LS-DYNA动力学分析--炸药在土中爆炸GUI及APDL例子

第九章LS-DYNA动力学分析第四节LS-DYNA范例解析——炸药在土壤内部爆炸分析1．问题描述如图9-1所示，条形炸药设置在混凝土板下方一定距离处的土壤介质中，引爆炸药，试分析条形炸药爆炸后土壤的鼓包运动及混凝土板的运动过程。图9-1炸药与混凝土板的位置示意图2．建模数值模型由炸药、土壤层、空气和混凝土板4部分组成，其中炸药、土壤和空气3种材料采用欧拉网格建模，单元使用多物质ALE算法，混凝土板采用拉格朗日网格建模，混凝土板与空气和土壤材料间采用耦合算法。由于是条形炸药，在中心线起爆条件下，不考虑端部效应时，可以将模型简化成平面对称问题。为了方便建模，采用单层实体网格建模。数值模型采用cm-g-?s单位制，具体模型尺寸见图9-2所示。3．分析步骤（1）进入ANSYS界面1）启动ANSYS，弹出ANSYS12.0Launcher窗口。2）在Launcher对话框的SimulationEnvironment下拉列表框中选择ANSYS，在License下拉列表框中选择ANSYS/LS-DYNA。图9-2模型尺寸图/mm3）在FileManagement对话框的WorkingDirectory文本框中输入E:\explosion_undergro-und作为工作目录（假设工作目录为E盘），在JobName文本框中输入explosion_underground作为工作文件名，其他选项用默认值。单击Run按钮，运行ANSYS程序，进入ANSYS的操作界面。（2）选择单元类型1）选择菜单MainMenu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete命令，弹出ElementTypes对话框。2）单击Add按钮，出现LibraryofElementTypes对话框，在LibraryofElementTypes下拉列表中选择LS-DYNAExplicit和3DSOLID164，单击OK按钮关闭对话框。3）单击ElementTypes对话框上的Close按钮，关闭对话框。（3）定义材料性能参数1）选择菜单MainMenu：Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels命令，弹出DefineMaterialModelBehavior对话框。2）选择菜单LS-DYNA→EquationofState→Gruneisen→Null命令，弹出NullPropertiesforMaterialNumber1对话框。在文本框中，输入以下数据：DENS=0.99821；C=1.647；S1=1.921；S2=-0.096；GAMAO=0.35。其余选项采用默认值。输入完成后单击OK按钮关闭对话框。3）在DefineMaterialModelBehavior对话框中单击Material→NewModel命令，弹出DefineMaterialID对话框，在文本框中输入2，单击OK按钮关闭对话框。4）选择菜单LS-DYNA→Nonlinear→Inelastic→KinematicHardening→PlasticKinematic命令，弹出PlasticKinematicPropertiesforMaterialNumber2对话框，在文本框中输入材料本构参数（由于ANSYS前处理所带的材料模型中没有我们所需要的土壤模型，暂用随动硬化塑性材料模型代替，后面将在K文件中对材料模型参数进行修改），单击OK按钮关闭对话框。5）在DefineMaterialModelBehavior对话框中单击Material→NewModel命令，弹出DefineMaterialID对话框，在文本框中输入3，单击OK按钮关闭对话框。6）选择菜单LS-DYNA→EquationofStatic→Gruneisen→Null命令，弹出NullPropertiesforMaterialNumber3对话框。在文本框中，输入以下数据：DENS=0.001252；C=0.03437；GAMAO=1.4。其余选项采用默认值，输入完成后单击OK按钮关闭对话框。7）在DefineMaterialModelBehavior对话框中单击Material→NewModel命令，出现DefineMaterialID对话框，在文本框中输入4，单击OK按钮关闭对话框。8）选择菜单LS-DYNA→Nonlinear→Inelastic→KinematicHardening→PlasticKinematic命令，弹出PlasticKinematicPropertiesforMaterialNumber4对话框，在文本框中输入以下数据：DENS=2.65；EX=40；NUXY=0.3；YieldStress=1.0E-03；TangentModulus=4.0E-02；HardeningParm=0.5；FailureStrain=0.8。其余选项采用默认值，输入完成后单击OK按钮关闭对话框。9）在DefineMaterialModelBehavior对话框中选择Material→Exit命令，关闭对话框。此时共定义了4种材料。（4）创建几何模型、划分网格1）选择菜单UtilityMenu:WorkPlane→ChangeActiveCSto→WorkingPlane命令。2）选择菜单MainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→ByDimensions命令，弹出CreateBlockbyDimensions对话框，输入模型体（包括炸药、土壤和空气域）的坐标，如图9-3所示。图9-3CreateBlockbyDimensions对话框3）选择菜单UtilityMenu:WorkPlane→OffsetWPbyIncrements命令，弹出OffsetWP面板，将按钮下方的角度设置滑动条移到最右，滑动条上方的数值变为90，单击按钮，将视窗中的工作平面坐标绕X轴旋转90度。4）在OffsetWP面板中的X，Y，ZOffsets文本框中输入0，0，-6，单击Apply按钮，工作平面向Z轴负向移动6cm。5）选择菜单MainMenu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→VolubyWrkPlane命令，弹出DivideVolbyWrk…拾取菜单，拾取视图中的体，单击OK按钮，分割体。6）按照步骤4）和步骤5）的方法分别将工作平面移至全局坐标点的（0，6，0）和（0，78，0），对体进行分割。7）将工作平面沿WX方向平移6cm，单击OffsetWP对话框中的，工作平面绕WY轴旋转90度，选择菜单MainMenu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→VolubyWrkPlane命令，在弹出的DivideVolbyWr…拾取菜单面板中单击PickAll按钮，将视图中的4个体分割为8个体。8）选择菜单UtilityMenu:WorkPlane→AlignWPwith→GlobalCartesian命令，使工作平面与全局坐标系重合。9）选择菜单MainMenu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→ByDimensions命令，在弹出CreateBlockbyDimensions文本框中输入混凝土板模型体的坐标，如图9-4所示。图9-4混凝土板的模型尺寸10）创建完成后的实体全模型如图9-5所示。图9-5实体全模型示意图（5）划分网格1）选择菜单MainMenu：Preprocessor→Meshing→MeshTool命令，弹出MeshTool对话框，单击ElementsAttributes选择栏下侧的Set按钮，弹出MeshingAttributes对话框，在[TYPE]下拉列表框中选择1SOLID164，在[MAT]下拉列表框中选择1，其他栏用默认值，单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。2）选择菜单UtilityMenu:Select→Entities...命令，弹出SelectEntities对话框，将选项依次设置为Volumes、ByNum/Pick、FromFull，单击Apply按钮，拾取炸药、土壤和空气域的体。3）将SelectEntities对话框中的选项依次设置成Areas、Attachedto、Volumes、FromFull，单击Apply按钮。改变SelectEntities对话框中的设置，依次设置为Lines、Attachedto、Areas、FromFull，单击Apply按钮后，再单击Plot按钮。4）在MeshTool对话框中，单击Lines右侧的Set按钮，弹出ElementSizeon…拾取菜单，单击PickAll按钮，在弹出的对话框的SIZE文本框中输入1.5（即指定单元长度为1.5cm），单击OK按钮，确认选择。5）在MeshTool对话框Mesh右侧的下拉列表框中选定Volumes，并选取Shape选项的Hex和Mapped两个按钮。单击Mesh按钮，弹出MeshVolumes拾取菜单，拾取视图中的炸药体，如图9-6所示，单击OK按钮，对炸药体进行映射网格划分。图9-6炸药域放大6）用上述同样方法改变[MAT]号分别对图9-7和图9-8中的体进行映射网格划分。图9-7土壤域图9-8空气域7）依次单击SelectEntities对话框中的Invert、Plot按钮，视图中显示出混凝土板的轮廓线图。8）在MeshToll对话框中，单击Lines右侧的Set按钮，弹出ElementSizeon…拾取菜单，单击PickAll按钮，在弹出的对话框的SIZE文本框中输入2（即指定单元长度为2cm），单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。9）设置[MAT]为4，对混凝土板进行映射网格划分。10）选择菜单UtilityMenu:Select→Everything命令，然后选择UtilityMenu:Plot→Elements命令，视图中显示所有材料模型的有限元网格（由于混凝土板的网格与空气网格叠加在一起，看上去好像只有一种颜色），如图9-9所示。图9-9模型网格（局部）（6）创建PART选择菜单MainMenu：Preprocessor→LS-DYNAOptions→PartsOptions命令，弹出PartsDataWritenforLS-DYNA对话框。在Options选项组中激活Createallparts单选按钮，弹出图9-10所示的PART信息框。检查对话框中所有的PART定义是否正确，如有定义错误，需要重新划分网格，并用Updataparts选项更新PART定义，直至PART定义正确为止。图9-10EDPARTCommand对话框（7）施加约束1）选择菜单MainMenu：Preprocessor→LS-DYNAOptions→Constraints→Apply→OnAreas命令，弹出ApplyU，ROTon…拾取菜单。拾取如图9-11中所有法线方向与Z轴方向相一致的18个面，单击OK按钮，弹出ApplyU，ROTonAreas对话框。在Lab2DOFstobeconstrained列表框中选择UZ，单击OK按钮，关闭对话框。2）拾取如图9-11中所示法线方向与X轴方向相重合的5个面（靠炸药模型一侧），单击OK按钮，在ApplyU，ROTonAreas对话框的Lab2DOFstobeconstrained列表框中选择UX，单击OK按钮，关闭对话框。图9-11用于约束Z向位移的18个面（8）设定分析选项1）选择菜单MainMenu：Solution→AnalysisOptions→EnergyOptions命令，弹出EnergyOptions对话框，激活HourglassEnergy，SlidingInterface和RaylieghEnergy3个单选钮，取消StonewallEnergy单选钮