AUTODYN培训二.ppt

2020 3 24 ANSYSAUTODYN基础培训二 2020 3 24 基础培训二 1 Lagrange求解器2 模型生成3 Lagrange之间的作用 2020 3 24 AUTODYN求解器类型 LagrangeEulerALE SPHShellBeam 2020 3 24 拉格朗日求解器 节点与材料一起运动通常用于固体求解 T 0 0 T 0 0 2020 3 24 在初始计算中 通过对节点速度积分得到新节点位置 通过新节点的坐标位置 计算新单元密度和单元应变率 拉格朗日求解器 计算周期 2020 3 24 通过应变 新的应力可以计算得到 对于各向同性材料 单元变形能分成两个独立的部分 拉格朗日求解器 计算周期 2020 3 24 拉格朗日求解器 体积改变是由球应力张量引起 形状改变是由于偏应力张量引起 球应力由状态方程 EOS 求解 偏应力是由胡克定律 弹性 和塑性屈服准则 本构关系 求解 即AUTODYN的强度模型 再加上失效模型就构成了一个完整的材料模型 计算周期 2020 3 24 一旦计算单元的内部应变率被决定 每一个节点的受力能被计算 在这个阶段 任何从边界条件或者与其它物体作用的外力作为最后的节点力 知道节点力 可以计算节点加速度 积分节点加速度可以得到节点新的速度 完整的一个计算周期 重复这样的周期达到要求的求解时间或循环次数 拉格朗日求解器 计算周期 2020 3 24 质量守恒 能量守恒状态方程 动量守恒 积分 积分 初始条件 节点位移 应变率 密度 压力 内能 偏应力 节点力 节点加速度 节点速度 外力 边界条件和相互作用力 拉格朗日求解器 计算周期 2020 3 24 拉格朗日求解器 低速挤压碰撞 2020 3 24 拉格朗日求解器 结构求解器 V5和更早版本 2D体单元和壳单元3D体单元 壳单元和杆单元非结构求解器 V6和以后版本 3D体单元 壳单元和杆单元 结构和非结构求解器能用在同一个模型中 非结构化求解器特点 求解更快内存更小适合更多的单元类型可以方便地输入非结构网格结构化网格能被转换成非结构化网格 结构和非结构求解器 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 非结构求解器单元和面连通性数据存储满足精确要求 结构求解器基于IJK空间单元和面通过IJK空间定义 与数据存储一样 数据存储直接与单元拓扑相连 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 8节点精确体积积分 可选的8节点 近似单点高斯体积积分适合非结构求解器 FE公式 Hallquist 对于弯曲变形 单元精度会有一些损失使用人工粘性处理冲击问题 使用沙漏控制保证稳定性 五面体单元 退化六面体单元 非结构六面体求解速度约为结构求解的两倍 非结构求解需要的内存比结构求解少30 六面体 五面体求解器 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 比较 3 2GhzPentiumIVProcessor WindowsXP 六面体 五面体求解器 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 六面体 五面体求解器 结构六面体 IJK 非结构六面体 Exact 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 六面体 五面体求解器 Structured IJK UnstructuredExact UnstructuredGauss 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 头盔碰撞 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 结构非结构结构非结构 头盔碰撞 运行时间结构求解器 443分钟 36284cycles 非结构求解器 265分钟 37013cycles 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 非结构四面体求解器 SCPTet ANPTet standardconstantpressure AverageNodalPressure 2020 3 24 拉格朗日体单元求解器 非结构四面体求解器 SCPTet ANPTet 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 2D采用有限差分方法 3D采用有限体积方法 节点轨迹变形 厚度是一个填充参数 假设厚度方向为零应变 时间步长由长 宽决定 不由厚度决定 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 非结构求解比结构求解器更有效在相同的内存条件下 非结构求解器存放的数据多于结构求解器 四边形单元 3 2GhzPentiumIVProcessor WindowsXP 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 四边形壳单元结构VS非结构 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 结构 非结构 金属成型运行时间 65 000cycles 结构网格 IJK 3 814分钟非结构网格1 722分钟 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 非结构主四边形壳单元 金属冲压成型 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 四边形 三角形壳单元 非结构 上面 结构四边形 中间 结构三角形 底部 位移 时间 2020 3 24 拉格朗日壳单元求解器 用户定义层数 每一层可以是各向同性或异性材料 每一层指定一个厚度 多层复合壳单元 外层 内层 2020 3 24 拉格朗日梁单元求解器 2节点的梁单元公式 允许大的轴向应变 3 2GhzPentiumIVProcessor WindowsXP 结构 非结构梁单元求解器 效率 100 000梁单元 例子 2020 3 24 拉格朗日梁单元求解器 梁单元截面形状 2020 3 24 拉格朗日梁求解器 弹簧单元 2020 3 24 拉格朗日梁求解器 弹簧单元 速度与时间曲线 2020 3 24 拉格朗日梁求解器 阻尼单元 2020 3 24 拉格朗日梁求解器 弹簧 阻尼单元联合 速度与时间曲线 2020 3 24 拉格朗日梁单元 单根梁多根梁2D梁构架3D梁构架 梁求解器集合 组名 类型 梁号 单元 梁 2020 3 24 拉格朗日壳 梁求解器 冲击波对结构中的影响 2020 3 24 拉格朗日求解器 3D 兼容性 模型非结构和结构 IJK 求解器能在一个模型中使用 接触在任意非结构 结构 IJK 之间使用 连接在任意非结构 结构 IJK 之间使用 与3DFCT和多物质欧拉耦合包括厚度壳单元 并行可用于结构求解器和非结构求解器 2020 3 24 拉格朗日求解器 优势 更少的循环计算时间 与Euler SPH比较 清晰的材料界面和边界定义 时间历史信息完整 强度模型好 较少的冲击扩散 代码相对简单 壳单元优势 时间步长由单元面积决定 不是单元厚度 梁单元优势 时间步长由单元长度决定 不是横截面积 不足 单元变形导致时间步长变小 单元变形导致网格混乱 特殊的需要碰撞 滑移界面 2020 3 24 基础培训二 1 Lagrange求解器2 模型生成3 Lagrange之间的作用 2020 3 24 模型生成 结构化网格用 I J K 指标空间 网格在AUTODYN里生成 通过ICEM CFD或TrueGrid输入结构化网格 完全的Fill使用选项 用材料 初始条件 边界条件用指标空间 交互式或者组施加 非结构化网格使用单元 节点连通性 目前 不能在AUTODYN中生成网格 通过LS DYNA k文件和Nastran dat文件输入非结构网格 转换结构化网格为非结构化网格 有限的使用Fill选项 边界条件用交互式或者组施加 2020 3 24 结构求解器 对于每一个Part 一个结构化网格通过单元 节点和空间位置定义连通性 网格可以看成两中空间 指标空间 I J K 物理空间 X Y Z 指标空间在节点之间定义连通性 物理空间定义节点的空间坐标 物理空间通常用来识别 指标空间用来建立模型 2020 3 24 结构求解器 指标空间在AUTODYN里 每一个结构Part定义一个指标空间 i j k i j k是从1到N的的整数指标空间是矩形 2D 或立方体 3D 2020 3 24 结构求解器 物理空间在AUTODYN里 每一个结构Part也定义一个xyz空间 x y z是实数在物理空间里 通常网格有一个形状 i 1 2020 3 24 结构求解器 不用区域不是所有在指标空间定义的单元都需要定义物理空间 这就可以实现复杂几何模型划分网格 不用的单元 连接的节点 指标空间 物理空间 2020 3 24 结构求解器 Part向导 predef 允许自动划分预先确定几何的结构化网格 2DVolume Box Quad Circle 尖顶拱形 菱形 三角形 楔形3DVolume Box Hex Cylinder Sphere 尖顶拱形 Fragments BricksShells Plate CylinderBeams Single Multiple 2DFrame 3DFrame网格转换 AUTODYN里创建结构化网格 输入结构化网格 ICEM CFDTrueGrid 手工生成结构网格 点边面体 2020 3 24 结构求解器 生成Part向导三部曲 定义几何 定义网格 填充材料 2020 3 24 结构求解器 Part向导 Box 2D 2020 3 24 结构求解器 Part向导 Circle 2D 2020 3 24 结构求解器 Part向导 2D 楔形 尖顶拱形 四边形 菱形 三角形 2020 3 24 结构求解器 Part向导 Box 3D 2020 3 24 结构求解器 Part向导 Cylinder 3D 2020 3 24 结构求解器 Part向导 3D 球 六面体 尖顶拱形 砖块结构 2020 3 24 结构求解器 一步步的生成网格 点线面体拉伸 手工生成网格 2020 3 24 结构求解器 生成节点 节点的I J和K的值 节点坐标 手工生成网格 2020 3 24 结构求解器 生成线条 I J K方向 几何比例 直线或圆弧 圆弧中心 手工生成网格 2020 3 24 结构求解器 生成平面 I J K常数 网格类型 手工生成网格 2020 3 24 结构求解器 手工生成网格 生成体网格 生成方向 网格比例 2020 3 24 结构求解器 网格过渡 2020 3 24 结构求解器 Part向导 3D 圆柱面 平面 2020 3 24 结构求解器 TrueGrid XYZScientific 在TrueGrid生成网格输出AUTODYN 3D网格数据 zon 用 Import TrueGrid 下拉菜单分别读入Part能够定义块和壳单元自动创建和填充多物质Part输入的体单元能够用于拉格朗日 ALE和Fill求解器 输入结构网格 2020 3 24 结构求解器 ANSYS ICEM CFD超强的六面体网格生成工具直接连接CADCATIA Pro E SDRCI DEAS SolidWorks UG 提供输入结构网格到AUTODYNICEMmultiblockmeshes geo文件 输入过程 输入结构网格 2020 3 24 拉格朗日求解器 除了初始条件 有的问题还需要边界条件 AUTODYN中边界条件包括 应力速度力传输流动 Euler 通过定义边界条件 然后通过指标空间施加 对于非结构网格通过Groups来施加 边界条件 2020 3 24 拉格朗日求解器 对于拉格朗日Part边界上的单元 缺省的边界条件是自由边界 压强 0 0 不用的单元也定义边界条件 拉格朗日边界条件 2020 3 24 常数 t 梯形 t 三角形 t 指数Pk Pe kt t 用户子程序EXSTR t 拉格朗日Part 拉格朗日求解器 应力边界条件 Lagrange ALE Shells 2020 3 24 拉格朗日求解器 X Velocity常数 Y Velocity分段表示 Z Velocity限制在最大和最小之间 通过子程序EXVEL R Velocity常数 指定中心或X Y Z轴GeneralVelocity在X Y Z 3D 上固定常数和固定绕坐标轴的角速度 速度边界条件 Lagrange ALE Shells Beams SPH 2020 3 24 拉格朗日求解器 节点力边界条件 常数 分段 子程序EXFOR定义 X Y Z和通常的方向 单元力 单位长度边界条件 常数 分段 子程序EXFOR定义 X Y Z和通常的方向 力边界条件 Beams 2020 3 24 拉格朗日求解器 传输波通过单元面 仅仅为正交分量传输 可以指定边界的阻抗 如果设置阻抗为零 使用临近单元的阻抗 如果边界条件是近似的 不要在关心的区域设置 传输边界条件 Lagrange ALE Euler 2020 3 24 时间步长控制 时间步长的稳定性 其中 x 单元尺寸 c 声速 v 速度 2020 3 24 时间步长控制 缺省通常OK 如果初始步长小于零 时间步长取稳定时间步长的1 2 如果最小时间步长小于零 时间步长取出是时间步长的1 10 对于拉格朗日计算问题 安全系数可以增大到0 9 时间步长选项 2020 3 24 阻尼选项 人工粘性沙漏阻尼静态阻尼 2020 3 24 阻尼选项 不连续 不稳定 二次粘性二次粘性 线性粘性 人工粘性的作用 2020 3 24 阻尼选项 沙漏 是一种网格畸变 它引起没有应变或体积没有改变 四边形 2D 六边形 3D 使用单点积分产生沙漏 一个阻尼选项用来抵制这种变形 沙漏阻尼 2020 3 24 阻尼选项 静态阻尼系数Rd 静态阻尼 那么 如果 2020 3 24 非结构求解器 非结构化网格的单元 节点 四面体 多数四边形 多数六面体 2020 3 24 非结构求解器 输入选项LS DYNA k MSC Nastran dat 通过第三方软件输入 网格材料边界条件载荷初始条件目前不能产生非结构化网格可以将结构化Parts IJK 转变成非结构 网格模型输入 2020 3 24 非结构求解器 使用 Import 下拉菜单输入网格 模型 ICEM CFD ANSYSAI Environment TrueGridLS DYNAMSCNastran选择 ConvertIJKPartstoUnstructured 菜单转换拉格朗日 壳和杆结构化Parts成非结构化Parts 网格模型输入 2020 3 24 非结构求解器 RetainLS DYNApartdefinitions选择该项 LS DYNAparts Nastran属性将要被转变成AUTODYNParts不选择 AUTODYNParts通过连通性创建 如 六面体单元与四面体单元的连接 Mergeduplicatematerials选择该项 使用相同模型和数据的材料将被合并Checkshellorientation选择该项 检查所有壳单元外法向方向的一致性 对流固耦合重要 网格模型输入输入选项 LS DYNA MSC Nastran 2020 3 24 非结构求解器 输入后操作材料改变材料名字 选择 添加材料数据 大多数材料 可以增加刚性材料约束 如果需要的话 Parts 组件 边界条件和初始条件重新命名 选择 网格模型输入 2020 3 24 非结构求解器 整个Parts进行的操作复制填充删除分区 平移 非结构Parts操作 测量单元 节点 2020 3 24 非结构求解器 边界条件的施加 在屏幕创建多变形来选择节点 通过此来施加或删除边界条件 非结构 结构Parts操作 2020 3 24 非结构求解器 边界条件的施加 通过屏幕选择节点来施加和删除边界条件 非结构 结构Parts操作 2020 3 24 非结构求解器 组的选择操作用户定义节点 单元或面集合交互式选择通过多边形选取通过面选取施加 清除边界条件节点边界条件面边界条件填充单元组材料速度初始条件 非结构 结构Parts操作 2020 3 24 非结构求解器 求解选项 六面体积分有限体积公式 精确积分 缺省 有限元公式 近似单点的高斯积分 快 精度不高 六面体沙漏控制AD标准 缺省 求解速度快 需要内存少 Flanagan Belytschko 用于大刚体转动 四面体压强积分SCP 六面体网格为主 ANP 仅仅四面体网格 2020 3 24 非结构求解器 练习 拉格朗日 3D非结构 头盔碰撞 输入LS DYNA网格 头盔头空心圆柱头盔用泡沫材料模型 2020 3 24 基础培训二 1 Lagrange求解器2 模型生成3 Lagrange之间的作用 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日连接 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日连接 刚性连接可用于壳单元和梁单元 具有旋转和平动自由度 用来指定Part与Part之间的连接方式缺省方式为刚性连接连接处节点一致 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日连接例子 梁单元和壳单元连接 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 用于材料的滑移或分离 内部破碎 大剪切变形 碰撞面接触 靶板侵彻 自身接触 接触作用 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 间隙的定义每一个面段被一个接触搜索区域包围接触搜索区域的半径就叫做间隙尺寸 接触逻辑 拉格朗日 壳单元 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 任何进入一个面断的接触搜索区域节点将受到一个反作用力 这个力的大小与该点进入接触搜索区域的深度成比例 3D中的接触搜索区域 F R R R R F F 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 3D中的接触搜索区域 分解图 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 可见间隙 2D 3D 作用面必须用间隙尺寸分开 可见 内部间隙 内部间隙 仅仅2D 不推荐 作用面可能处于接触中 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 外部间隙 2D 3D 最大间隙尺寸为所有作用面中最小边的一半内部间隙 仅仅2D 不推荐 最大间隙尺寸为所有作用面中最小单元尺寸的一半 最大间隙尺寸 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 如果只用点 面接触 有可能会接触失效 这是就需要edge edge接触 在Lag Lag作用菜单上选择 增加计算时间 Edge Edge接触 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 Edge Edge接触 梁 壳 拉格朗日 WhatareEdges 2020 3 24 拉格朗日 拉格朗日接触 这个选项用来定义自身接触 相应会增加计算时间 自身接触 当求解壳单元结构的时候 推荐设置间隙尺寸为壳单元厚度的一半比较好 壳单元 2020 3 24 侵蚀 通过删除退化单元和严重变形单元 避免拉格朗日网格的重新分区 侵蚀单元的内能被丢弃 侵蚀单元的质量和动量可以被保留 也可以丢弃 所有的材料模型都能与失效模型结合求解 侵蚀是一个非物理过程 2020 3 24 侵蚀 带侵蚀作用 Surfacefaces 表面节点 PartA PartB 2020 3 24 侵蚀 Surfacefaces 自由节点 Erode