第2章 LS-DYNA初始条件、边界条件和约束

概要初始条件例子：爆炸球边界条件载荷：例子：对称失效/加载刚墙约束横截面分析第二章概述•若FEA模型已具有节点，单元，材料特性和parts等。则可以：»施加：初始条件、边界条件、载荷和约束»必须具有：boxes，曲线，sets，矢量等•当parts间发生碰撞，或与其它问题撞击时：»刚墙»接触(第三章)•怎样测定载荷/动量»接触力»横截面分析•起爆点和动量•初始应力/应变•初始温度•初始速度缺省状态下初始应力、温度和速度为零边界条件高于初始条件初始条件*INITIAL_DETONATION和*INITIAL_MOMENTUM用于模拟施加在体单元上的一种脉冲载荷起爆点:引爆炸药材料(parts)»动量:单元上施加一个初始动量初始条件*SET–节点定义节点组»setID号(SID)»节点的ID号(NID’s)*SET_NODE_LIST»每行定义8个节点*SET_NODE_COLUMN»每行定义1个节点*DEFINE_BOX定义一个BOX形状的体，BOX内的任何事物都可以作为输入BOX的ID号(BOXID)定义BOX的范围：»Xmin-Xmax»Ymin-Ymax»Zmin-Zmax初始条件*INITIAL_VELOCITY_GENERATION»对于平动和转动的体–parts–系列parts–系列节点»与前两个初始速度的施加方法不能同时使用初始条件*INITIAL_VELOCITY对节点和体施加一个初始的平动和转动速度»系列节点»系列节点外的节点»定义的box中的所有节点*INITIAL_VELOCITY_NODE»单个的节点*KEYWORD400000000*TITLEanexplodingsphere$$$$$$$Anexplosivematerialisplacedinsideofasphere.$$$$$$Theexplosiveislit,expands,andimpactsthesphere.$$$$$$Thesphereexpands,reachesyield,seamlinesfailandfragments$$$$$$flyapart.$$JohnD.Reid6/4/98$$Units:unknown-possiblygm,cm,micros,1E7N,Mbar,1E7N-cm$爆炸球的例子爆炸球的例子爆炸球的例子爆炸球的例子爆炸球的例子爆炸球的例子爆炸球的例子*BOUNDARY_OPTION目的：定义施加在边界节点上的运动»对流、通量、辐射和温度»循环对称»无反射边界、滑动边界和具有失效准则的对称(固体)»强制运动载荷»SPC约束边界条件*BOUNDARY_CYCLIC•旋转对称•旋转轴矢量»x,y和z轴矢量»矢量必须是全局的•2条边界线(使用节点sets)*DEFINE_VECTOR定义一个矢量»矢量ID号(VID)»确定尾(xt,yt,zt)和头(xh,yh,zh)坐标仅对体单元*BOUNDARY_NON_REFLECTING»边界处的应力梯度为零»边界随冲击波移动*BOUNDARY_SLIDING_PLANE»约束一系列节点在一任意方位的平面或矢量上移动*BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE»约束节点于一定义的平面上»当周围的单元达到定义的拉应力时节点成为自由节点边界条件*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION对节点、系列节点或刚体施加节点运动(平动或转动)•可适用的自由度运动：»位移»速度»加速度•载荷曲线描述的运动•起始和结束的时间边界条件*DEFINE_CURVE定义一（载荷）曲线载荷曲线ID号(CLID)定义曲线上的点»横坐标(x)–纵坐标(y)缩放因子偏移例子»力vs变形»速度vs时间边界条件*BOUNDARY_SPC单点约束•约束一节点的一个或更多的自由度•单个的节点或系列节点»*BOUNDARY_SPC_NODE»*BOUNDARY_SPC_SET•可以在局部坐标系中定义局部坐标系的定义：*DEFINE_COORDINATE定义一局部坐标系指定坐标系ID号(CID)*DEFINE_COORDINATE_NODES»3节点:局部坐标系原点，沿x轴,局部x-y平面内*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM»三点的x,y,z坐标(与NODES方式一样)*DEFINE_COORDINATE_VECTOR»2个矢量:局部x轴,局部x-y平面内矢量边界条件•目的：定义施加的“力”»梁»体»爆炸效果»热，温度»节点和刚体»壳（压力）•避免单点集中载荷»物理上无意义»防止沙漏模式•避免阶跃载荷•要求一载荷曲线•载荷能缩放载荷*LOAD_BEAM•沿梁单元局部轴(r,s,t)定义牵引载荷•梁单元或系列梁单元•每单位长度上的力*LOAD_BODY•施加指定的体载荷»重力加速度–概念上是加速指定的坐标系，所以，施加在模型上的惯性载荷是反方向的–因重力产生的预应力，与动力松弛结合»角速度•自由度：X,Y,Z,RX,RY,RZ所有的节点或系列parts载荷*LOAD_NODE和*LOAD_RIGID_BODY施加一载荷于一节点，系列节点或刚体上x,y,orz力x,y,orz力矩Follower力或力矩»力作用方向为平面的法向坐标系可为总体坐标或局部坐标载荷分布压力载荷：施加一个分布压力载荷于一个表面:»段(*LOAD_SEGMENT)»系列段(*LOAD_SEGMENT_SET)»壳(*LOAD_SHELL_ELEMENT)»系列壳(*LOAD_SHELL_SET)正的压力值作用方向为壳/段的法向的反方向压力的激活时间载荷示例相关关键字*BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE*DEFINE_COORDINATE_VECTOR*DEFINE_CURVE*LOAD_NODE_POINT*SET_SEGMENT*BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE刚墙目的：定义一个刚性面»模拟屏障、摆锤和压制机等阻止节点穿透一个面»系列节点、一个BOX中的节点，所选节点外的节点刚墙能量：GLSTAT刚墙力：RWFORCorGCEOUT关键字：*RIGIDWALL_PLANAR*RIGIDWALL_GEOMETRIC*CONTACT_ENTITY*RIGIDWALL_PLANAR有限或无限运动条件：»固定»运动:质量和速度Softwall方式»到0速度的循环数由特定的节点跟踪刚墙Ortho各向异性摩擦»两种法线方向互相垂直的摩擦系数»如：旋转物体：横向的摩擦系数更大*RIGIDWALL_GEOMETRIC平板、棱柱、圆柱、球运动条件»固定»运动:速度或位移、载荷曲线、矢量多个几何体墙可以定义，用来模拟多种几何体的结合*CONTACT_ENTITY一般的具有任意表面的刚体及运动几何实体»圆柱、平板、球、圆环、椭圆、VDA性能改进»对接触实体和可变形体间的接触进行封闭形状接触计算精度改进»表面与网格划分无关接触实体的应用：•冲压成型：凸模和凹模表面几何实体作为几何表面刚体输入•处理刚体假人和可变形体如气囊和驾驶面板的接触•耦合刚体假人模型软件MADYMO.•方向盘中气囊的放置.约束目的：约束Parts之间的自由度»铆接和焊接»约束壳与壳»约束壳与体»各种刚体约束节点必须有质量节点不能属于多重，无关或可能冲突的约束SPC边界不能与约束冲突约束*CONSTRAINED_RIVET两节点铆接刚性无质量束作用与一球铰链相似节点坐标不能一致失效时间焊接*CONSTRAINED_SPOTWELD*CONSTRAINED_GENERALIZED_WELD»点焊»fillet－对接焊缝»butt－角焊»组合焊焊接失效焊接失效失效时间»在指定的时间自动失效拉伸失效»因塑性应变有效节点塑性应变失效塑性应变»焊点外的金属板撕裂失效，因为塑性发生在焊接处周围的材料中焊接失效脆性失效»点焊Sn=失效的法向力fn=法向界面力Ss=失效的剪切力fs=剪切界面力»fillet－角焊,butt－对接焊缝n=法向应力f=失效应力n=焊接方向剪切力=失效参数t=焊接方向法向剪切力*CONSTRAINED_SPOTWELD两节点点焊刚性无质量梁不能传输壳的法向转动刚度节点坐标不能一致焊点连接的节点不能是其他约束设置中的节点，如约束相同的自由度，固连的界面，或刚体*CONSTRAINED_GENERALIZED_WELD方式：SPOT,FILLET,BUTT,CROSS_FILLET,COMBINED节点坐标可以相同输出可以指定于一局部坐标系中点焊节点的顺序和局部坐标系的方向对于决定焊点失效是很重要的Fillet角焊对于Fillet焊，节点的顺序和局部坐标系的方向如图对于Butt焊，节点的顺序和局部坐标系的方向如图ButtWeldPart连接*CONSTRAINED_NODE_SET»两节点或更多节点的平动约束»x,y,z,或任意组合»失效时间Part连接*CONSTRAINED_SHELL_TO_SOLID»在壳边和体单元间定义固连壳单元节点与坐标相同的体单元节点约束体单元节点（线矢量）是线性约束»节点刚体可以完成相同的功能破裂单元*CONSTRAINED_TIE-BREAK»壳边对壳边界面»作为塑性应变的一个函数局部失效»模拟沿预先定义的线（如缝合线或结构铰）失效的结果*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE»固连的节点set(节点必须坐标一致)»可有多个节点（大于2）(如4个壳的角节点）»可变形的薄壳和honeycomb材料的体单元»基于塑性应变的失效刚体的Part连接刚体»由动力学方程控制运动»无失效准则»允许转动*CONSTRAINED_EXTRA_NODES*CONSTRAINED_JOINT*CONSTRAINED_NODEL_RIGID_BODY*CONSTRAINED_RIGID_BODIES其他的Part连接技术一致的节点»扭曲的几何体»无失效准则»不容易分离parts(如操作，重划分)»接触厚度冲突梁»更复杂的定义»影响时间步计算接触(更新)»固连(N2S,S2S)»固连失效(N2S,S2S)横截面分析•在结构的不同部位定义横截面»传送力（界面力或截面力）»力矩»质心位置»面积===所有的量为时间的函数•很好的分析工具，而不是实验方式•全面了解结构怎样作用•可对个别的部件进行分析，了解某一事件下的载荷传送，变形和能量吸收•精确的校核模型通过中间结构的力分析定义横截面•通过指定定义横截面：»横截面的节点»在这些节点上计算力所使用的单元传送力的符号由这些单元位于这些节点的哪一边来决定自动»*DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE•用户指定»*DATABASE_CROSS_SECTION_SET•指定输出频率»*DATABASE_SECFORC横截面例子力的计算通常，载荷有两种成分：单元刚度和质量惯性，在横截面上的一个节点的平衡方程由牛顿第二定律：F+f=质量*加速度F=横截面单元上由于应力而形成节点力f=界面力该方程为矢量方程，结果为全局x,y和z力当选择节点一边相对另一边上的单元时，质量被分配以便确保相等和反向力.在模拟过程中计算每一个单元上的应力和每一个节点上的加速度，这样计算横截面的结果相对开销较小。