ANSYS LS-DYNA 显式动力学 培训手册 第二天.ppt

加载，刚性体和边界条件,第2-1章,March 7, 2002 Inventory #001630 2-2,加载，定义边界条件及刚体 本章的目标,本章讲术了如何施加载荷、初始条件和阻尼。另外还讨论了刚体和约束问题。 主题: 加载和边界条件 一般加载过程 热载荷的施加 初始速度 阻尼的施加 刚体 约束 本章的例题,March 7, 2002 Inventory #001630 2-3,加载，定义边界条件及刚体 A. 加载和边界条件,与隐式静力分析不同，所有显式动力分析施加的载荷必须是时间的函数，ANSYS中时间载荷步的概念将不再适用。,因为时间的相关性，许多ANSYS 中的加载命令 (如： F and SF)在LS-DYNA中不再适用。,在显式动力分析中只能使用两个数组来定义载荷。一个数组是时间变量，另一个是载荷变量。 阻尼是用来减小与载荷对应的动力响应。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-4,加载，定义边界条件及刚体 .加载和边界条件,另外，D命令不能用来加载，因为它不与时间相关，它只能用来施加约束 (永久性的零位移约束). 在显式动力分析中，耦合(CP)和约束方程(CE)仅对位移的平动(U)和转动(ROT) 有效。在大变形中使用耦合(CP)和约束方程(CE) 要分外小心，另一种约束方法(如, 用EDCNSTR)将在本章后面讨论。 初始速度 (EDVEL) 和刚体 (EDMP, RIGID) 的定义在显式动力分析中非常重要，它们可以通过避免渐增载荷和减少模型的自由度数来减少CPU 时间。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-5,加载，定义边界条件及刚体 .加载和边界条件,ANSYS/LS-DYNA 通常被用来求解瞬态动力分析问题 (EDDRELAX, OFF， 它也可以求解静力问题，但这类问题最好使用隐式方法求解，如：ANSYS。 一个真动力松弛分析 (EDDRELAX, DYNA) 使得LS-DYNA显式求解器可以通过增加阻尼直到动能降为零来执行一个静力分析。一旦动力松弛分析已经确定了系统的初始应力状态（如预应力），就可以接着进行全瞬态动力分析。 对预加载几何结构应力初始化 (EDDRELAX, ANSYS) 类似于真动力松弛分析，但它需要通过前面的隐式静态分析预先获得预载变形。这种类型的分析称为隐式显式顺序求解，详见4-3章。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-6,加载，定义边界条件及刚体 B. 一般加载过程,在ANSYS/LS-DYNA中，所有瞬态加载必需使用EDLOAD 命令，并按以下步骤: 创建组元（ component）或Part 定义数组参数 使用EDLOAD命令加载 创建组元（ component）或Part: ANSYS/LS-DYNA 中的许多载荷是加在节点组元上的 。但压力是施加在单元组元（ element components ）上，而刚体载荷是被施加在Part上。 就当前所选的节点使用 CM 命令创建节点组元 Utility Menu Select Entities Nodes Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component,March 7, 2002 Inventory #001630 2-7,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,最好给创建的集合定义一个意义明确的名字，这样可以避免将载荷加到错误的结构上。 定义数组参数 : 在 ANSYS/LS-DYNA中，所有载荷都是按特定时间间隔施加 ，并成组地定义时间数组参数及相应的载荷数组参数 (*DIM and *SET): Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit Add,March 7, 2002 Inventory #001630 2-8,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,每一个时间值与一个载荷值对应。 载荷应施加在整个求解时间中。当达到定义的时间终点时，载荷将会迅速置为零，为避免结构的突然卸载，可以适当延长载荷的终止时间超过分析结束的时间，特别是在随后需要进行重起动的分析中应该注意这一点。 使用EDLOAD命令加载: 完成组元（component）或Part和参数数组定义后可以使用 EDLOAD 命令来加载: Solution Loading Options Specify Loads 先选择载荷选项中的（Add Loads）. 这一选项同时也可以列出载荷（listing Loads） 和删除载荷（ deleting load）.,March 7, 2002 Inventory #001630 2-9,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,选择所要施加载荷的类型: 对节点组元（ Components） : Forces: FX, FY, FZ Displacements: UX, UY, UZ Velocities: VX, 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 对单元组元（ Element Components） : Pressures: PRESS 对 Parts (刚体) : Forces: RBFX, RBFY, RBFZ Displacements: RBUX, RBUY, RBUZ Velocities: RBVX, RBVY, RBVZ Moments: RBMX, RBMY, RBMZ Rotations: RBRX, RBRY, RBRZ Angular Velocities: RBOX, RBOY, RBOZ,注意左边的规定 对于刚性体，根据方程F=ma ，平动加速度可以通过施加等效的力来实现。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-10,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,EDLOAD 菜单的这个选项或者定义一些特定载荷类型（参见命令手册中的规定）的局部坐标系（ 通过EDLCS定义），或者施加压力时的单元面号(surface) 。 下面的空格根据载荷类型或者定义节点、单元组元号或者定义Part 号，如前所述。,选定时间（ TIME ）和相应载荷（LOAD）数组 ，如果该栏空着，则可以指定预先定义的载荷曲线 号(用 EDCURVE创建) ，通过这种方法可以免去定义多次施加在不同组元上的相同载荷。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-11,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,预先定义的载荷曲线可以有载荷缩放系数（没有时间缩放系数）。 对多种载荷要指定它的开始时间和终结时间，在瞬态分析中，这种方法比赋零值要好。,最后，你要指定分析阶段，默认值是瞬态阶段 “Transient only” ，如果你的载荷是应用于动力松驰分析（用来模拟隐式静态求解），选 “Dynamic relax”。如果包括两种分析，请选 “Trans and Dynam” 。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-12,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,如ANSYS/LS-DYNA 用户手册第四章讲到的, 在动力松驰分析中如果载荷曲线定义了渐变（从零载荷）到稳定的动力松弛阶段，则使用最后一项(Trans and Dynam) 可能会出问题。在松驰阶段后时间重置为0，开始瞬态分析，以前预加的载荷被移走，重新渐变加载进行瞬态分析，这样可能会引起不必要的振动。 最好的途径是使用两条曲线:一条反映“Dynamic relax” 阶段的从零渐变的载荷，另一条开始于前一条曲线结束点的反映“Transient only”阶段的载荷。 在动力松驰分析和指定几何应力初始化分析中，仍然存在时间与载荷的概念。由于在随后的瞬态动力学分析中将时间重置为零，你可以认为这是一个假定的初始时间。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-13,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,在定义了载荷曲线后，你可以用EDPL命令来显示这条载荷曲线: Solution Loading Options. Plot Load Curve LCID,此列表能够使你验证所加载荷的信息，其中包括载荷类型，加载的组件，以及时间与加载的数据值。记住要经常检查此列表！,当选择了Plot Load Curve选项时，载荷参考号（LCID ）会自动显示在右图的表中。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-14,加载，定义边界条件及刚体 .一般加载过程,通过执行EDFPLOT, ON 可以显示载荷标识 Utility Menu PlotCtrls Symbols LS-DYNA Load Symbols Show,载荷标识总是沿坐标系正向显示。 因为载荷标识仅标识施加载荷的components或Parts,所以需要显示载荷曲线以保证采用了正确的载荷方向和数值。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-15,加载，定义边界条件及刚体 C. 热载荷的施加,在ANSYS/LS-DYNA中有两种类型的温度载荷: 静态热载荷 (Preload) 使用TUNIF/BFUNIF and LDREAD 命令 瞬态热载荷 使用EDLOAD, ,TEMP 命令 静态热载荷 (Preload) : 通常应用于从隐式显式顺序求解过程中 (第4-3章). 如温度载荷突然施加，将会出现过度的振动。 TUNIF/BFUNIF 命令是施加定常温度载荷到模型的所有节点上。 LDREAD 命令是用来施加来自热分析中的非均匀温度载荷 。 LDREAD 命令假设温度不随时间变化 (single .RTH solution) LDREAD 命令覆盖用 TUNIF/BFUNIF 命令所加的温度载荷。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-16,加载，定义边界条件及刚体 .热载荷的施加,瞬态热载荷 : EDLOAD, ,TEMP 命令施加随时间变化的温度载荷到节点组元上。 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时施加瞬态和静态热载荷。 静态和瞬态的结构载荷可以和热载荷一起施加。 两种类型均需考虑 : 为了施加热载需要定义与温度相关的材料 目前支持双线性各向同性材料 (TB, BISO) 。 最多定义六种不同温度的材料数据。 不能超过指定的材料温度范围。 为模拟热弹性材料，需要将材料的屈服应力值设大一些。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-17,加载，定义边界条件及刚体 .热载荷的施加,两种类型均需考虑(继续): 实际温度载荷=用户施加的温度-TREF TREF 默认值为0 PLANE162, SHELL163, and SOLID164 单元支持 PLANE162 不支持 “drelax” 文件(参见第4-3章), 只有瞬态热载荷或冲击热载荷适于单元 PLANE162 设置ALPX=0 ，仅定义与温度相关的机械力学性能(EX, PRXY, ) ，使瞬态热显式分析稳定。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-18,加载，定义边界条件及刚体 D. 初始速度,在开始瞬态分析时，初始速度有利于稳定加载。 ANSYS/LS-DYNA 允许使用EDVEL命令对节点或节点组元（component）施加平动或转动的初始速度，同样也可以使用 EDPVEL 命令对 Parts 或 Part 集合施加初始速度. EDPVEL 命令实际上是对属于某个Part 的节点建立一个集合，所以它可以象EDVEL命令一样使用，输入参数类似，在这儿不再讨论。 使用EDVEL命令有两种方法定义初始速度: 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,加载，定义边界条件及刚体 .初始速度,EDVEL, VGEN 命令: VGEN 命令定义相对于总体坐标系的平动和对任一轴的转动。 VGEN 命令可以对转动的component施加速度。 VGEN命令不能用在简单或完全重起动分析中 。 EDVEL, VELO 命令: VELO 命令可以施加节点或节点组元相对于总体坐标系的初始平动或 转动速度。 VELO 命令将旋转自由度直接施加于节点上，所以只对 BEAM161 和 SHELL163 单元适用. VELO 不能用在完全重启动分析中。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-20,加载，定义边界条件及刚体 .初始速度,EDVEL, VGEN命令 : w/ Axial Rotate 指定所要施加初始速度的节点或节点组元。同样存在listing 和deleting 选项。 在总体Cartesian坐标系中施加X, Y, Z方向 的平动速度。 定义角速度，旋转轴的X、Y、 Z 坐标和相对于 总体笛卡儿坐标系 X、 Y、 Z的角度。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-21,加载，定义边界条件及刚体 .初始速度,EDVEL, VELO命令 : w/ Nodal Rotate 指定所要施加初始速度的节点或节点组元。同样存在listing 和deleting 选项。 输入总体坐标系X, Y, Z 方向的平动速度。 输入相对于总体坐标系X, Y, Z方向的角速度(W) 。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-22,加载，定义边界条件及刚体 .初始速度,VGEN和VELO : 对相同的节点或节点组元重新执行 EDVEL 命令将会覆盖以前设定的值 。 VGEN 和 VELO 命令不能在同一个分析中使用. 如果EDDRELAX, ANSYS (隐式到显式顺序求解) 在 EDVEL, VGEN命令之前使用, 那么ANSYS将自动设置*INITIAL_VELOCITY_GENERATION 命令PHASE 项: PHASE=0 用于刚体节点 (初始速度基于最初的几何模型) PHASE=1 用于可变形体的节点 (初始速度基于变形体的几何模型) 因此，一个节点组元不应该把刚性体和变形体混合在一起。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-23,阻尼是在瞬态动力学分析中用来减小结构分析中不切实际的振动。 可以通过EDDAMP 命令在 ANSYS/LS-DYNA中定义质量 阻尼(alpha) 和刚度阻尼 (beta) : Preprocessor Material Props Damping . 定义施加阻尼的 Part 号. 如果 Part = ALL (or blank), global alpha 阻尼将被应用于整个模型。,加载，定义边界条件及刚体 E. 阻尼控制,LCID (EDCURVE) 命令用来指定相对于时间的alpha阻尼 或者，不变的阻尼系数, VALDMP (alpha or beta), 可以用来代替对时间的alpha阻尼曲线 或者使用alpha LCID 命令中的比例系数.,March 7, 2002 Inventory #001630 2-24,当 Part = ALL 或曲线 ID (LCID)被指定时，alpha 阻尼会自动的应用于模型。 质量比例 阻尼对于低频率振动是有效的，并会抑制刚性体运动。不能被同时定义常数和与时间相关的alpha阻尼。 当LCID = 0（or blank） 且阻尼系数被指定时，beta 阻尼被应用于指定的 Part。 刚度比例阻尼对于高频率振动是有效的。与时间相关的刚度阻尼是无效的。 如果对一个 Part要同时定义 alpha 和 beta 阻尼时, 可以使用 EDDAMP, PART, LCID来定义 alpha 阻尼 ， 用MP, DAMP, MAT, VALDMP来定义相对于材料（不是Part）的beta阻尼。所以最好每种材料定义在单独Part中，以免互相冲突。,加载，定义边界条件及刚体 .阻尼控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-25,加载，定义边界条件及刚体 .阻尼控制,为了看到EDDAMP命令所指定的阻尼，执行: edsolv$stat ! Utility Menu-List-Status-LS-DYNA 列出了显式动力加权阻尼 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 4 0 0.100000000E-04 Damping 5 0 0.100000000E-04 Damping 6 0 0.100000000E-04 Damping 7 0 0.100000000E-04 上面的信息显示在ANSYS输出窗口（或输出文件）. MPLIST 只列出 由 MP,DAMP 命令指定的BETA 阻尼.,这里所显示的大的质量比例 (ALPHA) 阻尼将迅速减小动力响应。 施加在每一个Part 上的刚度 (BETA) 阻尼用来消除高频振荡。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-26,加载，定义边界条件及刚体 F. 刚体,刚体的一般介绍: 刚体用于定义模型中的刚性部分 并且可以减少执行一个显式分析所使用的CPU时间。 在ANSYS/LS-DYNA中，所有刚体的节点自由度都与其质心自由度耦合在一起。 因此，刚性体无论其单元节点数量多大，都只有六个自由度。 程序通过组成刚体的单元的体积和密度自动计算出质量、质心和惯量特性。这些特性都可以由EDIPART 命令定义的值覆盖。 作用于刚体上力和力矩由每一时间步的节点值叠加而得， 刚体的运动通过质心计算而得，并把相应的位移值传递给节点。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-27,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,必须输入精确的刚体材料特性 (EX, NUXY, and DENS)。 杨氏模量用来计算接触罚刚度（penalty stiffness），所以它的值不应该是任意大。 通过这些命令定义刚体: EDMP, RIGID, MATID, CON1, CON2 Preprocessor Material Props Material Models LS-DYNA Rigid Material,GUI在一个 窗口里同时包括 MP 命令 (定义 EX, NUXY, and DENS) 和 EDMP, RIGID 命令 (施加刚体约束)的定义。 具有相同MATID的单元，尽管互相不相连，可以定义在一个刚性体中。 平动和转动约束被施加在刚体质心。,定义刚体 :,March 7, 2002 Inventory #001630 2-28,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,GUI根据定义方式显示材料特性，命令（ MPLIST ）则以另一种格式输出。,平动、转动约束用相应的标识号显示。 约束是平行于总体坐标系的.,March 7, 2002 Inventory #001630 2-29,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,刚体加载 : 如前所述，所有的刚体位移都应用于Part号 而不应用于component。在使用EDLOAD命令施加刚体载荷前要经常检查 Part 列表，因为EDMP, RIGID, MATID 命令定义材料刚性 (不是 Part)。此外， 划网格时对不同的PART尽量要使用不同的材料. Solution Loading Options Specify Loads Add Loads,可以施加的刚体载荷 : 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 2-30,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,合并刚体 : 可以使用 EDCRB 命令将两 个刚体合并，合并后它们将被看作一个刚体: Preprocessor Coupling / Ceqn Rigid Body CE,从Part 附属于主 Part. 从PART的参数将被忽略。 根据需要，可以将多个从PART合并到主PART中，但不要创建新的主PART。,为避免覆盖合并了的刚体，不要重复使用 EDCRB 命令定义同一参考号。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-31,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,刚体的惯性量 : 使用EDIPART 定义刚体的惯性量。 缺省情况下, LS-DYNA自动地通过有限元网格（单元体积，密度，位置）来计算刚体的惯性。 当模型比较复杂或网格比较粗糙时，人工定义刚体的惯性比缺省值要准确。 EDIPART 允许仅对部分结构进行网格划分。 使用EDIPART命令时必须已经定义了Parts 。 Preprocessor LS-DYNA Options Inertia Options Define Inertia,March 7, 2002 Inventory #001630 2-32,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,指定刚体的惯性量和初始状态: 质心的位置 (X, Y, Z) 平动质量 惯性张量 (IXX, IXY, IXZ, IYY, IYZ, IZZ) 初始速度 (RBVX, RBVY, RBVZ, RBOX, RBOY, RBOZ),如果没有选择global origin ， GUI自动跳出一个窗口要求指定相应坐标向量。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-33,加载，定义边界条件及刚体 .刚体,总结 : 与ANSYS中的隐式分析不同, 在定义PART时不要使用过高的弹性模量值（EX ）来使之刚化，需要精确的材料特性来计算接触刚度。 使用 EDMP, RIGID 命令来定义相应材料刚性。 不能给刚体的节点施加约束，所有的约束都必须施加到刚体的质心上。 两个刚体不能共享同一节点，用EDCRB 命令可以将刚体合并到一起。 将结构中变形不重要的部位定义为刚体 (如：金属成形中的冲头与模具），这样可以大大节省CPU时间。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-34,加载，定义边界条件及刚体 G. 约束,在 ANSYS/LS-DYNA中, 非零位移作为与时间相关的载荷施加，然而有许多种约束方式可以用来定义其它的边界条件。 ANSYS/LS-DYNA 约束 : 约束 节点坐标系旋转 对称边界面 非反射边界面 额外节点组元 节点刚体 壳与实体的连接 铆接 点焊 注: 同一节点或同一自由度不允许多重约束。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-35,加载，定义边界条件及刚体 .约束,约束 : Solution Constraints Apply On Nodes (etc.) D 命令只能对节点施加零位移 (转动和平动)。 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，所有不能约束它们，然而分析中可以计算这些数值并将之作为节点的自由度存储以便进行随后的后处理。 Nodal CS Rotations : Solution Constraints Apply Rotated Nodal EDNROT 命令在用EDLCS命令定义的旋转节点坐标系中定义零位移约束。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-36,加载，定义边界条件及刚体 .约束,除了定义（adding)旋转节点约束外，还可以列出(list)和删除(delete) 它们。 因为局部坐标系(CID)不能自动被激活，它须要指定它。 节点旋转只对指定的节点组元有效，对选择的节点集无效（如ANSYS中使用select entity选择的节点集）。 最多可以定义六个自由度 (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, 和ROTZ) 注: 求解结果不能根据EDNROT命令所使用的局部坐标系给出。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-37,加载，定义边界条件及刚体 .约束,对称边界面 : Solution Constraints Apply Symm Bndry Plane EDBOUND 命令定义平面对称和循环对称，它允许只对模型的某一对称部分建模。 对于滑移（sliding）对称，由垂直于过总体坐标原点的矢量来定义边界面，并且定义一个与此面相关联的节点组元（ Cname ）。,这种情况下，不必定义第二个节点组元。 约束选项(COPT)定义节点移动方式 : COPT=0: 节点沿垂面移动， COPT=1: 节点沿矢量方向移动，,March 7, 2002 Inventory #001630 2-38,加载，定义边界条件及刚体 .约束,对循环对称 (EDBOUND, CYCL), 通过总体坐标原点矢量定义旋转轴，定义循环对称时要用到两个节点组元 (Cname1 和 Cname2) ，第二个节点组元的节点不仅要在周向偏移相同的角度，其节点号与第一组集合相应的节点必须要按某一定量增加。,不用定义约束选项(COPT),March 7, 2002 Inventory #001630 2-39,加载，定义边界条件及刚体 .约束,非反射边界 : Solution Constraints Apply Non-Refl Bndry 用 EDNB 命令定义非反射边界, 它可以防止人为应力反射波 (产生于模型外部边界)重新进入模型从而破坏结果。 地质力学特别的需要一个无限域 表示地层，非反射边界可以大大减小模型尺寸同时又可以表达无限域。 非反射边界只用于SOLID164单元外部表面上的节点，指定集合中的节点不应该用其它方式约束，否则会消除阻尼器吸收入射应力波的效果，通常有限域的高质量足以限制运动。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-40,加载，定义边界条件及刚体 .约束,LS-DYNA 假设这些外部边界上的材料是线性的，所以有限域应该足够大以满足这一假设。 阻尼器定位为垂直于膨胀波，相切于剪切波，可同时激活这两种类型的标记。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-41,加载，定义边界条件及刚体 .约束,额外节点组 : Solution Constraints Apply Additional Nodal Extra Node Set 用 EDCNSTR, ,ENS 命令来创建额外节点组（ Extra Node Set）, 它在已有刚体上增加一组节点。 这些点可以在空间任何位置，它们可被当作加载点、集中质量位置或变形体的依附点。 这些额外节点的坐标随刚体移动而更新，所以它只能从属于一个刚性体。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-42,加载，定义边界条件及刚体 .约束,节点刚性体: Solution Constraints Apply Additional Nodal Nodal rigid body 用 EDCNSTR, ,NRB 命令创建节点刚性体，它是变形parts节点之间的一种刚性连接（焊点）。 节点刚性体与存在的part 和材料无关，质量特性取决于节点的质量与位置。 数据的输出参照指定的局部坐标系 (CID from EDLCS)。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-43,加载，定义边界条件及刚体 .约束,优于 CEs 节点组的旋转可以根据刚体动力学来更新 约束方程 (CE) 能带来非物理的响应 非重合节点“a” 和 “b” 的约束比较，如下图所示:,由于 约束方程（CEs ）和耦合（CPs）特性较差, 此处不作介绍。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-44,加载，定义边界条件及刚体 .约束,壳与实体的连接 : Solution Constraints Apply Additional Nodal Shell-Solid tie 用EDCNSTR, ,STS 命令创建壳与实体的连接。 壳163 单元的节点沿一直线最多可以与实体164 体单元的9 个节点（其中一节点与壳节点重合）相连而不必将壳嵌入实体就可以传递扭矩。,Picture courtesy of LSTC,类似于节点刚体约束 ANSYS自动将SOLID164单元的节点排列为需要的空间顺序,March 7, 2002 Inventory #001630 2-45,加载，定义边界条件及刚体 .约束,铆接 : Solution Constraints Apply Additional Nodal Massless rivet 用 EDCNSTR, ,RIVET 命令创建无质量的铆接。 两个非重合节点象焊点一样连接在一起，但不具有失效能力（点焊在后面讨论）。 铆接推荐用于连接固体单元，因为它们没有旋转自由度。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-46,加载，定义边界条件及刚体 .约束,点焊 : Preprocessor LS-DYNA Options Spotweld Massless Spotwld or Genrlizd Spotwld 在 ANSYS/LS-DYNA中用 EDWELD 命令创建节点约束来模拟焊接，用这个命令有两种选项来创建无质量焊接: 无质量点焊 一般焊接 无质量点焊 : 对于无质量点焊选项，两个非重合节点被焊在一起从而创建一根无质量的刚性梁。 这两个节点必须有转动惯量（如只有壳和梁的节点可行）并且这些节点不能有自由度约束。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-47,加载，定义边界条件及刚体 .约束,无质量点焊支持脆性失效机理，当满足下面的方程时，点焊失效 （连接断开）：,对每一个新的点焊，用户必须使用新的参考号，使用相同的参考号会覆盖以前的点焊。,用户可以定义许用法向张力和剪切力 (分别为Sn 和 Ss ）以及其相应指数。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-48,加载，定义边界条件及刚体 .约束,在点焊创建以后，可以通过GUI操作来显视点焊，可以用/PBC, WELD, ,1命令激活点焊的显示。 。,一般焊接 : 一般焊接与无质量点焊非常相似，但它们又有一些不同点。 在一般焊接中，多于两个节点被连接在一起（通过节点组元而不是节点号来定义） ，如果使用局部坐标系，节点可以是重合的。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-49,加载，定义边界条件及刚体 .约束,除支持脆性失效外，一般焊接还支持因塑性应变引起的韧性失效，当外推节点应变超过了定义的许用节点应变时，连接断裂，这类似于焊缝与周围材料的撕裂。如果使用了多组点焊，失效将会从外到里递进发展。 一般焊接还允许指定焊接失效时间，这时无论是何种载荷条件，都将强制焊接破坏。,指定节点组元（component ） 对每一个焊接，三种失效机制可以同时被激活（断裂、塑变和失效时间）,March 7, 2002 Inventory #001630 2-50,加载，定义边界条件及刚体 H.加载与定义边界条件及刚体的习题,本习题包含: 练习2-1 -点焊失效分析,求解和模拟控制,第2-2章,March 7, 2002 Inventory #001630 2-52,求解和模拟控制 本章目的,本章学习的是求解和模拟控制。 讨论用于优化和控制显式分析的工具。 主要内容: 基本求解控制 二进制输出文件 ASCII输出文件 Cpu 时间控制 质量缩放 模拟控制 小时间步显示 自适应剖分 编辑LS-DYNA输入文件 LS-DYNA 的批处理 求解和模拟控制练习,March 7, 2002 Inventory #001630 2-53,在很多方面, 显式分析中设定的求解控制参数同隐式运算中遇到的参数相似。 在显式求解中设定的基本参数有： 1. 时间:模拟的物理过程的真实时间 TIME Solution: Time Controls - Solution Time,实际的求解时间很短，通常在几毫秒内。,求解和模拟控制 A. 基本求解控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-54,2.梁和壳单元的积分点数 EDINT Solution: Output Controls - Integ Pt Storage 壳单元至少要有3-5个积分点才能捕捉到塑性效应 3. 写入到 .rst 和 .his 文件的时间步数 EDRST, EDHTIME . 或者定义输出频率： Solution: Output Controls - File Output Freq -Number of Steps.,.rst 文件记录了可供通用后处理器使用的整个模型的结果。一般典型的输出步数为 10-100 个 (缺省为100)来减少磁盘存储空间. .his 文件记录了用于时间历程后处理器的模型的一个子组的结果。一般典型的输出步数为 1000-100,000个(缺省为 1000） 重启动的输出频率也可以输入(通过EDDUMP 命令).,求解和模拟控制 . 基本求解控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-55,文件选项包括 ADD,DELETE和LIST. 可输出 ANSYS (.rst and .his) 或LS-TAURUS (d3thdt, d3plot) 或两者兼之。,求解和模拟控制 B. 二进制输出文件的控制,由于ANSYS/LS-DYNA 还带有 LS- POST 后处理器, 故程序除了可以写 ANSYS 的 .his 和 .rst 二进制结果文件以外，还可以写 LS-DYNA 结果文件 d3plot 和 d3thdt. 用EDOPT命令控制程序将输出何种二进制文件。 Solution: Output Controls - Output File Type,March 7, 2002 Inventory #001630 2-56,求解和模拟控制 C. ASCII 输出文件的控制,除了 LS-POST 二进制文件, 用户还可以输出一系列包含特定信息的 ASCII 文件. 文件描叙如下: GLSTAT 全局模型数据 (全局统计) BNDOUT 边界条件力与能量 RWFORC 刚性墙力 DEFORC 离散单元力 MATSUM 材料能量 (基于PART) NCFORC 节点界面力 RCFORC 合成界面力 DEFGEO 变形几何数据 SPCFORC 单点约束力 SWFORC 节点约束反力 (点焊) RBDOUT 刚体数据 GCEOUT 几何接触实体 SLEOUT 滑移面能量 JNTFORC 接点力 NODOUT 节点数据 ELOUT 单元数据,March 7, 2002 Inventory #001630 2-57,EDOUT命令控制ASCII文件的输出： Solution: Output Controls - ASCII Output.,仅仅选择结果文件应该生成哪个ASCII 文件(如 MATSUM) 还可以选择下面的选项: ALL 写所有的 ASCII 输出文件 LIST 列出所有的时间历程输出定义 DELE 删除所有的 ASCII 输出定义,应该I 文件要写的节点与单元: 应该注意到ACSII文件包含的信息只是针对模型的一个小子集而言，EDHIST命令控制ACSII文件要写的节点和单元：应该注意到 ASCII文件中包含的信息只是针对模型Solution: Output Controls - Select Component,包含在ASCII 输出文件中的信息是相对于节点和单元组元而定义的。 ASCII文件的输出间隔通过 EDHTIME命令控制。 对于不同的组元允许多次定义。,求解和模拟控制 . ASCII 输出文件的控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-58,ANSYS/LS-DYNA中, 经常使用三种高级求解控制 1. CPU 控制: 在 ANSYS/LS-DYNA 分析中说明CPU限制。 2. 质量放缩: 调节单元质量来增加时间步长。 3. 子循环: 调整模型以减少CPU时间（不推荐）。,CPU 时间限制 (单位为秒) 用来终止分析，零值 (缺省) 表示无时间限制,CPU 控制 用EDCPU命令指定CPU时间： Solution: Analysis Options-CPU Limit,求解和模拟控制 D. CPU 时间控制,March 7, 2002 Inventory #001630 2-59,说明所用的最小时间步尺寸和缩放系数。,求解和模拟控制 E. 质量缩放,质量缩放是通过调整每个单元的密度来调整单元达到合适的时间步长。 以前讲过，时间步长依赖于 EX, NUXY 和 DENS 以及单元尺寸。 使用质量缩放, 可以根据单元的大小调整任何单元的密度，从而达到合适的时间步。 用 EDCTS 命令定义质量缩放: Solution: Time Controls-Time Step Ctrls.,March 7, 2002 Inventory #001630 2-60,求解和模拟控制 . 质量缩放,有两种质量缩放方案： 通过调整单元密度，使得所有单元都具有相同的时间步长，只用于惯性效应不重要时. EDCTS, DTMS 这里DTMS为正的必要的时间步尺寸值 (乘以 1.111) 质量缩放只用于 指定时步Dt的单元 EDCTS, DTMS 这里 DTMS 为负的必要的时间步尺寸值 (乘以 1.111),March 7, 2002 Inventory #001630 2-61,element 1 2 3,l1,l2,l3,求解和模拟控制 . 质量缩放,质量缩放控制最小时间步长:,调整密度以实现用户定义的时间步长: :,March 7, 2002 Inventory #001630 2-62,求解和模拟控制 . 质量缩放,质量缩放例题 (EDCTS) 汽车碰撞模型 140 parts 42981 nodes 1580 bricks 60 beams 35170 shells Termination time 150 ms,100 个最小单元时步 (参见 LS-DYNA 输出文件 d3hsp): element time-step shell 151018 0.44612E-06 shell 150894 0.46867E-06 shell 52321 0.48682E-06 shell 51321 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,求解和模拟控制 . 质量缩放,无质量缩放: 初始时间步长取决于最小单元 Dt = 4.46115E-07 sec 有质量缩放: 希望时间步长为 6.534E-07 秒，用EDCTS命令定义负的111%的时间步长。 EDCTS, -7.26E-07 Main Menu Preprocessor Output Ctrls Mass scaling . 初始时间步长 Dt = 6.534E-07 sec CPU 时间减少到68% 质量误差： 物理质量 1.26 吨 增加质量 0.000027 吨 (27 grams) 质量误差 0.002% 质心坐标也发生改变。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-64,求解和模拟控制 F. 模拟控制,状态开关控制允许用户中断求解过程并检查求解状态。 如下使用状态开关控制： 在UNIX平台上的ANSYS输出窗口或在NT平台上独立的LS-DYNA输出窗口使用CTRL_C。 CTRL_C中断求解过程并在ANSYS窗口等待下一步输入。 输入sw1终止求解并生成重启动文件。 输入sw2得到实际状态统计情况，LS-DYNA 继续进行。 输入sw3写出当前时刻的重启动文件， LS-DYNA 继续运行。 输入sw4写出当前时刻的结果数据组，LS-DYNA 继续运行。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-65,求解和模拟控制 . 模拟控制,通常第一次估计的CPU时间过高，用CTRL_C中断求解过程，输入sw2得到求解统计情况。,LS-DYNA 求解器 将所有的重要的信息（如错误、警告、失效单元、接触情况）都写入ANSYS输出窗口（NT上的独立窗口）及d3hsp文件。,March 7, 2002 Inventory #001630 2-66,求解和模拟控制 . 模拟控制,LS-DYNA 求解器也将数据写入messag 文件. 这个文件包含了时间步信息、错误、警告和一些写入d3hsp文件内容的一个简短摘要。 对于ANSYS检查出的错误和警告，用户可以通过 messag 文件了解详细情况 :,“Solution is done!” 代表没有警告和错误。 这表示运算已经成功。,March 7, 2002