Ansys序列求解及跌落分析简述

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

序列求解——是一种将隐式(ANSYS)和显式(ANSYS/LS-DYNA)求解方法综合使用的分析技术。在需要序列求解的问题中,为了获得最后的结果,显式分析的结果被输入模型中(或相反)。

进行序列求解原因:
有些工程问题过程十分复杂,包括动态和静态两个阶段(如:压力容器在跌落测试之前的初始环向应力或金属成形之后的线性回弹)。
显式技术适合于求解非线性动态碰撞问题,不适于求解自然现象中的静力阶段。而隐式方法最适合于求解静态或准静态的问题。
将两者的求解器联合使用是一个特别强大的工具。

显式-隐式序列求解是首先使用ANSYS/LS-DYAAN程序进行动力求解,然后将变形后的几何形状和应力输入ANSYS隐式分析中,通过给定的合适的边界条件进行后续求解。

——显式-隐式求解技术当前仅能用于壳单元。
——在分析显式部分,SHELL163被使用,然后显式结果被输入到SHELL181隐式单元。
——为了阻止刚体运动在隐式分析中必须指定合适的约束条件。
——显式-隐式序列求解的主要目的是模拟回弹。

回弹——在金属成形过程中,回弹被定义为变形部件(板料)离开模具后的空间变化,回弹是由于线弹性卸载而引起的。在成形时,当板料和模具接触时弹性能被储存在板材中,当成形压力被移走后,弹性能被释放,导致板料朝着它原始的方向变形或回弹。

执行一个显式-隐式序列求解需九个基本步骤:
1,求解分析的显式部分。
2,进入隐式求解器,改变当前的作业名。
3,将显式单元转变成具有适当属性的隐式单元。
4,关闭隐式单元形状检查。
5,将隐式单元的几何形状修改为显式求解后的变形形状。
6,不选择隐式求解所不需要的单元(仅保留非刚体的SHELL181单元)。
7,重新定义边界条件。
8,输入来自显式分析的应力(单元膜力)和厚度。
9,求解分析的隐式部分。

步骤1:求解显式

——在考虑回弹效应的成形模拟中,必须用SHELL163单元来模拟板料。
——确保用于模拟板料的壳单元的厚度是真实的。
——为了加速整个模拟世界增加冲头速度。
——在进行隐式求解之前验证显式分析的结果。
——在显式求解完成之后利用时间历程后处理器来确保没有不期望的动态影响留在板料中。
——在退出显式分析之前,将数据库另存.db。

步骤2:改名

——将当前的工作名改为jobname2并保存数据库。
——如没有进行此操作,在完成隐式求解后显式结果(jobname1.rst)将被覆盖。

步骤3:转换单元

——在ANSYS中,存在相对应的单元类型,当进行序列求解时,为了得到最后的结果,所有的被分析的单元必须转换成与它们相对应的单元。Explicit type——Implicit type
如:LINK160——LINK8,BEAM161——BEAM4,SHELL163——SHELL181,SOLID164——SOLID45,COMBI165——COMBIN14,MASS166——MASS21,LINK167——LINK10.
——通过element type>swith elem ype 即ETCHG,ETI命令所有的显式单元被自动的转换为隐式单元。
——转换单元时,可能需要改变隐式部分的单元属性(如关键字)。
——一般来讲,单元厚度等实常数SHELL181不需要重新定义,它们已经由显式结果读入。
——在隐式分析阶段,只能激活线弹性材料特性,因此在显式分析部分板料使用的塑性材料特性必须被删除。

步骤4:关闭单元形状检查

——在显式求解期间,成形过程中板料单元可能承受着极大的变形,既然单点积分显式单元比隐式单元更适于大变形,为了得到结果应该关闭单元的形状检查功能。
——使用SHPP,OFF命令关闭单元的形状检查。Preprocessor:Checking Controls>shape checking

步骤5:修改隐式单元几何形状

——隐式回弹分析的起点实显式求解的最后变形形状。
——为了将显式分析所得到的板料的变形形状传给隐式分析,使用UPGEOM命令。为了修改几何形状,在UPGEOM命令中必须指定显式结果文件名和相应的载荷步及子步。Preprocessor:Update geometry...

步骤6:移走不需要的单元

——对于大多数成形分析,在显式求解阶段冲头和模具都使用了实体或刚性单元。因为在分析的回弹部分不需要这些单元(可能导致收敛困难),在进行隐式求解之前,它们应该被反选掉。
——既然在显式分析中大多数实体单元都有一个具有唯一材料号的PARTID,根据材料属性来反选单元通常是最容易的。Utility Menu:Select>Elements>By Attributes

步骤7:重新定义边界条件

——在显式分析阶段,成形期间板料不需要定义约束。
——对于隐式求解为了阻止刚体运动在所有的方向都需要约束。
——为通过隐式方法求解回弹,需在工件增加消除刚体运动的六个自由度的约束。

步骤8:输入应力

——随同修改的几何形状(setp5),使用PIMPORT命令从显式结果中输入应力(单元力和力矩数据)和壳单元厚度。
——主要变形积分点的厚度在输入之前被平均I并将覆盖由实常数所定义的厚度。
——与UPGEOM命令一样,PIMPORT命令需要指定显式结果文件名,载荷步及子步。Solution:Loads-Apply>structural-other>import stress...

步骤9:进行隐式求解

——在进行隐式回弹求解之前,应该打开几何非线性开关,因为在隐式求解的开始板料一般都由一个高度变形的几何形状。
——确保求解控制被设置为on也是重要的。

隐式-显式序列求解是指使用隐式求解器得到模型的初始应力,然后在显式动力分析之前将它们加到结构上,初始的应力通常叫做“预载荷”,当它们的影响被分析结构的动力响应包含于显式分析中。

——隐式-显式求解技术能用于任何ANSYS/LSDYNA单元(单元160-167)和与它们对应的隐式单元。
——在隐式分析阶段,仅用于显式求解的单元应被完全约束住。
——许多使用ANSYS/LS-DYNA进行分析的结构受有预载荷。如果不能确定预载荷是否影响系统的动态响应,进行隐式-显式序列求解。
——不像显式-隐式求解被局限于金属成形过程,隐式-显式过程能广泛用于初应力影响动态响应的工程问题中。如:旋转机械,压力容器,螺丝连结,包含加工预载荷的部件。
——在隐式-显式求解中,来自ANSYS隐式求解的节点位移和转动被自动写到ANSYS/LSDYAN动力松弛文件中(drelax)。
——隐式-显式序列求解的隐式部分仅能用于小应变和线性材料。

隐式-显式序列求解需要8个基本步骤:
1,进行隐式求解。
2,为进行显式求解改变当前的作业名。
3,将隐式单元转换为与之对应的具有适当属性的显式单元(关键选项,实常数,材料特性等等)
4,移去进行隐式分析时所加的附加载荷。
5,将来自隐式分析的节点结果写到动力松弛文件中。
6,使用动力松弛文件初始化用于显式分析模型的几何形状。
7,给显式分析施加另外的载荷条件。
8,进行显式求解。

步骤1:隐式分析

——进行隐式分析时,最好采用与显式单元对应的单元类型。这些单元包括:LINK8,BEAM4,SHELL181,COMBIN14,MASS21和LINK10。虽然可以使用其他单元,但使用这些对应的单元时,由隐式对显式最容易。
——如果在隐式求解时使用了非对应单元,它们必须与将转换的显式单元由相同的节点数,因此不应该使用有中节点的单元。
——在隐式求解中,所有在显式分析中使用的节点和单元都必须被定义。这些附加单元(例如:在鸟撞分析中的鸟或跌落中的刚性地面)的所有自由度都应被约束足以使它们不成为隐式分析的一部分。
——隐式分析应该是线性的,将作为预载荷施加到显式分析的单元结果应该是小应变。
——隐式求解应该是与路径无关的线弹性材料。
——来自隐式分析的温度结果当前不能用于显式分析。
——在退出隐式分析前将数据库储存。

步骤2:改名

——将当前的作业名改为jobname2,然后保持数据库jobname2.db。如果没有此操作,在完成显式求解后,隐式结果文件(jobname1.rst)会被覆盖。

步骤3:改变单元类型

——如果在隐式分析时所用的所有单元都是与显式分析相对应的单元,通过执行ETCHG,ITE,(Preprocessor:element type>switch elem type...)它们会自动转换为显式单元。
——在执行ETCHG命令时,隐式分析所使用的非对称单元将不会自动转换。必须使用EMODIF命令进行人工转换。(Preprocessor move/modify>elements modify attrib..)
——隐式单元类型LINK8,LINK10和BEAM4一般只由两个节点构成,然而与它们对应的显式单元LINK160,LINK167和BEAM161需要第三个定位节点。因为对应单元需要第三个节点,在执行ETCHG命令后额外的节点必须进行手工定义(N命令)并加入单元中(EMODIF).1,Preprocessor:create>nodes>in active cs... 2,Preprocessor:Move/Modify>elements-Modify Nodes.
——单元转换期间,可能需要改变显式分析的单元属性(keyopts)
——在隐式分析阶段,只能激活线弹性材料,因此,在进行显式分析时对某些单元可能需要加入塑性材料特性。

步骤4:移走额外的约束

——在隐式求解时,显式求解所需要的额外的节点和单元被完全约束。因此,为了进行动力学分析,必须用DDELE命令移走附加的约束。Preprocessor:load>constraints-delete>on nodes...

步骤5:写来自隐式分析的节点结果

——进行隐式-显式求解中,隐式分析的结果必须写入LS-DYNA ASCII文件drelax。此操作使用REXPORT命令来完成。注意必须指定载荷步,子步和文件名。一般来讲使用的文件名应为Jobname1.rst。Preprocessor:Solution>Constraints-Read Disp...

步骤6:初始化模型的几何形状

——为了施加预载荷,包含在drelax文件中的位移和转动被指定到显式分析的结构中。EDDRELAX命令指示LS-DYNA求解器使用动力松弛进行应力初始化。所谓“static”分析在虚拟时间进行,在此时间步内,所有动能由阻尼消除。用户只需要在EDDRELAX GUI菜单中选择ansys选项,因为命令中的所有其他域在这种特殊的序列求解类型中都被忽略。
Solution:Analysis Options>Dynamic Relaxation

步骤7:施加所需的载荷条件

——在进行显式分析时,可能需要在所分析的结构上施加其他载荷。这些载荷一般包括初始速度EDLVELO和时间历程载荷EDLOAD。

步骤8:显式分析

跌落分析——跌落分析模拟实际跌落中的物体的行为,一个真是的跌落测试一般将涉及在重力场中从某个高度释放物体,允许它落下并与平的刚性面碰撞。

进行跌落的原因:
——由于意外事故或标准使用,许多物体或部件被跌落到平板或地面上,必须设计出可靠部件以经得起碰撞。可以对原始部件进行跌落测试来评价设计。也可以进行模拟真实跌落测试得虚拟跌落测试分析。
——真实的跌落需要制作出原型,而虚拟的跌落测试分析,可以识别出应力水平和高应力区域,从而可以根据需要进行设计修改,通过简单的修改有限元模型,进行新的分析就可以对修改后的设计进行评价而不需要建立新的模型。
——将分析结果和真实跌落测试结果关联起来是明智之举,一旦得到了原始设计的相关模型,就可以根据通过分析提出的设计修改进行评价,而不需要修改后的模型。

跌落测试分析应用:工具(铁锤,钳子,螺丝起子),电子产品(膝上电脑,洗衣机,干衣机,CD唱机),工业品(有毒化学药品的储存罐),生活用品包。

用DTM进行跌落测试分析的8个基本步骤:
1,输入或建立模型。
2,进入跌落模块。
3,定位物体。
4,定义由于重力引起的加速度大小。
5,定义跌落高度。
6,指定求解控制。
7,求解。
8,动画结果。

步骤1:建模
——准确描述用于跌落的物体模型。
——进入DTM之前,物体必须被完全定义,所有的单元和材料特性包括阻尼都必须已经被指定。
——在模型中应该只包含与LS-DYNA兼容的单元(160-197)

步骤2:进入DTM并初始化
——通过选择drop test进入dtm
——启动跌落模块之前最好备份模型。initialazie>ok

步骤3:定位物体
——通过在DIMM中选择Orient Model,指定模型在重力场中的方位。用户使用下面的某个选项来指定:“上”方向(与g相反):drop test orient model
——5个定位选项:
1,Dynamic Mode:在屏幕上旋转模型,屏幕视角方向的上方位被假定为g的反方向。
2,input vector:在总体笛卡尔坐标系指定一个向上的矢量。
3,pick 2 nodes:由第一个节点指向第二个节点的方向被假定为上方向。
4,pick 1 node and CG:上方向是从物体的重心(CG)指向所拾取的节点。
5,rotate about WY:在改变缺省的跌落视角方位时此选项是有用的。WY的方向被指定为上方向。

步骤4:定义g的大小
——当物体被定位后g的方向被指定。通过在STMM中选择define g来指定g得大小。

步骤5:定义跌落高度
——通过从DTMM中选择drop height来定义跌落高度,所定高度的单位必须与创建模型时所用单位一致,高度被定义为从目标面上表面的中心沿着WY轴(上方向)到用户选择的参考点,此点可能是:1,跌落物体的最低点。2,物体的重心。3,物体上的所选节点。4,物体上的指定点。

步骤6:求解控制
——通过从DTMM中选择solution ctrls来指定求解控制。输入总的求解时间,结果文件,时间历程输出间隔和分析起始时间选项。当使用near impact time作为起始时间时,分析在碰撞前开始,节省计算时间。
——在求解控制对话框中,用户能够指定节点以用于后面的时间历程后处理。另外,离物体重心最近的节点也能被计算并被自动保存以用于后处理。

步骤7:求解跌落分析
——

步骤8:后处理显示

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才