AUTODYN基础教程三.ppt

1、2020/7/29,ANSYS AUTODYN 基础教程三,2020/7/29,基础培训三,1、欧拉求解器 2、起爆设置 3、 流固耦合,2020/7/29,AUTODYN 求解器类型,Lagrange Euler ALE,SPH Shell Beam,2020/7/29,欧拉求解器,网格固定在空间，材料通过单元流动； 通常用于液体、气体和大变形物体。 带强度的多物质欧拉求解器(Euler-Godunov)： 材料从一个单元传输到另一个单元; 单元包含多种物质; 用于 2D 网格和 3D 正交网格。 EULER-FCT (Flux Corrected Transport) 求解器用于冲击波分析

2、： 高精度的 2D 和 3D； 用于 2D 和 3D 正交网格； 单物质 (理想气体)。,T=0.0,T0.0,2020/7/29,70% red material in central cell 30% blue material in central cell,多物质欧拉求解器,材料传输 General Volume Of Fluid Method (VOF),2020/7/29,多物质欧拉求解器,材料传输 Simple Line Interface Calculation (SLIC),Left cell Central cell Right cell,2020/7/29,能量守恒 状态

3、方程,动量守恒,传输,初始条件,单元质量、动量和能量,单元密度、应变率,单元压力和内能,单元偏应力,面力,节 点 加 速 度,节 点 速 度,外力 (边界条件),多物质欧拉求解器,2020/7/29,多物质欧拉求解器,指标空间方式； 多 Part 方式； 物理空间方式； 另外的填充方式。,填 充 材 料,2020/7/29,多物质欧拉求解器,指标空间填充：,Block通过块来填充材料； Unused通过块来删除材料。,填 充 材 料 (2D和3D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,选择一种网格类型中的单个或多个Part 进行填充； 选择材料； 填充密度； 填充内能； 速度。,多 Part

4、 填充：,填 充 材 料 (2D和3D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,矩形填充： 通过两个点的坐标来围成矩形； 选择里面还是外面； 选择材料； 填充密度； 填充内能； 填充速度。,物理空间填充：,填 充 材 料 (2D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,四边形填充： 通过四个点的坐标来定义四边形； 选择里面还是外面； 选择材料； 填充密度； 填充内能； 填充速度。,物理空间填充：,填 充 材 料 (2D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,椭圆填充： 通过中心点坐标和XY半轴定义四边形； 选择里面还是外面； 选择材料； 填充密度； 填充内能； 填充速度。,物理空间填充：,填

5、 充 材 料 (2D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,抛物线填充： 通过系数ABC定义抛物线； 选择里面还是外面； 选择材料； 填充密度； 填充内能； 填充速度。,物理空间填充：,填 充 材 料 (2D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,半边填充： 通过定义两点定义半边； 两点以上的半边为填充区域； 选择材料； 填充密度； 填充内能； 填充速度。,物理空间填充：,填 充 材 料 (2D),2020/7/29,多物质欧拉求解器,Part Fill 填充方式： Select Part to fill current Part； Material to be replaced。,另外的

6、填充方式：,填 充 材 料 (2D和3D),2020/7/29,填充的欧拉网格,2D 多物质单元填充方式： 使用Part Fill 填充方式来填充复杂的形状：,多物质欧拉求解器,拉格朗日 Parts,填充材料例子(2D),2020/7/29,使用Part Fill 填充复杂的形状：,拉格朗日 Parts,填充的欧拉材料位置,多物质欧拉求解器,填充材料例子(3D),2020/7/29,欧拉求解器,对于在边界条件上的欧拉单元，缺省的边界条件是刚性墙 (没有流动，速度 = 0.0)； 空单元网格同样需要定义边界条件。,欧拉边界条件,空单元,填充单元,缺省边界,2020/7/29,欧拉求解器,流入 (

7、P, , e 0)边界条件： 流入速度； 流入压力； 流入密度； 流入能量； 参考材料。,欧拉流动边界条件,2020/7/29,欧拉求解器,流出 (P = = e = 0)边界条件： 仅仅设置参考材料(2D和3D)； Reverse flow(仅仅 2D)； 如果流出边界条件仅仅 是近似的，不要在关心 的区域施加。,欧拉流动边界条件,2020/7/29,高速射流侵彻靶板； 空区域用来便于材料流动； 大变形； 边界条件用来减小模型尺寸； 材料强度。,多物质欧拉求解器,铜射流侵彻钢板 (2D 轴对称),2020/7/29,多物质欧拉求解器,高能炸药在充满空气的圆柱中爆炸； 刚性边界； 网格的质量影

8、响求解的结果精度。,圆筒爆炸 (2D 轴对称),2020/7/29,多物质欧拉求解器,成型装药射流 (2D 轴对称) 侵彻装甲板,2020/7/29,多物质欧拉求解器,成型装药射流形成/侵彻 (3D),2020/7/29,多物质欧拉求解器总结,优势： 没有网格变形； 用于大变形问题； 初始分开材料的混合； 不需要重分网格； 通常较大的时间步长。,不足： 每次循环更多的计算时间； 材料流动的区域需要额外单元，网格要求高； 薄的部分需要较小的时间步长。,2020/7/29,多物质欧拉求解器,传输边界条件,流动边界条件,Vx = 7600m/s,铜,空物质,钢,空物质,多物质欧拉练习 (2D),20

9、20/7/29,Euler-FCT 求解器,用来求解物理模型设计强间断如激波阵面、接触间断面在空间的传播，向爆轰波冲击传播问题，FCT会得到高精度的结果； FCT是一种构造差分格式的方法，不是一种差分格式或某种算法； 网格固定在空间，材料通过单元面流动； FCT的基本思想：在计算中引入修正的耗散项，使耗散被限制在非物理振荡的区域，控制数值耗散与数值色散效应。,2020/7/29,Euler-FCT 求解器,无粘性流体流动； 单理想气体物质； 与拉格朗日耦合求解； 与 Euler-FCT 物质连接； 流入和流出边界条件； 映射到 Euler-FCT； 可以用 Euler 或 Euler-FCT

10、求解器相互转换求解。,Euler-FCT 特点,2020/7/29,映射,爆炸冲击波对建筑物的冲击 1D-2D-3D欧拉映射,2020/7/29,Euler-FCT 求解器,炸药爆炸形成球面冲击波,2020/7/29,空气中爆炸和传播； 用1D网格进行初始分析； 将1D映射到2D模型； 改变炸药的状态； 继续计算，直到爆轰波 到达建筑物； 映射2D模型到3D模型中。,Euler-FCT 求解器,爆炸冲击波对建筑物的冲击,2020/7/29,1/4 轴对称,全模型,压力云图,Euler-FCT 求解器,爆炸冲击波对建筑物的冲击,2020/7/29,Euler-FCT 求解器,建筑物中(Euler

11、-FCT)爆炸,速度,压力,2020/7/29,Euler-FCT 求解器,建筑物中(Euler-FCT)测量点,2020/7/29,Euler-FCT 总结,优势： 高精度的欧拉求解方式； 用于爆轰波传播问题，具有精度高，求解速度快。,不足： 用于单物质； 材料没有强度。,2020/7/29,基础培训三,1、欧拉求解器 2、起爆设置 3、 流固耦合,2020/7/29,高能炸药,惰性材料,初始点,初始点,有效路径,无效路径,直接路径起爆1,直接路径起爆2,起爆设置,起爆时间,直接起爆路径,高能炸药,2020/7/29,起爆点 B 没有正确计算,初始起爆点 影响的范围 #1 区域 I #2 区

12、域 II #3 区域 III,起爆设置,起爆时间,直接路径影响的范围,2020/7/29,起爆设置,如果选择直接路径(缺省)，起爆时间通过起爆点到单元中心的直线距离来计算； 如果选择间接路径，起爆路径绕过惰性材料的最短有效路径决定； 单元起爆时间通过变量 ALPHA 显示。,起爆时间,直接路径影响的范围,2020/7/29,起爆设置,间接的单点起爆,起爆时间,在阴影区域的爆炸时间精确计算,2020/7/29,在阴影区域的爆炸时间计算,起爆设置,起爆时间,间接的多点起爆,2020/7/29,起爆设置,起爆类型：2D和3D； 起爆方式： 2D：点、直线、圆环、手工设置； 3D：点、平面、圆柱面、球

13、面、手工设置。,2020/7/29,起爆设置,Delete：删除起爆设置； Review：查看起爆信息； Path：设置起爆路径方式； Plot detonation points： 在视图中显示起爆位置。,2020/7/29,起爆设置,点起爆： 设置X、Y、Z坐标； 计算开始时间或设置开始时间； 选择 Part； 使用范围。,点起爆,2020/7/29,起爆设置,线起爆： 定义两点坐标来定义一条直线； 设置开始时间； 选择 Part； 使用范围。,直线起爆,2020/7/29,起爆设置,圆环起爆： 定义圆环中心X、Y坐标； 定义圆环半径； 设置开始时间； 选择 Part； 使用范围。,圆环起

14、爆,2020/7/29,起爆设置,平面起爆： 定义平面类型； 定义平面位置； 设置开始时间； 选择 Part； 使用范围。,平面起爆,2020/7/29,起爆设置,圆柱面起爆： 定义平面类型； 定义平面位置； 设置开始时间； 选择 Part； 使用范围。,圆柱面起爆,2020/7/29,起爆设置,球面起爆： 定义平面类型； 定义平面位置； 设置开始时间； 选择 Part； 使用范围。,球面起爆,2020/7/29,起爆设置,选择 Part ； 使用范围； 设置开始时间。,手工设置起爆,2020/7/29,基础培训三,1、欧拉求解器 2、起爆设置 3、 流固耦合,2020/7/29,Proces

15、s Euler Parts,Process Lagrangian Parts,SPH,欧拉-拉格朗日耦合,2020/7/29,方式一：不用的网格,欧拉-拉格朗日耦合,欧拉网格的流动区域,2020/7/29,方式二：合适的网格(仅2D欧拉多物质),欧拉-拉格朗日耦合,欧拉网格的流动区域,2020/7/29,方式三：多边形(仅2D欧拉物质),覆盖的区域,欧拉-拉格朗日耦合,欧拉网格的流动区域,2020/7/29,方式四：自动耦合,欧拉-拉格朗日耦合,欧拉网格的流动区域,2020/7/29,多边形的使用： 欧拉-拉格朗日耦合 欧拉-刚体耦合,欧拉-拉格朗日耦合,多边形(仅用于2D),特征： 1、多边

16、形沿区域逆时针覆盖形成； 2、最后一个多边形点连接第一 个点，形成一个封闭区域。,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,欧拉施加压力给拉格朗日多边形； 拉格朗日多边形给欧拉施加流动边界； 使用精确的耦合算法(Euler 和 Euler-FCT)； 不考虑摩擦； 局部接触力通过接触段积分； 部分覆盖单元被合并-“混合”。,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,多边形耦合例子,2020/7/29,多边形通过阻挡欧拉的体和面单元来对欧拉施加流动约束,欧拉-拉格朗日耦合,多边形的流动约束,2020/7/29,耦合类型： None； 自动； 容易使用； 能用于侵蚀； 用于模型中所有的单元； 不能用于

17、壳单元。 多边形； 不能用于侵蚀； 能用于Lagrange, ALE 和 壳单元。 没有欧拉子循环。,欧拉-拉格朗日耦合,2D 模型耦合菜单,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,自 动 耦 合,拉格朗日自动与欧拉耦合 (不需要设置多边形),2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,多边形设置： New：新建多边形； Delete：删除多边形； Velocity：定义速度边界条件； Porosity：定义渗透性。,多 边 形 耦 合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,建立多边形： 通过屏幕使用Shift+鼠标右键来选取点； 选择点；增加点； 移动点； 删除点； 精确设置每个点的坐标。,多

18、 边 形 耦 合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,耦合设置： 建立/删除耦合； 选择多边形； 选择欧拉 Part。,多 边 形 耦 合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,多 边 形 耦 合,固定点 (锚),2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,速度云图,压力云图,拉格朗日,冲击波对墙的冲击变形(2D),欧拉,2020/7/29,欧拉：高能炸药 + 空气 拉格朗日：混凝土,高能炸药对混凝土的作用 (2D 轴对称),欧拉-拉格朗日耦合,2020/7/29,水 下 爆 炸 (2D 轴对称),欧拉-拉格朗日耦合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,水 下 爆 炸 (2D 轴对称),

19、2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,火箭极间的分离,在AUTODYN-2D火箭模型用壳单元； 高马赫数用Euler-FCT求解器； 流入边界条件来描述火箭推进过程。,2020/7/29,耦合类型 没有 刚性耦合 完全耦合 快速耦合 欧拉子循环 Euler-FCT Euler Godunov 厚度壳单元 Euler-FCT Euler Godunov,欧拉-拉格朗日耦合,3D 模型耦合菜单,2020/7/29,混合单元； 如果单元覆盖部分小于设定的值(缺省0.5)，覆盖单元被周围的单元混合 Euler Godunov 使用精确耦合算法； Euler-FCT 能用精确算法和近似算法； Eule

20、r Godunov 耦合和 Euler-FCT 耦合都能使用子循环； 一个 “Thickened shell” 选项用于 3D 壳单元与欧拉耦合。,欧拉-拉格朗日耦合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,拉格朗日网格通常用于固体模型； 高声速-时间步长小 欧拉网格通常用于流体的流动； 低声速-时间步长大 因此，欧拉时间步长大于拉格朗日步长； 不用子循环的话，将以拉格朗日的时间步长作为所有计算的时间步长(包括欧拉)； 太小的时间步长容易引起欧拉求解过多的耗散。,欧拉-拉格朗日子循环 (3D),2020/7/29,子循环用来优化拉格朗日和欧拉时间步长； 拉格朗日网格用小时间步长更新计算； 拉格

21、朗日用大时间步长更新计算； 使用优化时间步长可以减少耗散。,欧拉-拉格朗日耦合,欧拉-拉格朗日子循环 (3D),2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,选择流固耦合选项： 选择与欧拉耦合的拉格朗日 Part； 定义耦合厚度； 连接耦合 Part； 察看耦合设置。,3D欧拉-拉格朗日单元耦合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,壳单元在流固耦合中，定义人工厚度来进行欧拉耦合； 人工壳单元厚度必须至少是它周围欧拉单元最小尺寸的两倍； 人工厚度与物理模型的厚度是不同的。,3D欧拉-壳单元耦合,2020/7/29,壳单元,厚度壳单元,欧拉部分体积,壳单元的变形,欧拉-拉格朗日耦合,2020/7/2

22、9,爆轰压力 (范围 3500 35000 kPa),壳单元厚度 (范围 5.7 6.0mm),欧拉-拉格朗日耦合,2020/7/29,刚体：使用 Fill parts 定义模型： Fill part 生成方式与拉格朗日相同； Fill part 仅仅用来定义覆盖部分。,欧拉-拉格朗日耦合,3D刚体耦合,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,3D完全耦合-Euler FCT,2020/7/29,欧拉-拉格朗日耦合,3D完全耦合-Euler FCT,内弹道分析,2020/7/29,完全拉格朗日/ALE/壳单元欧拉； 在欧拉求解器中能用任何材料类型； 与失效和侵蚀联合使用 使用精确的耦合算法保证计算结果的可靠性； 欧拉求解器被提高。,欧拉-拉格朗日耦合,3D 完全耦合-多物质欧拉,2020/7/