LS—DYNA入门提高(1)

ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-1欢迎!•欢迎使用ANSYS/LS-DYNA显式动力学培训手册!•这个培训课程包括将ANSYS前后处理器和LS-DYNA显式求解器有效结合起来完成高度非线性及瞬态分析的过程。同时ANSYS隐式求解器可以与LS-DYNA显式求解器一起使用来扩展应用范围。•假设使用者已经了解ANSYS中基本的静态非线性和动力学分析过程，如金属塑性分析，接触及瞬态现象，及基本的建模和网格划分技术，如选择逻辑的概念。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-2培训安排第1天概述、单元、part定义第2天载荷边界、求解控制、后处理第3天材料、接触第4天重启动、显式－隐式连续求解、隐式－显式连续求解第5天跌落分析、总结、讨论ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-3培训目标和方式•培训目标:–判断问题属于显式求解或隐式求解的能力。–熟练利用ANSYS/LS-DYNA完成显式动力学分析的过程。–获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验•培训方式:–培训手册和习题集是这套幻灯的拷贝文档。–习题集的练习用来强化每一章所学习的内容。概述第1-1章ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-5概述本章目标•本章包括显式动力学和ANSYS/LS-DYNA程序的背景、应用、理论以及概述。•主题:A.什么是ANSYS/LS-DYNA?B.ANSYS/LS-DYNA的应用C.隐式和显式方法的比较D.临界时间步E.文件系统F.习题ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-6概述A.什么是ANSYS/LS-DYNA?•显式动力学有限元程序的基本目标•用来求解高度非线性瞬态动力学问题–对大范围的接触类型有效–丰富先进的材料模型–强大的大变形分析能力•ANSYS和LS-DYNA程序的无缝结合–将LS-DYNA求解器完全集成到ANSYS程序中–所有的前后处理使用ANSYS标准格式–GUI完全类似于通用ANSYS程序–支持隐式－显式顺序求解能力ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-7概述…什么是ANSYS/LS-DYNA?•完美的显式和隐式求解技术的结合•ANSYS前后处理:–所有的显式动力学特定的命令有EDxx前缀–用户化ANSYSGUI能有效的执行显式问题–支持所有的固体建模和布尔操作–允许直接输入IGES,Pro/E,ACIS,Parasolid等几何模型–支持所有的ANSYS自由网格划分技术–可以使用APDL和优化设计–支持所有的通用后处理器特性和动画宏–专业的时间－历程后处理器•LS-DYNA求解器–市场上最快的显式求解器–比其他任何显式程序具有更多的特性–完全版本的LS-DYNA(带有气囊，空气包,安全带,炸药模型等)–完全版的LS-POST后处理器ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-8概述B.ANSYS/LS-DYNA的应用•防撞性分析–ANSYS/LS-DYNA适合波的传播分析:•整车碰撞•汽车部件分析•所有汽车工业的碰撞–轿车–卡车–公共汽车–火车–轮船–航行器ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-9•制造过程的模拟•深拉•液压成形•超弹成形•轧制•挤压•冲压•加工•钻•所有的这些成形过程可以利用LS-DYNA程序的质量缩放和变化工具速度功能来模拟概述…ANSYS/LS-DYNA的应用ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-10•管碰撞(ANSYSNews3/93):•带有50rad/sec旋转角速度的管的碰撞•CPU时间(SGIOctaneR12000)20秒•接触/碰撞–跌落试验–摆锤碰撞试验–喷气发动机扇片的包容性分析•大范围的接触分析类型概述…ANSYS/LS-DYNA的应用ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-11应力波的传播2500体单元.CPU时间2sec(SGIOctaneR12000)F(t)概述…ANSYS/LS-DYNA的应用•非线性屈曲•阶越屈曲•声波的传播•失效分析ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-12PUNCHDIEBLANK静态“准”静态动态结构问题金属成形碰撞问题SF=0SF0SF=ma隐式方法显式方法概述C.显式和隐式方法的比较ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-13隐式时间积分:•时间t+Dt时计算平均加速度－位移:att1ttFKuDD线性问题:–当[K]是线性时无条件稳定–可以采用大的时间步非线性问题:–通过一系列线性逼近(Newton-Raphson)来获得解–要求对非线性刚度矩阵[K]求逆–收敛需要小的时间步–对于高度非线性问题无法保证收敛概述…显式－隐式方法的比较ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-14显式时间积分•用中心差分法在时间t求加速度:其中{Ftext}为施加外力和体力矢量,{Ftint}为下式决定的内力矢量:•Fhg为沙漏阻力(见单元一章)；Fcont为接触力.•速度与位移用下式得到:inttextt1tFFMacontacthgnTFFdBFSinttttttttavvDDD2/2/2/2/ttttttttvuuDDDD其中Dtt+Dt/2=.5(Dtt+Dtt+Dt)andDtt-Dt/2=.5(Dtt-Dtt+Dt)概述…显式－隐式方法的比较ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-15显式时间积分（续）:•新的几何构形由初始构形{xo}加上位移增量获得•非线性问题:–集中质量矩阵需要简单求逆–方程非耦合，可以直接求解(显式)–无须对刚度矩阵求逆，所有非线性（包括接触）都包含在内力矢量中–内力计算是主要的计算部分–无须收敛检查–保持稳定状态需要小的时间步ttottuxxDD概述…显式－隐式方法的比较ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-16DDttcrit2max概述…显式－隐式方法的比较隐式时间积分•对于线性问题，时间步可以任意大（稳定）。•对于非线性问题，时间步由于收敛困难变小显式时间积分•当时间步小于临界时间步时稳定•其中max=最大自然角频率•由于时间步小，显式分析对瞬态问题有效ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-17•杆件的临界时间步长–自然频率:•临界时间步长:lc=ω2max其中ρEc=(波传播速度)clt=Δ概述D.临界时间步–Courant-Friedrichs-Levy-准则–Δt为波传播杆长l需要的时间注意:临界时间步尺寸由LS-DYNA自动计算。它依赖于单元长度和材料特性（音速）它很少需要用户重新定义（后面将讨论）。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-18•ANSYS/LS-DYNA在计算所需时间步时检查所有单元.为达到稳定采用一个比例系数（缺省为0.9）来减小时间步:•特征长度l和波速c取决于单元类型:clt9.0DρEc=elementtheoflength=l)-1ρ(E)LL(LmaxA2)LLL(LmaxA23214321νc=,,l=shells:triangularfor,,,,l=L1L4L3L2A壳单元:梁单元:概述…临界时间步ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-19概述E.文件系统ANSYS/SOLULS-DYNAsolvertaskWritesandsubmitsJobname.K-standardLS-DYNAASCIIinputfileANSYS/PREP7Preprocessing(database)CreatesJobname.DB-mesh,materials,loads,etc.ANSYS/POST1GeneralpostprocessingReadsJobname.RST-generalbinaryresultdataEDRST,FreqLS-POST(phase3)&ANSYS/POST26PostprocessASCIIoutputfiles-GLSTAT,MATSUM,SPCFORC,etc.EDOUT,FileandEDREAD,,FileANSYS/POST26TimehistorypostprocessingReadsJobname.HIS-selectivebinaryresultsdataEDHIST,CompandEDHTIME,FreqLS-POST(phase1)Postprocessbinaryfiles-d3plotSimilartoJobname.RSTEDRST,FreqLS-POST(phase2)Postprocesstimehistorybinaryresultsfiles-d3thdtSimilartoJobname.HISEDHIST,CompandEDHTIME,FreqExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016301-20概述…文件系统ANSYS/LS-DYNA运行过程中产生的ANSYS文件的描述:Jobname.K•在执行ANSYSSOLVE命令后自动生成的LS-DYNA输入文件•包括存在于ANSYS数据库中的几何、载荷和材料数据•ASCII输入文件100%相容于LS-DYNA版本960•能自动地通过EDWRITE命令生成:SolutionWriteJobname.KJobname.RST•与标准的ANSYS.RST类似的显式动力学结果文件•主要用来在通用后处理器ANSYSpo