Ansys-Autodyne-SPH方法应用培训教程

2019/11/10基础培训五1、ALE求解器2、SPH求解器3、SPH与Lagrange作用2019/11/10ALE求解器ALE(任意拉格朗日欧拉)：材料边界是拉格朗日，内部单元可以是拉格朗日、欧拉或者其它指定的运动方式来自动重分网格；材料模型可以是连续的固体、液体和气体，包括流体/结构作用。2019/11/10ALE求解器ALE计算循环等同于拉格朗日+内部节点重新分布；内部节点根据指定的运动约束方式重新分布，分布结果影射到新网格中；ALEPart所有的节点在缺省情况下为拉格朗日–运动约束需要明确地施加给网格。2019/11/10ALE计算特点ALE求解器2019/11/10ALECycle计算单元面积、应变率单元压强、应力调整速度、重新计算单元压强节点力节点加速度节点位移边界条件和接触力动量守恒力/质量是否使用ALE？否是积分节点速度材料模型积分ALE求解器Free(缺省)：每一个节点与拉格朗日运动方式相同；Fixed(欧拉)：每一个节点固定在(x,y)空间；EqualspacinginX：移动每一个节点的x坐标到四周节点X坐标的平均位置，y,z方向不变；EqualspacinginY：移动每一个节点的y坐标到四周节点的平均位置，x,z方向不变；EqualspacinginZ：移动每一个节点的Z坐标到四周节点的平均位置，x,y方向不变；EquallyspacedI(J,K)：每一个节点移到I(J,K)方向的等距离位置；GeometricspacedI(J,K)：对I(J,K)施加几何比率；用户定义：用户子程序EXALE定义。2019/11/10ALE运动约束ALE求解器ALE选项：BLOCK：通过指标空间对一个BLOCK施加运动约束；在同一个Part里，不同的BLOCK施加不同的约束方式；ILine：沿着I方向对节点施加运动约束；JLine：沿着J方向对节点施加运动约束；KLine：沿着K方向对节点施加运动约束；Node：对一个节点施加运动约束。2019/11/10施加ALE运动ALE求解器ALE设置：Spacing：I-lineratio：设置I方向几何比率；J-lineratio：设置J方向几何比率；K-lineratio：设置K方向几何比率；Frequency：CycleFrequency：定义ALE重分网格频率(缺省为每迭代一步重分一次)；Iterationspercycle：每一cycle重分次数(除欧拉方式)；Relaxationcoefficient：重分松弛系数，缺省为1：表示节点完全移动到新位置(适合大多数情况)；小于1：表示节点移动位移系数。2019/11/10调整ALE设置0.0Relax1.0ALE求解器2019/11/10•爆炸载荷对结构墙的冲击作用；•爆炸载荷用1D模型，将结果映射到3D模型；•结构模型用拉格朗日方式；•气体模型用欧拉运动方式和等位运动方式；•3D流固耦合作用。储存设备中的多点起爆ALE求解器2019/11/10储存设备中的多点起爆结构位移压力载荷ALE求解器2019/11/10储存设备中的多点起爆Structures:LagrangeGases:Euler/EquipotentialALE求解器2019/11/10GasFlowusingEulerGasflowusingEquipotential储存设备中的多点起爆ALE求解器2019/11/10舰船结用壳单元爆轰波传到船体的压力云图水下爆炸对舰船的作用ALE求解器轴对称模型；拉格朗日方式(默认)；绿色为边界条件。2019/11/10泡沫材料碰撞刚性墙ALE求解器计算结果：2019/11/10泡沫材料碰撞刚性墙ALE求解器ALE方式：EqualSpacingI2019/11/10泡沫材料碰撞刚性墙ALE求解器计算结果：2019/11/10泡沫材料碰撞刚性墙ALE求解器平面模型；半径为0.71cm；模型以1cm/us的速度向右移动。2019/11/10Equallyspaced(I,J)方式ALE求解器计算20cycle结果：2019/11/10Equallyspaced(I,J)方式ALE求解器两个1/4模型；左边模型用拉格朗日求解；右边模型中水和炸药用ALE求解，使用Equipotetial运动方式。2019/11/10水中爆炸ALE求解器计算结果：拉格朗日求解导致网格变形太大，引起求解时间的增加，甚至求解失败。2019/11/10水中爆炸ALE求解器总结优势计算速度快；减少耗散；自动重分区；材料界面清晰；容易计算材料强度，后处理方便。2019/11/10•不足–材料与拉格朗日一样会变形；–薄单元时间步长小。练习流体与固体耦合；使用ALE求解器(二维平面问题)；对节点使用两种运动约束：LagrangeEquipotential2019/11/10ALE(2D)基础培训五1、ALE求解器2、SPH求解器3、SPH与Lagrange作用2019/11/10SPH求解器欧空局开发的无网格Lagrange算法；SPH处理超高速大变形问题非常有优势；SPH在处理高速/超高速碰撞和混凝土材料的破坏时非常有效。2019/11/10SPH求解器处理连续动力学问题比较新的技术；优点：没有网格变形问题(与拉格朗日相比)；不需要失效模型；物质界面清晰(与拉格朗日相同)；非常有效(仅仅材料存在的区域需要模型)。SPH粒子与拉格朗日、壳单元和ALE联合求解。2019/11/10SPH求解器SPH使用粒子，但不是简单的质量粒子，而是差值点；使用权重函数W和光滑长度h。2019/11/10SPH技术00.10.20.30.40.50.60.7-2-1.5-1-0.500.511.52WrI-J3IJ2J1J3J4WI-J3xI-xJ/hhN1JJIIJJIh,xxWm•其中，MJ为例子J的质量；WIJ为权重函数；X为粒子中心点的位置；h为光滑长度或粒子尺寸。SPH求解器几何模型；材料和粒子。2019/11/10SPH模型生成方法SPH求解器SPH2D生成方式：BoxCircleManual2019/11/10SPH2D模型生成方法SPH求解器SPH2D生成方式：BoxCircleManual2019/11/10SPH2D模型生成方法BoxCircleManualSPH求解器SPH3D生成方式：BoxCylinderSphere2019/11/10SPH3D模型生成方法SPH求解器SPH3D生成方式：BoxCylinderSphere2019/11/10SPH3D模型生成方法SphereCylinderSPH求解器对于复杂的SPH模型：第一步：使用拉格朗日/FillPart创建模型；或者可以倒入ICEMCFD的geo模型文件、TrueGrid的zon模型文件。2019/11/10几何模型复杂3D模型生成方法SPH求解器第二步：将建立的或倒入的模型重新命名；自动删除体，创建三角形面网格。2019/11/10复杂3D模型生成方法SPH求解器第三步：填充光滑粒子。2019/11/10复杂3D模型生成方法SPH求解器2019/11/10复杂3D模型生成练习拉格朗日PartSPHPartSPH求解器速度边界条件的施加；施加方式：区域施加和清除；交互式施加和清除。2019/11/10SPH边界条件•通过X、Y和Z(3D)的最小和最大的坐标围成四边形或六面体(3D)区域来施加速度边界条件。SPH求解器2019/11/10•速度边界条件的施加；•施加方式：–区域施加和清除；–交互式施加和清除。•选择速度边界条件；•创建多边形区域：–Alt+鼠标左键选择点；–Shift+鼠标左键删除点；–Control+鼠标左键确定。SPH边界条件2019/11/10SPH求解器弹丸打击陶瓷装甲板SPH求解器2019/11/10高速碰撞SPH求解器2019/11/103D高速碰撞垂直倾斜SPH求解器2019/11/10Expt.UDRI3D高速碰撞SPH求解器2019/11/10SPH(3D)例子基础培训五1、ALE求解器2、SPH求解器3、SPH与Lagrange作用2019/11/10SPH与拉格朗日作用SPH求解比拉格朗日代价高；SPH模拟要求大小一样的粒子；SPH与拉格朗日作用的求解方法：将模型中低速变形的区域才用拉格朗日求解器求解，高速区域采用SPH求解，这样求解的优点：变形小的区域用拉格朗日求解准确；求解速度快，采用变网格速度更快。作用方式：连接和SPH与Lagrange接触。2019/11/10SPH与拉格朗日作用使用“Box”类型，通过“Edgepacking”方式。2019/11/10SPH与拉格朗日连接节点与粒子连接粒子与边中点连接粒子与节点任意连接2D和3DSPH与拉格朗日作用2019/11/10-200000-180000-160000-140000-120000-100000-80000-60000-40000-20000000.20.40.60.811.2PenetrationDepth(m)Acceleration(ms-2)ExperimentCase1(allSPH)Case2(SPHto250mm)Case3(SPHto500mm)Case4(SPHto750mm)AllSimulationswererunona600MhzPentiumIIIPCunderWindows98SPH与拉格朗日连接(2D)SPH与拉格朗日作用2019/11/10SPH与拉格朗日连接(3D)SPH与拉格朗日作用弹丸和陶瓷模型用SPH；背面铝板模型用拉格朗日；SPH/拉格朗日接触。2019/11/10钢弹撞击靶板SPH与拉格朗日接触(3D)SPH与拉格朗日作用2019/11/10SPH与拉格朗日、梁接触子弹侵彻钢筋混凝土SPH与拉格朗日作用2019/11/10材料切割CutterDesign#1CutterDesign#2SPH与拉格朗日作用例子2019/11/10