LS-DYNA使用指南23- 跌落測試模塊

第十六章 跌落測試模塊

16.1簡介

Drop Test Module(DTM)是ANSYS/LS-DYNA的一個可選的附加模塊。DTM大大簡化了模擬跌落測試的步驟。跌落測試包括用假定的重力場給物體定向,并且允許其在重力作用下下落一定的高度后到達剛性表面(目標面)。在典型的跌落測試中,物體從某處跌落,目標面位于與重力加速度g垂直的表面上。

DTM提供了一個最新的GUI,可指導進行跌落測試分析,使你快速相對于目標面定義模型,定義求解控制,然后執(zhí)行顯式動態(tài)測試。跌落模擬分析可在用戶定義時間間隔內預測物體的變形和應力,描述物體與目標沖擊過程的物理特性。

DTM用于ANSYS圖形用戶界面與環(huán)境(GUI),用ANSYS用戶界面設計語言(UIDL)和工具命令語言和工具箱(Tcl/Tk)等相關GUI界面工具進行跌落分析。

DTM專門設計用于ANSYS的GUI環(huán)境中,因而即使不熟悉顯式動態(tài)分析的用戶也很容易進行跌落模擬分析?？梢园l(fā)現(xiàn)使用DTM有許多優(yōu)點:例如,可自動生成目標面,也可以自動定義初始平移速度和角速度、接觸表面摩擦系數(shù)以及與g不垂直的目標方向。對于大部分跌落測試來說,可以在沖擊前一刻開始分析,以減少計算時間。當使用這一選項時,DTM將自動計算物體的平移速度并且在分析開始時應用它,所有的跌落測試實例忽略作用在物體上的空氣阻力。

16.2 選擇DTM模塊啟動ANSYS

啟動ANSYS/LS-DYNA和DTM選項,可以按下列之一操作

·如果從命令行(UNIX)或DOS窗口啟動ANSYS,它們包括代表ANSYS/LS-DYNA的-dtm 或productname。例如,在交互方式或圖形模式中用DTM啟動ANSYS/LS-DYNA產(chǎn)品,可敲入如下命令:

ansys60 -p dyna -dtm -g

·如果用ANSYS launcher(UNIX)或ANSYS交互對話框(窗口)啟動ANSYS,可以在product selection中選擇一個ANSYS/LS-DYNA選項,然后選擇Use ANSYS Drop test module選項。

關于啟動ANSYS的詳細信息,請參看《ANSYS Operations Guide》的第三章Conducting an ANSYS Session。

也可以設置下列環(huán)境變量自動啟動包含DTM選項的ANSYS。

ANSYS60_DTM=ON

關于UNIX和Windows的詳細信息,參看《ANSYS Installation and Configuration Guide》。

16.3 典型的跌落分析步驟

這部分逐步描述了跌落分析過程,可以用于指導大部分跌落測試分析。典型的跌落測試包括在重力場某高度拋落物體到平面或剛性面(目標面)上,并忽略表面摩擦。這里敘述的基本步驟假設物體初速度為零,并且物體跌落到平面目標上,目標面的法線方向與重力加速度方向垂直。在本手冊的16.4節(jié)討論了更多高級特征,例如包括表面摩擦的影響,非零初速度(線速度或角速度)的設定,目標尺寸、特性和方向的修改。

在開始之前,重要的是了解在DTM內使用什么樣的屏幕坐標系。在DTM中,常常定義屏幕坐標系,所以Y軸(豎直)與g方向相反。這樣就可以很方便地用屏幕坐標系跟蹤跌落物體和重力場的關系軌跡。

詳細信息參看本手冊16.3.2Screen Coordinates Definition。

16.3.1基本的跌落測試分析步驟

16.3.1.1步驟1 創(chuàng)建和導入模型

在進入DTM之前,必須建立或導入跌落物體的模型,應該定義所有材料特性,包括阻尼。模型中應包括與LS-DYNA兼容的單元。要保證材料的密度或彈性模量不為零,否則不能使用DTM。詳細信息參看本手冊第二章,Elements。

為避免時間增量退化問題,建模時遵循下列原則:

·避免三角、梯形和棱柱單元

·避免小單元

·避免尖角單元

·盡可能用均勻網(wǎng)格

我們推薦施加一定的阻尼,從而減少震蕩響應,也可以用EDDAMP命令施加alpha( 質量阻尼)和beta(剛度阻尼).

注--建模完成進入DTM前,用一個唯一的名稱保存當前數(shù)據(jù)庫(Utility Menu>File>Save As)。

16.3.1.2 步驟2 設定DTM

采用Main Menu>Drop Test>Set Up在DTM中設定分析。出現(xiàn)包括幾個標簽的Drop Test Set-up對話框。大部分普通跌落測試參數(shù)在Basic標簽內,偶爾需要修改的參數(shù)都包含在其它標簽內。每個標簽的描述及功能如下:

Basic標簽--定義重力加速度的大小,物體跌落高度,物體定向,分析開始時間,撞擊后的運行時間,以及輸出結果文件和時間歷程文件的頻率。詳細信息參看本手冊§16.5.2,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

Velocity標簽--修改物體的初始線/角速度。詳細信息參看本手冊§16.5.3,Velocity Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

Target標簽--修改目標面的尺寸和材料特性,目標旋轉,定義目標的接觸和摩擦特性。詳細信息參看本手冊§16.5.4,Target Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

Status 標簽--顯示重力加速度,初始平移/角速度以及求解。詳細信息參看本手冊§16.5.5,Status Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

當Drop Test Set-up對話框出現(xiàn)時,單擊OK或Cancel后才可以選擇其他菜單。

這部分的其它部分(步驟3-9)討論了典型的跌落測試分析所用的選項,不常用的高級選項請參看本手冊§16.4 Advanced DTM Features。

16.3.1.3 步驟3 定義g的大小

可以在Basic 表內定義g的大小,在Gravity標簽內可以選擇與標準的試驗系統(tǒng)相對應的g值(386.4,32.2等),也可以自己定義。

16.3.1.4 步驟4 定義跌落高度

必須在Basic表內定義跌落高度,在Drop height標簽內,可以輸入跌落高度,并定義一個參考點?？梢栽谀Ｐ蛢妊豗軸從目標面頂面中心到某個高度參考點來測量跌落高度。參考點選項包括最低物體點,也就是說,物體上最小Y屏幕坐標值,?；蚴茿NSYS計算的物體的重心。輸入高度的長度單位必須和分析的其他選項協(xié)調(例如重力)。

16.3.1.5 步驟5 給物體定向

在DTM中,屏幕坐標自動定義Y軸與g方向相反,可以在Basic表內set orientation標簽下用重力域給物體定義方向。用戶可采用DTM旋轉工具來給物體定向,或者說選擇物體上的節(jié)點來定義與Y軸平行的矢量。

16.3.1.6步驟6 指定求解控制

可以在Basic表內設置求解控制,在Solution Time標簽下定義開始分析時間(接近沖擊或跌落時刻)和撞擊后的運行時間,在Number of results Output標簽下,定義結果文件和時間歷程文件的輸出頻率。關于步驟3-6的參看詳細信息本手冊§16.5.2,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

16.3.1.7 步驟7 求解

在求解前,必須保證Drop Test Set-up對話框內的設置正確,執(zhí)行下列的修改步驟:

1.查看所有表內的信息

2.單擊Status表,顯示大部分更新的輸入數(shù)據(jù)

3.在ANSYS圖形窗口中查看物體和目標

如果選擇Status 表,ANSYS會嘗試自動生成目標面(除非你已經(jīng)通過Target表創(chuàng)建了目標),并以黑字體在Status 表末尾顯示信息,表示可接受設置的所有數(shù)據(jù),并且可以求解分析。而黃色字體表明用戶應該小心,因為數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤?；蛘呒t色線框,表明這些數(shù)據(jù)不能接受。

如果收到第2個或第3個錯誤信息,那么可在ANSYS輸出的窗口檢查它們,關于Status 的詳細信息參看本手冊§16.5.5,Status Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。如果需要修改可以選擇OK。此時所有的標準ANSYS菜單不能再使用。然后選擇Main Menu>Drop Test>Solve開始LS-DYNA求解。

注--ANSYS/LS-DYNA DTM當前版本存儲的數(shù)據(jù)和和以前的不兼容。

16.3.1.8 步驟8 動畫結果

求解完成后,可以采用Main Menu>Drop Test>Animate Results來顯示分析持續(xù)時間內跌落物體的動畫結果(例如Von Mises應變)。對于動畫結果,推薦用戶在跌落時刻開始分析。關于Animate Over Results對話框的信息參看本手冊16.7 Postprocessoring- Animation,在ANSYS中生成動畫的信息參看《ANSYS Basic Guide》第十五章,Animation。

16.3.1.9 步驟9 獲得時間歷程結果

除了顯示動畫結果外,采用Main Menu>Drop Test>Time History路徑可以在指定點查看結果,它為時間的函數(shù)。詳細信息參看本手冊十二章,Postprocessoring和16.8 Postprocessoring-Graph and List Time-History Variables。

16.3.2屏幕坐標的定義

當?shù)谝淮芜M入DTM時,固定的屏幕笛卡爾坐標系自動定義,并在ANSYS圖形窗口的左下角表示出來。用屏幕坐標系可以很方便地跟蹤持續(xù)下落物體和引力場的關系軌跡,關于屏幕坐標系有兩點需要了解:

· 在DTM中,屏幕坐標系的Y軸總是與重力加速度g的方向相反。

· 物體坐標可以隨屏幕坐標旋轉

屏幕坐標總要定義,以便Y軸在屏幕“up”方向,物體坐標系是有限元模型定義的坐標系統(tǒng)。可以用DTM旋轉工具重新定義物體坐標系。拾取物體上的兩個節(jié)點可以定義與屏幕Y坐標平行的矢量。詳細信息參看本手冊§16.5.2 ,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。通過重新定義物體Y向,可以定義物體和引力間的關系,因為常常假設Y方向在“up”或與重力加速度的方向相反。

屏幕坐標也可以確定跌落測試的缺省觀察方向,定義如下:

·屏幕X方向是“右”。

·屏幕Y方向是“上”。

·屏幕Z方向是從屏幕到觀察者的方向,或“out”。