东北大学ANSYS跌落过程分析

DropTestofaContainer 学科 LS DYNA分析类型 显式动力学分析使用的单元类型 SHELL163 ProblemSpecificationProblemDescriptionDefineAnalysisTypeInputGeometryDefineElementType RealConstants MaterialModelPropertiesGenerateMeshApplyLoadsObtainSolutionReviewResults 问题描述 这是一个铝盒跌落到钢板平面的动力学分析 如下所述 盒子是一个五边正方体 每边为20inch长和0 1inch厚 它已在X Y Z的每个轴向转动了450 板上部是边长100inch 厚度为0 1inch的方钢板 作用在盒子上的力仅为其只身重量 它从72inch高处落下 这是一个典型的跌落试验 问题的目的是验证ANSYS LS DYNA的显式动力学的能力 为大变形和复杂接触动力学问题 基本参数 容器和板上部的尺寸如上所述 铝合金容器的参数 Young smodulusof10 3E6psi densityof2 5E 4lbf sec2 in4 Poisson sratioof0 334 YieldStressof5 000psi Tangentmodulusof20 000psi 板是由碳钢制成 Young smodulusof30 0E6psi Densityof7 3E 4lbf sec2 in4 Poisson sratioof0 292 方法和假设 ApproachandAssumptions 在自由降落阶段 容器由于重力作用进行简单加速 为节省CPU时间 在板上方20inch处开始模拟分析 并施加200inch s的初始速度以模拟最初52inch的自由降落 200inch s的速度大致由公式Vf SQRT 2 a s 推导而来 其中Vf是最终速度 finalvelocity a是重力加速度 而s位移 空气的摩擦被忽略了 假定板上部具有刚性力学行为 而容器具有双线性运动硬化Vonmises塑性行为 bilinearkinematichardeningvonMisesplasticity 固体建模用于生成容器的3D模型 然后对其划分网格 节点和单元的直接生成 Directgeneration 用于tabletop的建模 板上部为划分成刚性单元 并仅用一个单元来表示 操作步骤 用问题描述中的信息和如下划线上的步骤自己来求解问题 或者 通过选择step1的连接用详细的交互式单步求解完成 定义分析类型 DefineAnalysisType1 Setpreferences 输入几何模型 InputGeometryReadingeometryofthecontainer 材料参数 DefineElementType RealConstants MaterialModelProperties3 Defineelementtype 4 Definerealconstants 5 Specifymaterialmodels 生成网格 GenerateMesh6 Meshthecontainer 7 Generatetabletopelements 8 Createcontainercomponent 9 Createtabletopcomponent 10 Specifycontactparameters 施加载荷 ApplyLoads11 ApplyinitialVelocitytothecontainer12 Applyaccelerationtothecontainer 获得解 ObtainSolution13 SpecifyOutputControls14 Solve 查看结果 ReviewResults15 Animatestresscontours16 Animatedeformedshape17 ExittheANSYSprogram 操作步骤 1 定义preferences 首先设定Preferencesinordertofilterquantitiesthatpertaintothisdisciplineonly 1 MainMenu Preferences2 check Individualdiscipline s toshowintheGUI Structural3 check Disciplineoptions LS DYNAExplicit4 OK 续 1 4 输入几何模型1 4 1 Step2 读入容器的几何结构通过读入包括容器模型的文件来开始模拟 1 UtilityMenu File ReadInputfrom 2 Filename container inpUNIXversion ansys inc v90 ansys data models container inpPCversion ProgramFiles AnsysInc V90 ANSYS data models container inp3 OK 2 定义材料性能 1 5 定义单元类型 实常数和材料模型性能1 5 1 Step3 定义单元类型因为模型是具哟薄壁厚的容器撞击板的 选用壳 shell 单元模拟物理模型 为更精确的结果 显式的薄壁结构壳元SHELL163用于选择的单元 这种4节点单元用于平面和常规载荷 1 MainMenu Preprocessor ElementType Add Edit Delete2 Add 3 LS DYNAExplicit leftcolumn 4 ThinShell163 rightcolumn 5 OK 现在 设定S RcorotationalHughes Liu单元公式以减少模型沙漏模型 hourglass 6 Options 7 dropdown ElementFormulation S Rcorotation8 OK 9 Close 续 1 5 2 Step4 定义实常数下一步 通过定义恰当的实常数来定义壳单元的厚度 1 MainMenu Preprocessor RealConstants2 Add 3 OK todefinerealconstantsetforSHELL163 注意 因为没有给定积分点的输入位置 No ofintegrationpts 使用的缺省值为2 为本教程的验证目的 缺省值2已经足够 然而 对于大多数的非线性分析 NIP值应当大于2 4 如果单元是均匀厚度 只需定义节点1处的厚度 在本例中 设定 Thicknessatnode1 0 1 5 OK 6 Close 续 1 5 3 Step5 设定材料模型现在为接触和目标表面设定材料模型 1 MainMenu Preprocessor MaterialProps MaterialModels2 双击 LS DYNA 然后 RigidMaterial 来设定TableTop 并设为 MaterialModelNumber1 3 DENS 7 3e 44 EX 30e65 NUXY 0 2926 下拉 TranslationalConstraintParameter Alldisps 7 下拉 RotationalConstraintParameter Allrotations8 OK 9 Material NewModel来为容器设定材料模型 并指定为 MaterialModelNumber2 10 DefineMaterialID 211 OK 12 双击 Nonlinear then Inelastic then KinematicHardening then BilinearKinematic 13 DENS 2 5e 414 EX 10 3e615 NUXY 0 33416 YieldStress 500017 TangentModulus 2000018 OK 19 Material Exit20 Toolbar SAVE DB 划分网格 1 6 生成网格1 6 1 Step6 Meshthecontainer 在显式求解中 例如ANSYSLS DYNA 分析时间高度依赖于模型中的最小单元 因此 为得到精确的结果 应采用均匀尺寸的单元 在本例中 采用缺省的单元尺寸 这里在容器的每个面上给出3x3的网格 1 MainMenu Preprocessor Meshing MeshTool2 dropdown ElementAttributes Global then Set 3 dropdown Materialnumber 24 OK 5 dropdown Mesh Areas6 check Mapped 7 Mesh 8 PickAll 9 Toolbar SAVE DB 续 1 6 2 Step7 生成板面单元现在通过 DirectionElementGeneration 划分tabletop的网格 tabletop被定义成刚性表面 因此在该表面仅需定义一个单元 通过定义其四个角部节点生成该模型 然后从这些节点建立单元 1 UtilityMenu PlotCtrls Pan Zoom Rotate2 Obliq 3 Close 4 UtilityMenu PlotCtrls Numbering5 check Nodenumbers On6 OK 7 dropdowninMeshTool ElementAttributes Global then Set 8 dropdown Materialnumber 19 OK 10 Close MeshTool 续 11 MainMenu Preprocessor Modeling Create Nodes InActiveCS12 Nodenumber Leaveblanksoitdefaultstothenextavailablenodenumber 13 XYZLocationinactiveCS 50 20 5014 Apply 生成远方左角点的节点 15 XYZLocationinactiveCS 50 20 5016 Apply 生成近处左角点的节点 17 XYZLocationinactiveCS 50 20 5018 Apply 生成远方右角点的节点 19 XYZLocationinactiveCS 50 20 5020 OK 生成远方右角点的节点 现在生成单元 21 MainMenu Preprocessor Modeling Create Elements AutoNumbered ThruNodes22 按反时针方向 点取刚刚生成的四个节点 23 OK 24 UtilityMenu Plot Elements 生成容器部件 1 6 3 Step8 Createcontainercomponent 大多数的接触算法要求接触参数 它们可以是components partIDs 或partassemblyIDs 在本例中 由容器的节点产生component 1 UtilityMenu Select Entities2 firstdropdown Elements 3 seconddropdown ByAttributes 4 check Materialnum 5 Min Max Inc 26 Apply 7 firstdropdown Nodes 8 seconddropdown Attachedto 9 check Elements 10 OK 定义部件 11 UtilityMenu Select Comp Assembly CreateComponent12 Componentname BOX13 dropdown Componentismadeof Nodes14 OK 15 UtilityMenu Plot Nodes16 UtilityMenu Select Everything 生成TableTop组件 1 6 4 Step9 生成tabletopcomponent 现在 生成由tabletop的节点组成的组件 1 UtilityMenu Select Entities2 firstdropdown Elements 3 seconddropdown ByAttributes 4 check Materialnum 5 Min Max Inc 16 Apply 7 firstdropdown Nodes 8 seconddropdown Attachedto 9 check Elements 10 OK 续 11 UtilityMenu Select Comp Assembly CreateComponent12 Componentname TABLE13 dropdown Componentismadeof Nodes14 OK 15 UtilityMenu Plot Nodes16 UtilityMenu Select Everything17 Toolbar SAVE DB 定义接触参数 1 6 5 Step10 Specifycontactparameters 在已知接触行为的分析中 为得到最好的结果应选择恰当的接触算法 然而这方面问题的本质 接触条件可能是无法预测的 为此 通过选择自动面 面接触 程序能自动地调整以适应模拟中的变化 1 MainMenu Preprocessor LS DYNAOptions Contact DefineContact2 ContactType SurfacetoSurf leftcolumn Automatic ASTS rightcolumn 3 OK 4 dropdown ContactComponentorPartno BOX5 dropdown TargetComponentorPartno TABLE6 OK 7 Toolbar SAVE DB 施加载荷 1 7 施加载荷1 7 1 Step11 在容器上给出初始速度1 MainMenu Solution InitialVelocity OnNodes w NodalRotate2 dropdown Inputvelocityoncomponent BOX3 GlobalY component 2004 OK 在瞬态动力学分析中 载荷必须定义为分析的过程 durationoftheanalysis 为此生成包括这个数据的列阵 Array 5 UtilityMenu Parameters ArrayParameters Define Edit6 Add 7 Parametername TIME8 OK 9 Edit 10 1 011 2 1 12 File Apply Quit13 Add 14 Parametername ACCG15 OK 16 highlight ACCG 17 Edit 18 1 386 419 2 386 420 File Apply Quit21 Close 施加加速度于容器 1 7 2 Step12 Applyaccelerationtothecontainer 1 MainMenu Solution LoadingOptions SpecifyLoads2 LoadLabels ACLY3 dropdown ComponentnameorPARTnumber BOX4 dropdown Parameternamefortimevalues TIME5 dropdown Parameternamefordatavalues ACCG6 OK 求解控制 1 8 ObtainSolution1 8 1 Step13 设定输出控制 1 MainMenu Solution TimeControls SolutionTime2 TerminateatTime 1 03 OK 4 MainMenu Solution OutputControls FileOutputFreq NumberofSteps5 SpecifyResultsFileOutputInterval 506 SpecifyTimeHistoryOutputInterval 507 OK 8 MainMenu Solution AnalysisOptions EnergyOptions9 OK toturnonallenergyoptions10 Toolbar SAVE DB 1 8 2 Step14 Solve 1 MainMenu Solution Solve2 查看状态窗口的信息 然后选择 File Close Windows orClose X11 Motif toclosethewindow 3 OK 进行初始求解 注意 Averificationwindowwillappeartonotifyyouofawarningmessage Thiswarningwasgeneratedduetoconstrainingthetabletopbydefiningitasarigidelementratherthanusingdegreesoffreedomconstraints Thereforethewarningcanbeignored 4 Yes 5 Close 求解 查看结果 1 9 ReviewResults1 9 1 Step15 Animatestresscontours 1 UtilityMenu Plot Elements2 UtilityMenu PlotCtrls Pan Zoom Rotate3 Front 4 Close 5 UtilityMenu PlotCtrls Numbering6 check Nodenumbers Off7 OK 8 MainMenu GeneralPostproc ReadResults Firstset9 UtilityMenu PlotCtrls Animate O