Ansys_AUTODYN计算求解一般步骤中文解析ppt课件

1、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

2、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)

3、Single phase、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、Perfectly plastic、Strain hardening、Pressure hardening、Strain-rate hardening、Thermal softening、Orthotropic 失效模型（材料失效标准） Plastic Strain 、Tensile Pressure、Principal Stress/Strain、Orthotropic Stress/Strain、

4、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(4340 STEEL)。 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： SHOCK EOS: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)

5、 、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

6、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-alpha EOS(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：,Ideal Gas 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

7、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 Miller Extension 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

8、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: 2.5 km/s 3.0 km/s 2.5 km/s没有冲击引爆； 3.0 km/s时，冲击引爆。,一般问题的分析步骤第二步 定

9、义材料(续),Lee-Tarver 状态方程,2.5 km/s,3.0 km/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。,Slow Burn 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,

10、17,一般问题的分析步骤第二步 定义材料(续),None Elastic Von-Mises Viscoelastic Johnson-Cook Piecewise-JC Zerilli-Armstrong Steinberg-Guinan,材料强度类型,Cowper-Symonds Drucker-Prager MO-Granular Johnson-Holmquist RHT-Concrete Beam-Pesistance Orthotropic Yield Crushable Foam (Iso) User Strength#1,18,一般问题的分析步骤第二步 定义材料(续),大应变、

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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：Slow Burn + Compaction 固体状态方程、用户定义状态方程 无孔： Slow Burn + 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%)： Orthotropic with Polynomial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

16、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： von Mises 应变硬化、应变率敏感、熔化：Johnson-Cook Steinberg-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)； Hydr

17、odynamic：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 Part wizard 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,Part wizard 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 Component 对