Ansys_AUTODYN计算求解一般步骤中文解析ppt课件

AUTODYN计算分析基础,求解一般步骤,1,特点,商用：终点效应，LS-DYNA、AUTODYN和DYTRAN。AUTODYN更适合：应用领域：军工，DYNA民用多，汽车(接触算法)；独特的映射技术:可实现不同求解器间的转换，如Lagrange和Euler之间的相互映射；材料库：军工专用的材料库，约300种，结构材料都考虑了应变率影响；状态方程：14种，流固耦合。爆轰，炸药JWL，冲击起爆Lee-Tarver、Slow-Burn（引信点火或爆燃）独有，多种两相EOS，描述高速冲击气化现象;,2,特点（续）,特有的随机失效模式：材料整体性能的非均性，材料破坏时别于其几何上的对称性特点而表现为一种随机行为。自然破片战斗部；Euler技术：三种Euler，高精度(Euler-FCT,Euler-Godunov)，爆炸驱动、波传播、射流穿甲具优势，杵体长度、速度分布与实测吻合较好；无网格技术：SPH，高速冲击碰撞，几何空间来填充SPH粒子，方便、稳定。前后处理及求解器集成性,3,一般问题的分析步骤,第一步设置求解类型(2D、3D)、单位制用单精度来满足求解效率和内存的需要：避免出现压力低于10-6的单位制；避免出现单元质量低于10-6的单位。缺省单位：,4,一般问题的分析步骤第二步定义材料,第一种方式：材料库选择材料模型状态方程(体积改变)Singlephase、Multi-phase、Compaction、Explosive强度模型（形状改变）屈服应力与应变、应变率和温度等之间的关系Hydrodynamic、elastic、Perfectlyplastic、Strainhardening、Pressurehardening、Strain-ratehardening、Thermalsoftening、Orthotropic失效模型（材料失效标准）PlasticStrain、TensilePressure、PrincipalStress/Strain、OrthotropicStress/Strain、Damage材料很大程度依赖于使用领域和可得到的材料数据原则：材料模型尽可能简单,5,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),Linear状态方程：假设压力与内能无关，密度变化小，过程可逆(等熵)，常用于固体(4340STEEL)。K体积模量，压缩比；材料数据少，但是大的压缩情况不太精确。Polynomial状态方程(water)拉伸：压缩：SHOCKEOS:copper“状态方程”基本假定:容变律与畸变律解耦；忽略体积粘性。,6,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),一些带孔的材料，变形过程中孔破裂导致不可逆转的体积变形，粉末(用来加工成型用的金属粉末)、混凝土、土壤要求EOS：既允许不可逆转的气孔破裂，也能计算初始的弹性体积变形和最后的材料状态。使用三种状态方程来描述：Porous、Compaction、P-Alpha,7,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),压缩路径通过密度和压强的十个分段线性函数的值描述；弹性加载/卸载的斜度是初始声速和完全压实后声速的线性插值。,Porous状态方程(泡沫等减震隔爆),8,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),是porous状态方程的扩展，允许更多的对弹性加载/卸载的斜度的控制；弹性声速是密度的函数(优于用线性插值)。,Compaction状态方程,9,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),完全压缩材料用Linear、Polynomial或者Shock状态方程来定义；塑性压缩路径基于一个幂函数，用户可以定义。,P-alphaEOS(混凝土、陶瓷等人工脆性材料),10,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),方程形式：,IdealGas状态方程(空气、爆炸产物后期),其中：=理想气体常数，=密度Pshift=初始压强，e=内能说明：Pshift用来定义小一个初始压强，避免出现数值计算问题。,11,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),用来描述炸药爆轰产物迅速膨胀(爆炸和膨胀阶段)；JWL状态方程是一经验公式，数据来源于物理(圆筒)实验；状态方程适用于大多数高能炸药(含铝除外)；爆轰产物的气体压强由下面公式给出：其中A、B,、R1、R2、w是经验导出常数，=密度，=参考密度，h=r/r0，e=内能。自动转成理想气体状态方程,JWL状态方程（炸药爆炸）,12,Q=附加的比能,a=能量释放常数,m=能量释放指数,n=压力指数,JWL状态方程MillerExtension非理想炸药，比如包含有铝(Al)或高锰酸铵(AP)，铝(Al)或高锰酸铵(AP)颗粒燃烧后会释放出更多的能量Miller模型表达了这种能量释放,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),13,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),点火和生长模型用来描述炸药的初始阶段；假设：点火开始于局部过热点，从这些点向外开始生长；Lee-Tarver状态方程有下面的三个基本部分组成：对于惰性炸药的一个状态方程(用Shock或JWL形式)；用JWL状态方程描述反应的爆炸产物；反应率方程描述燃烧的点火、生长和完成。,Lee-Tarver状态方程(冲击起爆),14,Steel-HE-Steel靶；铜弹碰撞速度:2.5km/s3.0km/s2.5km/s没有冲击引爆；3.0km/s时，冲击引爆。,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),Lee-Tarver状态方程,2.5km/s,3.0km/s,15,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),描述炸药在不引爆情况下的慢燃(爆燃)过程：爆炸物质以预定义的燃烧速度点火；起爆由时间决定。随后的爆炸物质以下定义的速率燃烧：F是材料的燃烧尺寸；G,c,h(P)是用户输入参数。线性或压缩固体状态方程JWL状态方程用于爆炸产物用于拉格朗日和SPH求解器。,SlowBurn状态方程,16,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),用户自定义状态方程子程序EXEOS定义通过公共块使用其它的变量提供子程序构架,用户自定义状态方程,17,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),NoneElasticVon-MisesViscoelasticJohnson-CookPiecewise-JCZerilli-ArmstrongSteinberg-Guinan,材料强度类型,Cowper-SymondsDrucker-PragerMO-GranularJohnson-HolmquistRHT-ConcreteBeam-PesistanceOrthotropicYieldCrushableFoam(Iso)UserStrength#1,18,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),大应变、高应变率和高温度的材料，用于高速碰撞或爆炸引起的材料变形。这种材料屈服应力为：,Johnson-Cook模型,其中，为有效塑性应变；为有效塑性应变；A、B、C、n、m和为材料常数。,19,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),包括压强对屈服应力和剪切模量的影响与应变率没有直接的关系在整个计算过程中应变率非常高(大于105/秒),Steinberg-Guinan强度模型,其中，为有效应变率；T为温度(K)；为压缩比。,20,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),常用于干土、沙子、岩石、混凝土和陶瓷等材料。压强硬化10点分段屈服应力-压强曲线密度硬化10点分段屈服应力-密度曲线剪切模量变量10点分段剪切模量-密度曲线,MO-Granular强度模型,21,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),用于易碎的材料，比如玻璃、陶瓷等；易碎的材料屈服于大应变，高应变率和高压强；组合塑性损伤模型；材料屈服是由于微裂纹生长代替了断层运动(金属塑性)；由于有效塑性应变，损伤会累积。,Johnson-Holmquist模型,22,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),大多数材料在失效之前，仅能抵挡较小的拉伸应力和(或)应变；有许多方式来判定是否失效：单元的失效行为既可以是瞬时的，也可是累积造成的。,失效模型,23,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),当压力低于静水拉伸压力临界时，发生体积失效。这可以用来描述材料的断裂或气穴现象。,压强,静水拉伸压强临界,时间,Hydro失效(Bulk),24,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),当有效塑性应变超过输入的临界应变值时，发生体积失效，这可以用来描述易延展性材料失效。,应变失效(Bulk),应力,EPS,临界应变,25,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),失效标准：影响因素：,Johnson-Cook破坏/损伤模型,当D=1.0材料开始失效；用于OFHC铜、装甲钢、4340号钢等。,26,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),用于对称载荷和对称几何情况；材料的细微缺陷地方就是失效和断裂初始的地方；采用材料应力/应变随机失效的方法：每一个单元有不同的失效应力/应变；模拟材料本身的缺陷。Mott分布表示材料的失效应力/应变的不一致性。可模拟破片战斗部自然破片的质量和尺寸空间分布情况。,随机失效,27,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),Mott应变失效分布：P是失效概率C和是常数,随机失效,由用户定义C通过计算得到分布类型：Fixed每一时刻相同Random-任意可用于许多材料的失效模型,失效概率,失效应变,28,一般问题的分析步骤第二步定义材料(续),破片分析,29,选材总结状态方程总结,活性各向同性固体/气体(高能炸药、燃烧粉末、反应气体等等)爆炸以相同速度爆炸：JWL状态方程爆轰的开始和传播与当地材料情况有关：Lee-Tarver状态方程爆燃过程多孔：SlowBurn+Compaction固体状态方程、用户定义状态方程无孔：SlowBurn+Linear固体状态方程，用户定义状态方程,30,选材总结状态方程总结,惰性各向异性固体(复合材料、包金箔材料等)；小压缩(1%)：OrthotropicwithPolynomial或Shock状态方程其它用户自定义。,31,选材总结强度模型总结,惰性气体：None惰性各向同性固体(金属、聚合物、混凝土、地质材料等)应变率依赖弹性：Viscoelastic应变率不依赖弹性(无塑性)：Elastic弹塑性材料没有硬化：vonMises应变硬化、应变率敏感、熔化：Johnson-CookSteinberg-Guinan、Zerilli-Armstrong、Piecewise-JC弹性易碎材料仅仅压强硬化：Druker-Prager、Mo-Granular无孔：Johnson-Holmquist有孔：RHT-Concrete,32,选材总结失效模型总结,惰性气体：None；惰性各向同性固体(金属、聚合物、混凝土、地质材料)；Hydrodynamic：Hydro(Pmin)；弹塑性材料；易碎材料/碎片：主应力(+碰撞软化)易延展材料：有效塑性应变、主应变、主应力弹性易碎材料；拉伸断裂失效：主应力/应变(+碰撞软化)剪切损伤：JH2、RHT、累积损伤模型,33,一般问题分析步骤,常用于对初始速度的设置,第三步定义初始条件,34,一般问题分析步骤,不同的求解器有相适应的边界条件,第四步定义边界条件,35,一般问题分析步骤,一、选择求解器二、对于Definition有两种方式：Manual和Partwizard大多数求解器两种方式都可以；对于Shell(2D)求解器使用Manual，Shell(3D)两种都可以；SPH求解器,第五步建立模型,36,一般问题分析步骤,Partwizard方式三步曲(形状、网格和材料),第五步建立模型,37,一般问题分析步骤,Manual方式三步曲(网格、形状和材料),第五步建立模型,38,一般问题分析步骤,边界条件的施加/删除测量点的添加/删除ALE运动的施加求解器的调整IJK范围的调整模型的激活与抑制模型重命名,第六步模型相关操作,用Part构成Componen