。在成形時(shí),當(dāng)板料和模具接觸時(shí)彈性能被儲(chǔ)存在板材中,當(dāng)成形壓力被移走后,彈性能被釋放,導(dǎo)致板料朝著它原始的方向變形或回彈。

執(zhí)行一個(gè)顯式-隱式序列求解需九個(gè)基本步驟:
1,求解分析的顯式部分。
2,進(jìn)入隱式求解器,改變當(dāng)前的作業(yè)名。
3,將顯式單元轉(zhuǎn)變成具有適當(dāng)屬性的隱式單元。
4,關(guān)閉隱式單元形狀檢查。
5,將隱式單元的幾何形狀修改為顯式求解后的變形形狀。
6,不選擇隱式求解所不需要的單元(僅保留非剛體的SHELL181單元)。
7,重新定義邊界條件。
8,輸入來自顯式分析的應(yīng)力(單元膜力)和厚度。
9,求解分析的隱式部分。

步驟1:求解顯式

——在考慮回彈效應(yīng)的成形模擬中,必須用SHELL163單元來模擬板料。
——確保用于模擬板料的殼單元的厚度是真實(shí)的。
——為了加速整個(gè)模擬世界增加沖頭速度。
——在進(jìn)行隱式求解之前驗(yàn)證顯式分析的結(jié)果。
——在顯式求解完成之后利用時(shí)間歷程后處理器來確保沒有不期望的動(dòng)態(tài)影響留在板料中。
——在退出顯式分析之前,將數(shù)據(jù)庫另存.db。

步驟2:改名

——將當(dāng)前的工作名改為jobname2并保存數(shù)據(jù)庫。
——如沒有進(jìn)行此操作,在完成隱式求解后顯式結(jié)果(jobname1.rst)將被覆蓋。

步驟3:轉(zhuǎn)換單元

——在ANSYS中,存在相對(duì)應(yīng)的單元類型,當(dāng)進(jìn)行序列求解時(shí),為了得到最后的結(jié)果,所有的被分析的單元必須轉(zhuǎn)換成與它們相對(duì)應(yīng)的單元。Explicit type——Implicit type
如:LINK160——LINK8,BEAM161——BEAM4,SHELL163——SHELL181,SOLID164——SOLID45,COMBI165——COMBIN14,MASS166——MASS21,LINK167——LINK10.
——通過element type>swith elem ype 即ETCHG,ETI命令所有的顯式單元被自動(dòng)的轉(zhuǎn)換為隱式單元。
——轉(zhuǎn)換單元時(shí),可能需要改變隱式部分的單元屬性(如關(guān)鍵字)。
——一般來講,單元厚度等實(shí)常數(shù)SHELL181不需要重新定義,它們已經(jīng)由顯式結(jié)果讀入。
——在隱式分析階段,只能激活線彈性材料特性,因此在顯式分析部分板料使用的塑性材料特性必須被刪除。

步驟4:關(guān)閉單元形狀檢查

——在顯式求解期間,成形過程中板料單元可能承受著極大的變形,既然單點(diǎn)積分顯式單元比隱式單元更適于大變形,為了得到結(jié)果應(yīng)該關(guān)閉單元的形狀檢查功能。
——使用SHPP,OFF命令關(guān)閉單元的形狀檢查。Preprocessor:Checking Controls>shape checking

步驟5:修改隱式單元幾何形狀

——隱式回彈分析的起點(diǎn)實(shí)顯式求解的最后變形形狀。
——為了將顯式分析所得到的板料的變形形狀傳給隱式分析,使用UPGEOM命令。為了修改幾何形狀,在UPGEOM命令中必須指定顯式結(jié)果文件名和相應(yīng)的載荷步及子步。Preprocessor:Update geometry...

步驟6:移走不需要的單元

——對(duì)于大多數(shù)成形分析,在顯式求解階段沖頭和模具都使用了實(shí)體或剛性單元。因?yàn)樵诜治龅幕貜棽糠植恍枰@些單元(可能導(dǎo)致收斂困難),在進(jìn)行隱式求解之前,它們應(yīng)該被反選掉。
——既然在顯式分析中大多數(shù)實(shí)體單元都有一個(gè)具有唯一材料號(hào)的PARTID,根據(jù)材料屬性來反選單元通常是最容易的。Utility Menu:Select>Elements>By Attributes

步驟7:重新定義邊界條件

——在顯式分析階段,成形期間板料不需要定義約束。
——對(duì)于隱式求解為了阻止剛體運(yùn)動(dòng)在所有的方向都需要約束。
——為通過隱式方法求解回彈,需在工件增加消除剛體運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度的約束。

步驟8:輸入應(yīng)力

——隨同修改的幾何形狀(setp5),使用PIMPORT命令從顯式結(jié)果中輸入應(yīng)力(單元力和力矩?cái)?shù)據(jù))和殼單元厚度。
——主要變形積分點(diǎn)的厚度在輸入之前被平均I并將覆蓋由實(shí)常數(shù)所定義的厚度。
——與UPGEOM命令一樣,PIMPORT命令需要指定顯式結(jié)果文件名,載荷步及子步。Solution:Loads-Apply>structural-other>import stress...

步驟9:進(jìn)行隱式求解

——在進(jìn)行隱式回彈求解之前,應(yīng)該打開幾何非線性開關(guān),因?yàn)樵陔[式求解的開始板料一般都由一個(gè)高度變形的幾何形狀。
——確保求解控制被設(shè)置為on也是重要的。

隱式-顯式序列求解是指使用隱式求解器得到模型的初始應(yīng)力,然后在顯式動(dòng)力分析之前將它們加到結(jié)構(gòu)上,初始的應(yīng)力通常叫做“預(yù)載荷”,當(dāng)它們的影響被分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)包含于顯式分析中。

——隱式-顯式求解技術(shù)能用于任何ANSYS/LSDYNA單元(單元160-167)和與它們對(duì)應(yīng)的隱式單元。
——在隱式分析階段,僅用于顯式求解的單元應(yīng)被完全約束住。
——許多使用ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行分析的結(jié)構(gòu)受有預(yù)載荷。如果不能確定預(yù)載荷是否影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),進(jìn)行隱式-顯式序列求解。
——不像顯式-隱式求解被局限于金屬成形過程,隱式-顯式過程能廣泛用于初應(yīng)力影響動(dòng)態(tài)響應(yīng)的工程問題中。如:旋轉(zhuǎn)機(jī)械,壓力容器,螺絲連結(jié),包含加工預(yù)載荷的部件。
——在隱式-顯式求解中,來自ANSYS隱式求解的節(jié)點(diǎn)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)被自動(dòng)寫到ANSYS/LSDYAN動(dòng)力松弛文件中(drelax)。
——隱式-顯式序列求解的隱式部分僅能用于小應(yīng)變和線性材料。

隱式-顯式序列求解需要8個(gè)基本步驟:
1,進(jìn)行隱式求解。
2,為進(jìn)行顯式求解改變當(dāng)前的作業(yè)名。
3,將隱式單元轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的具有適當(dāng)屬性的顯式單元(關(guān)鍵選項(xiàng),實(shí)常數(shù),材料特性等等)
4,移去進(jìn)行隱式分析時(shí)所加的附加載荷。
5,將來自隱式分析的節(jié)點(diǎn)結(jié)果寫到動(dòng)力松弛文件中。
6,使用動(dòng)力松弛文件初始化用于顯式分析模型的幾何形狀。
7,給顯式分析施加另外的載荷條件。
8,進(jìn)行顯式求解。

步驟1:隱式分析

——進(jìn)行隱式分析時(shí),最好采用與顯式單元對(duì)應(yīng)的單元類型。這些單元包括:LINK8,BEAM4,SHELL181,COMBIN14,MASS21和LINK10。雖然可以使用其他單元,但使用這些對(duì)應(yīng)的單元時(shí),由隱式對(duì)顯式最容易。
——如果在隱式求解時(shí)使用了非對(duì)應(yīng)單元,它們必須與將轉(zhuǎn)換的顯式單元由相同的節(jié)點(diǎn)數(shù),因此不應(yīng)該使用有中節(jié)點(diǎn)的單元。
——在隱式求解中,所有在顯式分析中使用的節(jié)點(diǎn)和單元都必須被定義。這些附加單元(例如:在鳥撞分析中的鳥或跌落中的剛性地面)的所有自由度都應(yīng)被約束足以使它們不成為隱式分析的一部分。
——隱式分析應(yīng)該是線性的,將作為預(yù)載荷施加到顯式分析的單元結(jié)果應(yīng)該是小應(yīng)變。
——隱式求解應(yīng)該是與路徑無關(guān)的線彈性材料。
——來自隱式分析的溫度結(jié)果當(dāng)前不能用于顯式分析。
——在退出隱式分析前將數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存。

步驟2:改名

——將當(dāng)前的作業(yè)名改為jobname2,然后保持?jǐn)?shù)據(jù)庫jobname2.db。如果沒有此操作,在完成顯式求解后,隱式結(jié)果文件(jobname1.rst)會(huì)被覆蓋。

步驟3:改變單元類型

——如果在隱式分析時(shí)所用的所有單元都是與顯式分析相對(duì)應(yīng)的單元,通過執(zhí)行ETCHG,ITE,(Preprocessor:element type>switch elem type...)它們會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為顯式單元。
——在執(zhí)行ETCHG命令時(shí),隱式分析所使用的非對(duì)稱單元將不會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。必須使用EMODIF命令進(jìn)行人工轉(zhuǎn)換。(Preprocessor move/modify>elements modify attrib..)
——隱式單元類型LINK8,LINK10和BEAM4一般只由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,然而與它們對(duì)應(yīng)的顯式單元LINK160,LINK167和BEAM161需要第三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)。因?yàn)閷?duì)應(yīng)單元需要第三個(gè)節(jié)點(diǎn),在執(zhí)行ETCHG命令后額外的節(jié)點(diǎn)必須進(jìn)行手工定義(N命令)并加入單元中(EMODIF).1,Preprocessor:create>nodes>in active cs... 2,Preprocessor:Move/Modify>elements-Modify Nodes.
——單元轉(zhuǎn)換期間,可能需要改變顯式分析的單元屬性(keyopts)
——在隱式分析階段,只能激活線彈性材料,因此,在進(jìn)行顯式分析時(shí)對(duì)某些單元可能需要加入塑性材料特性。

步驟4:移走額外的約束

——在隱式求解時(shí),顯式求解所需要的額外的節(jié)點(diǎn)和單元被完全約束。因此,為了進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,必須用DDELE命令移走附加的約束。Preprocessor:load>constraints-delete>on nodes...

步驟5:寫來自隱式分析的節(jié)點(diǎn)結(jié)果

——進(jìn)行隱式-顯式求解中,隱式分析的結(jié)果必須寫入LS-DYNA ASCII文件drelax。此操作使用REXPORT命令來完成。注意必須指定載荷步,子步和文件名。一般來講使用的文件名應(yīng)為Jobname1.rst。Preprocessor:Solution>Constraints-Read Disp...

步驟6:初始化模型的幾何形狀

——為了施加預(yù)載荷,包含在drelax文件中的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)被指定到顯式分析的結(jié)構(gòu)中。EDDRELAX命令指示LS-DYNA求解器使用動(dòng)力松弛進(jìn)行應(yīng)力初始化。所謂“static”分析在虛擬時(shí)間進(jìn)行,在此時(shí)間步內(nèi),所有動(dòng)能由阻尼消除。用戶只需要在EDDRELAX GUI菜單中選擇ansys選項(xiàng),因?yàn)槊钪械乃衅渌蛟谶@種特殊的序列求解類型中都被忽略。
Solution:Analysis Options>Dynamic Relaxation

步驟7:施加所需的載荷條件

——在進(jìn)行顯式分析時(shí),可能需要在所分析的結(jié)構(gòu)上施加其他載荷。這些載荷一般包括初始速度EDLVELO和時(shí)間歷程載荷EDLOAD。

步驟8:顯式分析

跌落分析——跌落分析模擬實(shí)際跌落中的物體的行為,一個(gè)真是的跌落測試一般將涉及在重力場中從某個(gè)高度釋放物體,允許它落下并與平的剛性面碰撞。

進(jìn)行跌落的原因:
——由于意外事故或標(biāo)準(zhǔn)使用,許多物體或部件被跌落到平板或地面上,必須設(shè)計(jì)出可靠部件以經(jīng)得起碰撞。可以對(duì)原始部件進(jìn)行跌落測試來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。也可以進(jìn)行模擬真實(shí)跌落測試得虛擬跌落測試分析。
——真實(shí)的跌落需要制作出原型,而虛擬的跌落測試分析,可以識(shí)別出應(yīng)力水平和高應(yīng)力區(qū)域,從而可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)修改,通過簡單的修改有限元模型,進(jìn)行新的分析就可以對(duì)修改后的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)而不需要建立新的模型。
——將分析結(jié)果和真實(shí)跌落測試結(jié)果關(guān)聯(lián)起來是明智之舉,一旦得到了原始設(shè)計(jì)的相關(guān)模型,就可以根據(jù)通過分析提出的設(shè)計(jì)修改進(jìn)行評(píng)價(jià),而不需要修改后的模型。

跌落測試分析應(yīng)用:工具(鐵錘,鉗子,螺絲起子),電子產(chǎn)品(膝上電腦,洗衣機(jī),干衣機(jī),CD唱機(jī)),工業(yè)品(有毒化學(xué)藥品的儲(chǔ)存罐),生活用品包。

用DTM進(jìn)行跌落測試分析的8個(gè)基本步驟:
1,輸入或建立模型。
2,進(jìn)入跌落模塊。
3,定位物體。
4,定義由于重力引起的加速度大小。
5,定義跌落高度。
6,指定求解控制。
7,求解。
8,動(dòng)畫結(jié)果。

步驟1:建模
——準(zhǔn)確描述用于跌落的物體模型。
——進(jìn)入DTM之前,物體必須被完全定義,所有的單元和材料特性包括阻尼都必須已經(jīng)被指定。
——在模型中應(yīng)該只包含與LS-DYNA兼容的單元(160-197)

步驟2:進(jìn)入DTM并初始化
——通過選擇drop test進(jìn)入dtm
——啟動(dòng)跌落模塊之前最好備份模型。initialazie>ok

步驟3:定位物體
——通過在DIMM中選擇Orient Model,指定模型在重力場中的方位。用戶使用下面的某個(gè)選項(xiàng)來指定:“上”方向(與g相反):drop test orient model
——5個(gè)定位選項(xiàng):
1,Dynamic Mode:在屏幕上旋轉(zhuǎn)模型,屏幕視角方向的上方位被假定為g的反方向。
2,input vector:在總體笛卡爾坐標(biāo)系指定一個(gè)向上的矢量。
3,pick 2 nodes:由第一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的方向被假定為上方向。
4,pick 1 node and CG:上方向是從物體的重心(CG)指向所拾取的節(jié)點(diǎn)。
5,rotate about WY:在改變?nèi)笔〉牡湟暯欠轿粫r(shí)此選項(xiàng)是有用的。WY的方向被指定為上方向。

步驟4:定義g的大小
——當(dāng)物體被定位后g的方向被指定。通過在STMM中選擇define g來指定g得大小。

步驟5:定義跌落高度
——通過從DTMM中選擇drop height來定義跌落高度,所定高度的單位必須與創(chuàng)建模型時(shí)所用單位一致,高度被定義為從目標(biāo)面上表面的中心沿著WY軸(上方向)到用戶選擇的參考點(diǎn),此點(diǎn)可能是:1,跌落物體的最低點(diǎn)。2,物體的重心。3,物體上的所選節(jié)點(diǎn)。4,物體上的指定點(diǎn)。

步驟6:求解控制
——通過從DTMM中選擇solution ctrls來指定求解控制。輸入總的求解時(shí)間,結(jié)果文件,時(shí)間歷程輸出間隔和分析起始時(shí)間選項(xiàng)。當(dāng)使用near impact time作為起始時(shí)間時(shí),分析在碰撞前開始,節(jié)省計(jì)算時(shí)間。
——在求解控制對(duì)話框中,用戶能夠指定節(jié)點(diǎn)以用于后面的時(shí)間歷程后處理。另外,離物體重心最近的節(jié)點(diǎn)也能被計(jì)算并被自動(dòng)保存以用于后處理。

步驟7:求解跌落分析
——

步驟8:后處理顯示

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