LS-DYNA-(Stress-Initialization)

1愛發股份有限公司CAD/CAM/CAE事業部張維展[e-mail]2Preload–預應力StressInitialization應力初始化在進行動力計算之前如果考慮前期靜力影響，則需要先執行一次穩態或是准靜態分析，目的就是將穩態分析結果中的位移、溫度結果作為體載荷施加到相關節點上，實現相應部件的應力初始化，作為後續分析的初始條件。需要考慮預應力的分析情況旋轉風扇、渦輪風葉及旋轉飛輪重力加載壓力容器、輪胎緊配物件螺栓鎖固3施加方法1.動力鬆弛法(DynamicRelaxation)a)Explicitb)Implicit2.隱式求解方法(ImplicitStressInitialization)a)兩階段求解-dynain文件b)一步求解–ImplicittoExplicitSwitch3.臨界阻尼法(TransientStresswithMassDamping)4.螺栓預應力(BoltPreload)a)冷熱收縮(ThermalStress)b)緊配(Shrink-Fit)c)截面預應力(InitialStressesinDefinedSection)d)樑預拉力(InitialForcesinaBeam)4動力鬆弛法5ExplicitDynamicRelaxation(DR)DR–為執行暫態分析過程前的一個虛擬的”pseudo-time”暫態預加載分析，用來施加preloadstresses預加載/變型過後的應力跟幾何變型會自動導入到第二階段的暫態分析中，提供應力初始化後的模型6ExplicitDR在ExplicitDR中，是以模型的distortionalkinematicenergy來判斷DR是否收斂。currentKE/peakKE要小於”convergencetolerance”(default=0.001)判斷收斂PeakKE=TotalKE–RigidBodyKE當符合收斂條件時，DR分析終止並自動轉換到第二階段暫態分析，此階段加載之預應力及變形會自動當成第二階段之初始條件。7GettingStartwithDR啟動DR分析–在*Define_Curve裡將SIDR設定為1or2SIDR(0)onlyfortransientanalysisSIDR(1)onlyforDRanalysisSIDR(2)forbothtransientandDRanalysisDR使用rampcurve加載到100%保持定值，直到收斂必須確認preload有加載到100%之後才收斂加載時間1000~2000timesteps在二階段分析中，preload必須持續加載(constantcurve)，否則物體會產生震盪。100%100%8*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATIONDR分析參數設定NRCYCK(default=250)–收斂檢查KEratio(幾個cycles檢查一次)DRTOL(default=0.001)–RatioofdistorsionalKE(current/peak)DRFCTR(default=0.995)–DynamicRelaxationFactor(0~1)Usedtodampthenodalvelocitieseachtimestep設定太小會overdamping導致不收斂DRTERM–DRterminationtime若有設定，看收斂或終止時間哪個先到達ForimplicitDR，通常會設定非0值9*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATIONDR分析參數設定TSSFDR–timestepscalefactorOnlyusedintheDRphaseImplicitDR此選項無效IDRFLG–啟動DRphase若從*Define_Curve的SIDR啟動，此選項不需定義(-999)–關閉所有DR，一次關閉所有Define_Curve的DR(1)–DRactive(2)–利用前一步DR結果(drdisp.sif)進行初始化(5)–ImplicitDR10*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATIONIDRFLG參數說明IDRFLG(1)–啟動DRIDRFLG(2)–利用前一步DR結果進行應力初始化需要drdisp.sif檔–完成DR後自動輸出，記錄節點位移及旋轉在commandline加入“m=drdisp.sif”指令LS-DYNA會先進行一短暫的分析(100timesteps)，利用didisp.sif進行預加載IDRFLG(5)–使用ImplicitSolver需要定義DRTERM設定終止時間使用*Control_Implicit_...相關卡片控制ImplicitSolver11DR結果輸出ASCIIfile在DRphase並不會輸出，如glstat,matsum,rcforc,etc…可設IDRFLG=-1輸出binaryfiled3thdt(*DATABASE_BINARY_D3THDT)*DATABASE_BINARY_D3DRLF(d3drlf)DRphase結果檔(應力、應變、變型)格式如同D3PLOT輸出間隔(DT)-以convergencecheck間隔控制，DT=1表示每次收斂檢查(250cycles)輸出一個結果relax(ASCIIfile)–記錄能量收斂的時間歷程ConvergenceplotfromrelaxfileKineticEnergyplotfromrelaxfile12在DR常見的加載重力(gravityload)、慣性力(centrifugalloads)使用*Load_Body_option加載LCID–暫態加載曲線LCIDDR–DR加載曲線熱應力(thermalstress)使用*Load_Thermal_Load_Curve加載需要定義熱膨脹係數CTELCID–暫態加載曲線LCIDDR–DR加載曲線其他的外力邊界可以使用*Define_Curve的SIDR(1,2)加載*Load_Segment,*Boundary_Prescribed_Motion13ToRunImplicitDR1.在*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATIO裡設定IDRFLG=5跟DR分析終止時間DRTERM.2.設定*CONTROL_IMPLICIT相關卡片來控制Implicit分析。基本必須設定*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL的DT0(初始時間步長)3.使用*DEFINE_CURVE設定SIDR=1並給定一條rampcurve，加載時間等於DRTERM4.建議添加*DATABASE_BINARY_D3DRIF卡片，輸出ImplicitDR過程中的結果(DT=1).5.設定*CONTROL_IMPLICIT_DYNAMANICS控制分析為ImplicitStaticorImplicitDynamics.6.若在DR分析後要施加初速(如旋轉葉片分析)，在*INITIAL_VELOCITY_GENERATION設定iphase=1對初速進行初始化。14隱式求解法15ImplicitKeywords*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL啟動Implicit求解(IMFLG=1)DT0–控制初始時間步長*CONTROL_IMPLICIT_AUTO固定/自動時間步長控制*CONTROL_IMPLICIT_DYNAMICS設定分析為ImplicitStaticorImplicitDynamicDynamics比較容易收斂Dynamics問題的時間步長為實際物理時間16兩階段求解執行兩個獨立的分析第一階段–preload(implicitorexplicit)第二階段–暫態加載分析(explicit)在preload階段的K檔加入*INTERFACE_SPRINGBACK_LSDYNAkeyword，分析完後自動輸出dynain文件(ASCIIfile)dynain文件記錄模型的變形、應力、塑性應變第二階段讀入dynain檔，設定好第二階段邊界條件，執行第二階段分析。dynain檔不包含contactforce及節點速度，所以這兩個結果無法留用到二階段分析。可以利用LS-PrePost輸出dynain檔Output-Format:dynainASCII-Write17一步求解隱-顯式切換求解(Implicit-ExplicitSwitch)方法：使用同一個inputfile，利用曲線控制隱-顯示分析切換1st.Stage–implicit,2nd.Stage-Explicit控制曲線–stepfunction橫軸(時間)、縱軸(1:implicit,0:explicit)設定*Control_Implicit_General的IMFLG為-|curveID|18臨界阻尼法19臨界阻尼法在使用隱式靜力求解(由其是非線性)或DR難收斂時方法:1.利用模態分析求解出系統最小的圓頻率ω及對應的週期T2.Preload加載，使用rampfunction，加載時間需大於最大週期T3.使用*Damping_Global對系統施加臨界阻尼2ω利用曲線控制criticaldamping加載時間，直到preload完成Criticaldamping需在下一步暫態力施加前，卸載到04.控制暫態力的施加必須在preload完成及damping卸載後利用曲線或load卡片裡的birthtime5.若後續的分析是由初始速度所主導，可利用*Initial_Velocity_Generation設定birthtime來控制20PreloadCurve控制曲線LoadTimePreloadTransientLoadMassDampingCoefTimeLoadTimet1t1t2t221螺栓預加載22BoltPreload類型疊代加載類型需要經由多次的tuneload運算來確認BoltStress.*LOAD_THERMAL_LOAD_CURVE(冷熱收縮-熱應力)*CONTACT_INTERFERENCE(緊配)非疊代加載類型BoltStress可以直接給定加載*INITIAL_STRESS_SECTION(預應力)只能使用在solidelement*INITIAL_AXIAL_FORCE_BEAM(預拉力)只能使用在Type9beams(spotweld,MAT100)23冷熱收縮ThermalStress*LOAD_THERMAL_LOAD_CURVE利用冷卻螺栓使其緊配，產生預應力。為了考慮熱脹冷縮效應，螺栓材料需給定熱膨脹係數Coefficientofthermalexpansion(CTE)*MAT_ADD_THERMAL_EXPANSION.冷卻溫度曲線*LOAD_THERMAL_LOAD_CURVE.LCID=temperaturevs.timefortransientphase(constantT).LCIDDR=temperaturevs.timeforDRphase.SIDR=1in*DEFINE_CURVE.RampTandthenholdconstant.透過溫度T或熱膨脹係數(CTE)來估算螺栓所產生的預應力σ大小σ=E*CTE*-T透過調整T或CTE來控制螺栓的應力24Example–ThermalStress冷收縮配合Examplefile:bolt.thermal.k25緊配Shrink-Fit*CONTACT_..._INTERFERENCE用來模擬緊配物件，緊配後所造成的應力。首先定義出相互有一定穿透量的物件，此時物件為無應力狀態(stressfree)此接觸類型不會進行初始穿透檢查，會考慮殼厚的offset為了避免因為接