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Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 第 5 章 边界条件，载荷与刚体 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 本章目标 1. 对ANSYS/LS-DYNA中的载荷和边界条件有所了解 2. 了解在ANSYS/LS-DYNA中如何施加普通载荷 (EDLOAD) 3. 了解约束 (D, EDNROT, EDBOUND) 4. 定义初始速度 (EDIVELO) 5. 定义并且讨论刚体的应用 (EDMP,RIGID) 6. 了解刚体载荷与约束 (EDLOAD and EDCRB) 7. 描述阻尼控制 (EDDAMP) 8. 描述焊点的应用 (EDWELD) 9. 通过练习, 逐步掌握以上内容 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual载荷与边界条件概述 与大多数隐式分析不同，显式分析中所有载荷都必须作为时间函数施加 。 耦合 (CP)与约束方程命令集（CE） 在显式分析中仅对位移和旋转自由度有 效 在大变形分析时使用CP和CE时要注意. 初始速度 (EDIVELO) 与刚体定义 (EDMP, RIGID) 是显式分析所独有的. 因此，在显式分析中只能通过定义数组参数来施 加载荷。 一列为时间值，另一列为载荷值 TIME FORCE 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual一般加载步骤 在 ANSYS/LS-DYNA 中一般加载使用 EDLOAD 命令分以下3步完成: STEP 1: 定义节点组元 STEP 2: 定义数组参数 STEP 3: 用 EDLOAD 命令加载 STEP 1: 定义节点组元 除了压力和刚体载荷, 所有显式分析中的载荷施加在节点组元上. 首先选择要施加载荷的节点: Utility Menu: Select-Entities-Nodes 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 一般加载步骤（续） 显式分析中只用节点组元. (除了压 力) STEP 2: 定义数组参数 Utility Menu : Parameters-Array Parameters -Define/Edit - Add 然后定义为组元，并赋一个名字: Utility Menu : Select - Comp/Assembly - Create Component 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 一般加载步骤（续） 输入时间值: File-Apply/Quit 类似过程输入载荷值: 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual Step 3: 施加载荷 定义完数组参数后， 用 EDLOAD 命令在节点组元上施加载荷: Solution: Loading Options - Specify Loads 1、 选择Add Loads 2、 选择所要的载荷类型. 有下列类型: Forces: FX, FY, FZDisp: UX, UY, UZ Moment: MX, MY, MZVelo: VX, VY, VZ Rot: ROTX,ROTY,ROTZAccel: AX,AY,AZ Ang. Vel: OMGX, OMGY, OMGZ Body Accel: ACLX, ACLY, ACLZ 面载荷选项只用于定义压力载荷, 它一般施加在单元组 元上 选择载荷所施加的组元 一般加载步骤（续） 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 一般加载步骤（续） STEP 3 （续) 如果不定义时间与载荷轴, 可 以使用预先定义的载荷曲线 LCID (via EDCURVE) 来定义 载荷. 可以使用 SCALE 系数对载 荷数据进行放缩. 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 画载荷曲线 定义完载荷曲线后, 可以用 EDPL 画一下以确认. 可以通过 SolutionLoading Options 得到载荷的参考号 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 画载荷曲线（续） 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 显示载荷标记 Solution: Loading Options - Show Forces 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 约束 与 ANSYS 隐式不同, ANSYS/LS-DYNA 区分零约束与非零约束. 所 有非零约束被处理为载荷 (EDLOAD). 只有零约束可以使用 D 命令, 因为它被用来固定模型的一部分 : Solution: - Constraints - Apply 在选择所要的节点后, ANSYS/LS-DYNA 自动施加零约 束. 如果选择了线和面, 约束直接施加在附属于线和面的节 点上. 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 约束 节点旋转 选择选项 Add Constraint. 选择要施加载荷的局部坐标系ID (用 EDLCS定义) 选择要施加载荷的节点组元. 选择要施加旋转坐标约束的自由度. 共: UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. 除了标准的节点约束, 可以用EDNROT命令施加旋转节点坐标约束 : Solution: Constraints - Apply -Rotated Nodal 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 约束 边界面 用EDBOUND命令在ANSYS/LS-DYNA中可以使用滑移和循环对称. 滑移与循环对称可以大大减少模型尺寸. Solution: - Constraints - Apply -Symmetry B.C.-Bndry Plane 对于循环对称, 可以在节点组元上施加第二个边界面 对于滑移对称, 可以用一个约束选项定义节点是按照面的法向运动，还是沿一个特定的矢量方向运 动. 选择 Add plane. 同时还有列表与删 除所定义的边界面选项 选择 sliding or cyclic symmetry 选择要施加载荷的节点组元. 输入法向坐标矢量（滑移）或 旋转 轴 (循环) 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 约束 无反射边界 当建立一个几何力学模型时, 往往需要一个无限域来表示地面. 为限制模型规模, 可以使用非反射边界条件来表示无限域 (只能用SOLID 164). 非反射边界阻止应力波从模型的边界反射. 要定义非反射边界, 首先创建物体外表面节点的组元. 然后用EDNB 命令施加非反射边界 ，可以指定沿着指定的组元是否消除膨胀波与剪切波的反射. Solution Constraints Apply Non-Refl Bndry 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 初始速度 在瞬态动力问题中, 经常需要定义初始速度. 在ANSYS/LS-DYNA中, 旋转与平动速度用EDIVELO命令施加在节点组元上 : 指定要施加载荷的节点组元。同时还可以列 表与删除。 在全局的 x, y, z 坐标内输入平动速度 指定角速度 (W), 旋转轴的X、Y、Z坐标, 以 及和全局 X, Y,Z 轴的夹角. 在相同的节点组元上用 EDIVELO 命令在相 同的组元上定义初速度回覆盖以往的定义. 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 刚体 概述 用刚体来定义模型中较硬的部分能够大大减少显式动力分析的计算时 间. 在 ANSYS/LS-DYNA 中, 所有的刚体 将自由度耦合在质心. 因此无论 有多少节点，单个刚体PART只有6个自由度. 质量, 质心, 和惯性矩由程序根据刚体的体积与单元密度自动计算. 作用在刚体上的力与力矩在每个时间步由各节点值相加而成。 刚体的 运动首先在质心处计算，然后 转换到各个节点上。 刚体不需要网格连续. 由于要计算接触刚度，刚体材料参数值要用实际的值. 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 定义刚体 用 EDMP 命令定义刚体: Preprocessor: Material Properties - Define Mat Model.-Add 指定组成刚体的材料号. 具有相 同的 MATID 的单元都在这个刚 体中. 选择: Other-Rigid OK 输入刚体材料的准确值 指定刚体平动与转动的约束 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 定义刚体（续） 因为约束应该施加在刚体的质心，所以输入正确的转动与平动约束值非常重要. 平动约束值 (相对于全局笛卡尔坐标) : 0 - no global translational constraint 1 - constrain UX only 2 - constrain UY only 3 - constrain UZ only 4 - constrain UX and UY 5 - constrain UY and UZ 6 - constrain UX and UZ 7 - constrain UX, UY, and UZ 旋转约束值 (相对于全局笛卡尔坐标): 0 - no global rotational constraint 1 - constrain ROTX only 2 - constrain ROTY only 3 - constrain ROTZ only 4 - constrain ROTX and ROTY 5 - constrain ROTY and ROTZ 6 - constrain ROTX and ROTZ 7 - constrain ROTX, ROTY, and ROTZ 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 刚体加载 类似于节点组元, 用EDLOAD命令给刚体施加位移和速度. 但是所有的刚体载 荷施加在PART号上，而不是节点组元. Solution: Loading Options - Specify Loads 选择载荷类型: Forces: RBFX, RBFY, RBFZ Displacement: RBUX, RBUY, RBUZ Moment: RBMX, RBMY, RBMZ Velocity: RBVX, RBVY, RBVZ Rotations: RBRX, RBRY, RBRZ 面载荷选项对刚体无效 指定施加载荷的 PART 最后, 选择对应的时间与载荷值. LCID 和 SCALE 系数都可以使用.001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 合并刚体 两个刚体可以合并在一起，以便使用用EDCRB命令使其行为一致 : 指定参考的方程号 主刚体PART 号 从刚体 Part 号 注意不要多次使用具有相同参考号的EDCRB命令. 当合并两个刚体时, 从刚体则属于主刚体. 任何以后对从刚体的参考都没有意义. 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 刚体应用规则 与ANSYS隐式不同, 不要用大的 EX值来硬化某一部分，而使之成为刚 体. 需要输入准确的材料特性来计算接触刚度. 不能在刚体上的节点处施加约束 (D 命令) 。 所有的约束必须施加在 刚体的质心. 两个刚体不能共节点. 但可用 EDCRB 命令来联接刚体. 对于模型中变形结果不重要的部分使用刚体，从而能够大量地节省 CPU时间. 001322 Explicit Dynamics with ANSYS/LS- DYNA Training Manual 阻尼控制 阻尼是在显式动力分析中阻止非真实振荡的方法. 质量加权(alpha)和刚度加权(beta) 阻尼 可以用EDDAMP命令在 ANSYS/LS-DYNA 施加在模型上 Preprocessor: Material Props - Damping . 当 Part =ALL 或指定了曲线