Ansys序列求解及跌落分析簡述

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

序列求解——是一種將隱式(ANSYS)和顯式(ANSYS/LS-DYNA)求解方法綜合使用的分析技術。在需要序列求解的問題中,為了獲得最后的結果,顯式分析的結果被輸入模型中(或相反)。

進行序列求解原因:
有些工程問題過程十分復雜,包括動態和靜態兩個階段(如:壓力容器在跌落測試之前的初始環向應力或金屬成形之后的線性回彈)。
顯式技術適合于求解非線性動態碰撞問題,不適于求解自然現象中的靜力階段。而隱式方法最適合于求解靜態或準靜態的問題。
將兩者的求解器聯合使用是一個特別強大的工具。

顯式-隱式序列求解是首先使用ANSYS/LS-DYAAN程序進行動力求解,然后將變形后的幾何形狀和應力輸入ANSYS隱式分析中,通過給定的合適的邊界條件進行后續求解。

——顯式-隱式求解技術當前僅能用于殼單元。
——在分析顯式部分,SHELL163被使用,然后顯式結果被輸入到SHELL181隱式單元。
——為了阻止剛體運動在隱式分析中必須指定合適的約束條件。
——顯式-隱式序列求解的主要目的是模擬回彈。

回彈——在金屬成形過程中,回彈被定義為變形部件(板料)離開模具后的空間變化,回彈是由于線彈性卸載而引起的。在成形時,當板料和模具接觸時彈性能被儲存在板材中,當成形壓力被移走后,彈性能被釋放,導致板料朝著它原始的方向變形或回彈。

執行一個顯式-隱式序列求解需九個基本步驟:
1,求解分析的顯式部分。
2,進入隱式求解器,改變當前的作業名。
3,將顯式單元轉變成具有適當屬性的隱式單元。
4,關閉隱式單元形狀檢查。
5,將隱式單元的幾何形狀修改為顯式求解后的變形形狀。
6,不選擇隱式求解所不需要的單元(僅保留非剛體的SHELL181單元)。
7,重新定義邊界條件。
8,輸入來自顯式分析的應力(單元膜力)和厚度。
9,求解分析的隱式部分。

步驟1:求解顯式

——在考慮回彈效應的成形模擬中,必須用SHELL163單元來模擬板料。
——確保用于模擬板料的殼單元的厚度是真實的。
——為了加速整個模擬世界增加沖頭速度。
——在進行隱式求解之前驗證顯式分析的結果。
——在顯式求解完成之后利用時間歷程后處理器來確保沒有不期望的動態影響留在板料中。
——在退出顯式分析之前,將數據庫另存.db。

步驟2:改名

——將當前的工作名改為jobname2并保存數據庫。
——如沒有進行此操作,在完成隱式求解后顯式結果(jobname1.rst)將被覆蓋。

步驟3:轉換單元

——在ANSYS中,存在相對應的單元類型,當進行序列求解時,為了得到最后的結果,所有的被分析的單元必須轉換成與它們相對應的單元。Explicit type——Implicit type
如:LINK160——LINK8,BEAM161——BEAM4,SHELL163——SHELL181,SOLID164——SOLID45,COMBI165——COMBIN14,MASS166——MASS21,LINK167——LINK10.
——通過element type>swith elem ype 即ETCHG,ETI命令所有的顯式單元被自動的轉換為隱式單元。
——轉換單元時,可能需要改變隱式部分的單元屬性(如關鍵字)。
——一般來講,單元厚度等實常數SHELL181不需要重新定義,它們已經由顯式結果讀入。
——在隱式分析階段,只能激活線彈性材料特性,因此在顯式分析部分板料使用的塑性材料特性必須被刪除。

步驟4:關閉單元形狀檢查

——在顯式求解期間,成形過程中板料單元可能承受著極大的變形,既然單點積分顯式單元比隱式單元更適于大變形,為了得到結果應該關閉單元的形狀檢查功能。
——使用SHPP,OFF命令關閉單元的形狀檢查。Preprocessor:Checking Controls>shape checking

步驟5:修改隱式單元幾何形狀

——隱式回彈分析的起點實顯式求解的最后變形形狀。
——為了將顯式分析所得到的板料的變形形狀傳給隱式分析,使用UPGEOM命令。為了修改幾何形狀,在UPGEOM命令中必須指定顯式結果文件名和相應的載荷步及子步。Preprocessor:Update geometry...

步驟6:移走不需要的單元

——對于大多數成形分析,在顯式求解階段沖頭和模具都使用了實體或剛性單元。因為在分析的回彈部分不需要這些單元(可能導致收斂困難),在進行隱式求解之前,它們應該被反選掉。
——既然在顯式分析中大多數實體單元都有一個具有唯一材料號的PARTID,根據材料屬性來反選單元通常是最容易的。Utility Menu:Select>Elements>By Attributes

步驟7:重新定義邊界條件

——在顯式分析階段,成形期間板料不需要定義約束。
——對于隱式求解為了阻止剛體運動在所有的方向都需要約束。
——為通過隱式方法求解回彈,需在工件增加消除剛體運動的六個自由度的約束。

步驟8:輸入應力

——隨同修改的幾何形狀(setp5),使用PIMPORT命令從顯式結果中輸入應力(單元力和力矩數據)和殼單元厚度。
——主要變形積分點的厚度在輸入之前被平均I并將覆蓋由實常數所定義的厚度。
——與UPGEOM命令一樣,PIMPORT命令需要指定顯式結果文件名,載荷步及子步。Solution:Loads-Apply>structural-other>import stress...

步驟9:進行隱式求解

——在進行隱式回彈求解之前,應該打開幾何非線性開關,因為在隱式求解的開始板料一般都由一個高度變形的幾何形狀。
——確保求解控制被設置為on也是重要的。

隱式-顯式序列求解是指使用隱式求解器得到模型的初始應力,然后在顯式動力分析之前將它們加到結構上,初始的應力通常叫做“預載荷”,當它們的影響被分析結構的動力響應包含于顯式分析中。

——隱式-顯式求解技術能用于任何ANSYS/LSDYNA單元(單元160-167)和與它們對應的隱式單元。
——在隱式分析階段,僅用于顯式求解的單元應被完全約束住。
——許多使用ANSYS/LS-DYNA進行分析的結構受有預載荷。如果不能確定預載荷是否影響系統的動態響應,進行隱式-顯式序列求解。
——不像顯式-隱式求解被局限于金屬成形過程,隱式-顯式過程能廣泛用于初應力影響動態響應的工程問題中。如:旋轉機械,壓力容器,螺絲連結,包含加工預載荷的部件。
——在隱式-顯式求解中,來自ANSYS隱式求解的節點位移和轉動被自動寫到ANSYS/LSDYAN動力松弛文件中(drelax)。
——隱式-顯式序列求解的隱式部分僅能用于小應變和線性材料。

隱式-顯式序列求解需要8個基本步驟:
1,進行隱式求解。
2,為進行顯式求解改變當前的作業名。
3,將隱式單元轉換為與之對應的具有適當屬性的顯式單元(關鍵選項,實常數,材料特性等等)
4,移去進行隱式分析時所加的附加載荷。
5,將來自隱式分析的節點結果寫到動力松弛文件中。
6,使用動力松弛文件初始化用于顯式分析模型的幾何形狀。
7,給顯式分析施加另外的載荷條件。
8,進行顯式求解。

步驟1:隱式分析

——進行隱式分析時,最好采用與顯式單元對應的單元類型。這些單元包括:LINK8,BEAM4,SHELL181,COMBIN14,MASS21和LINK10。雖然可以使用其他單元,但使用這些對應的單元時,由隱式對顯式最容易。
——如果在隱式求解時使用了非對應單元,它們必須與將轉換的顯式單元由相同的節點數,因此不應該使用有中節點的單元。
——在隱式求解中,所有在顯式分析中使用的節點和單元都必須被定義。這些附加單元(例如:在鳥撞分析中的鳥或跌落中的剛性地面)的所有自由度都應被約束足以使它們不成為隱式分析的一部分。
——隱式分析應該是線性的,將作為預載荷施加到顯式分析的單元結果應該是小應變。
——隱式求解應該是與路徑無關的線彈性材料。
——來自隱式分析的溫度結果當前不能用于顯式分析。
——在退出隱式分析前將數據庫儲存。

步驟2:改名

——將當前的作業名改為jobname2,然后保持數據庫jobname2.db。如果沒有此操作,在完成顯式求解后,隱式結果文件(jobname1.rst)會被覆蓋。

步驟3:改變單元類型

——如果在隱式分析時所用的所有單元都是與顯式分析相對應的單元,通過執行ETCHG,ITE,(Preprocessor:element type>switch elem type...)它們會自動轉換為顯式單元。
——在執行ETCHG命令時,隱式分析所使用的非對稱單元將不會自動轉換。必須使用EMODIF命令進行人工轉換。(Preprocessor move/modify>elements modify attrib..)
——隱式單元類型LINK8,LINK10和BEAM4一般只由兩個節點構成,然而與它們對應的顯式單元LINK160,LINK167和BEAM161需要第三個定位節點。因為對應單元需要第三個節點,在執行ETCHG命令后額外的節點必須進行手工定義(N命令)并加入單元中(EMODIF).1,Preprocessor:create>nodes>in active cs... 2,Preprocessor:Move/Modify>elements-Modify Nodes.
——單元轉換期間,可能需要改變顯式分析的單元屬性(keyopts)
——在隱式分析階段,只能激活線彈性材料,因此,在進行顯式分析時對某些單元可能需要加入塑性材料特性。

步驟4:移走額外的約束

——在隱式求解時,顯式求解所需要的額外的節點和單元被完全約束。因此,為了進行動力學分析,必須用DDELE命令移走附加的約束。Preprocessor:load>constraints-delete>on nodes...

步驟5:寫來自隱式分析的節點結果

——進行隱式-顯式求解中,隱式分析的結果必須寫入LS-DYNA ASCII文件drelax。此操作使用REXPORT命令來完成。注意必須指定載荷步,子步和文件名。一般來講使用的文件名應為Jobname1.rst。Preprocessor:Solution>Constraints-Read Disp...

步驟6:初始化模型的幾何形狀

——為了施加預載荷,包含在drelax文件中的位移和轉動被指定到顯式分析的結構中。EDDRELAX命令指示LS-DYNA求解器使用動力松弛進行應力初始化。所謂“static”分析在虛擬時間進行,在此時間步內,所有動能由阻尼消除。用戶只需要在EDDRELAX GUI菜單中選擇ansys選項,因為命令中的所有其他域在這種特殊的序列求解類型中都被忽略。
Solution:Analysis Options>Dynamic Relaxation

步驟7:施加所需的載荷條件

——在進行顯式分析時,可能需要在所分析的結構上施加其他載荷。這些載荷一般包括初始速度EDLVELO和時間歷程載荷EDLOAD。

步驟8:顯式分析

跌落分析——跌落分析模擬實際跌落中的物體的行為,一個真是的跌落測試一般將涉及在重力場中從某個高度釋放物體,允許它落下并與平的剛性面碰撞。

進行跌落的原因:
——由于意外事故或標準使用,許多物體或部件被跌落到平板或地面上,必須設計出可靠部件以經得起碰撞。可以對原始部件進行跌落測試來評價設計。也可以進行模擬真實跌落測試得虛擬跌落測試分析。
——真實的跌落需要制作出原型,而虛擬的跌落測試分析,可以識別出應力水平和高應力區域,從而可以根據需要進行設計修改,通過簡單的修改有限元模型,進行新的分析就可以對修改后的設計進行評價而不需要建立新的模型。
——將分析結果和真實跌落測試結果關聯起來是明智之舉,一旦得到了原始設計的相關模型,就可以根據通過分析提出的設計修改進行評價,而不需要修改后的模型。

跌落測試分析應用:工具(鐵錘,鉗子,螺絲起子),電子產品(膝上電腦,洗衣機,干衣機,CD唱機),工業品(有毒化學藥品的儲存罐),生活用品包。

用DTM進行跌落測試分析的8個基本步驟:
1,輸入或建立模型。
2,進入跌落模塊。
3,定位物體。
4,定義由于重力引起的加速度大小。
5,定義跌落高度。
6,指定求解控制。
7,求解。
8,動畫結果。

步驟1:建模
——準確描述用于跌落的物體模型。
——進入DTM之前,物體必須被完全定義,所有的單元和材料特性包括阻尼都必須已經被指定。
——在模型中應該只包含與LS-DYNA兼容的單元(160-197)

步驟2:進入DTM并初始化
——通過選擇drop test進入dtm
——啟動跌落模塊之前最好備份模型。initialazie>ok

步驟3:定位物體
——通過在DIMM中選擇Orient Model,指定模型在重力場中的方位。用戶使用下面的某個選項來指定:“上”方向(與g相反):drop test orient model
——5個定位選項:
1,Dynamic Mode:在屏幕上旋轉模型,屏幕視角方向的上方位被假定為g的反方向。
2,input vector:在總體笛卡爾坐標系指定一個向上的矢量。
3,pick 2 nodes:由第一個節點指向第二個節點的方向被假定為上方向。
4,pick 1 node and CG:上方向是從物體的重心(CG)指向所拾取的節點。
5,rotate about WY:在改變缺省的跌落視角方位時此選項是有用的。WY的方向被指定為上方向。

步驟4:定義g的大小
——當物體被定位后g的方向被指定。通過在STMM中選擇define g來指定g得大小。

步驟5:定義跌落高度
——通過從DTMM中選擇drop height來定義跌落高度,所定高度的單位必須與創建模型時所用單位一致,高度被定義為從目標面上表面的中心沿著WY軸(上方向)到用戶選擇的參考點,此點可能是:1,跌落物體的最低點。2,物體的重心。3,物體上的所選節點。4,物體上的指定點。

步驟6:求解控制
——通過從DTMM中選擇solution ctrls來指定求解控制。輸入總的求解時間,結果文件,時間歷程輸出間隔和分析起始時間選項。當使用near impact time作為起始時間時,分析在碰撞前開始,節省計算時間。
——在求解控制對話框中,用戶能夠指定節點以用于后面的時間歷程后處理。另外,離物體重心最近的節點也能被計算并被自動保存以用于后處理。

步驟7:求解跌落分析
——

步驟8:后處理顯示

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