Ls-dyna隐式-显式顺序求解

隐式－显式顺序求解第4-3章ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-2隐式－显式顺序求解A：概述•正如前面所讲的，显式方法在处理非常短时间内的瞬态动力学问题时是理想的，但是，在处理静态问题时就没有隐式求解方法那么有效。因此，在模拟静态预载后的瞬态事件时，我们结合这两种方法的优点执行隐式—显式顺序求解。•ANSYS隐式方法用来求解静载荷问题，可以定义热和结构预载。从本质上说，隐式求解的变形被写入ASCII的drelax文件中。接着ANSYS/LS-DYNA读入这些变形，并且对描述的几何模型进行应力初始化。也就是说，LS-DYNA将原始的结构变为drelax文件所定义的变形形状。它在这个“动力松弛”的最后阶段施加很大的阻尼来消除动能。因此LS-DYNA与其说是输入隐式求解的应力不如说是重新生成它们（基于最后的静态构形）。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-3•由于路径相关的数据不是直接从静态分析输入到LS－DYNA中，隐式求解只能包括线弹性和小应变的情况。这不是很大的限制，由于大多数预载都属于此类。•对指定几何模型的应力初始化(EDDRELAX,ANSYS)并不是真正的动力松弛分析。他们都用阻尼将动能减小为零并在完成分析后将时间重置为零（即在瞬态过程开始前使用虚拟时间），但是前者基于包含在动力松弛文件（drelax)中的平动和转动位移已经知道最终的变形会是何种情形。•真正的动力松弛分析(EDDRELAX,DYNA)当增加阻尼时定期地检查系统的动能。可以使用几个未用于指定几何模型的应力初始化的收敛性判断特征。隐式－显式顺序求解...概述ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-4隐式－显式顺序求解...概述•由于ANSYS隐式方法比LS-DYNA方法更适于静态分析，并且由于本章只关心隐式－显式顺序求解，对预载荷的讨论集中在指定几何模型的应力初始化的执行上。因此，更多的关于真正动力松驰分析的内容，请参考ANSYS-DYNA用户指南第四章动力学松弛部分。•一旦在LS-DYNA中建立了预载（如初始应力状态），程序就准备执行瞬态分析。产生预应力的温度和结构载荷也应该在TIME=0时施加，否则在它在搜索新的平衡状态时结构将会变得不稳定。•在TIME=0以后，载荷可以改变。然而，如果用了预加热载荷，在瞬态动力分析中温度必须保持恒定。目前的这个限制并不是很苛刻的，因为极快的热量变化并不多见。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-5隐式－显式顺序求解...概述•热隐式－显式顺序求解也可以实现。来自传热分析的温度在TIME=0时施加在显式动力求解中，而不先进行结构预载分析。也就是说一直没有写drelax文件，因为并没有由隐式分析来求解由于热膨胀而引起的节点位移。•这种类型的分析可能导致一个不真实的热冲击行为。达到平衡以前，结构将会发生很大的震动，并经历很大的塑性应变。然而如果通过设置ALPX=0将这种热膨胀忽略，这种类型的分析将是非常有用的。例如一个单一材料的模型(如BISO)可以用来描述温度相关的弹性模量，而代替使用多重材料定义…•后面的章节将集中在采用预载的隐式—显式顺序求解(即利用drelax文件进行求解)ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-6隐式－显式顺序求解B.应用。不像显式－隐式顺序求解局限于金属的成形过程，隐式－显式顺序求解可以用在一个部件的预应力状态会影响它的动力学响应的更为广阔的工程应用领域。•很多用ANSYS/LS-DYNA模拟的结构存在预应力。如果你不能确定预应力是否会影响系统的动力响应，最好采用隐式－显式顺序求解。•下面的几个幻灯片说明运用隐式－显式顺序求解的一些领域。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-7隐式－显式顺序求解..应用旋转机械:•涡轮:–叶片断裂–圆盘的破裂–外部物体的破环–装配载荷–轴承载荷–热载荷•轮子•轮胎ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-8隐式－显式顺序求解...应用压力容器:•初始环向应力和热载荷螺栓连接•计算有预载的法兰动力响应ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-9隐式－显式顺序求解...应用有加工预应力的部件•击伤的高尔夫球•由不同材料组成的复合材料，比如高级的棒球杆ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-10隐式－显式顺序求解C.必要的过程•进行隐式－显式顺序求解的过程可以概括为以下几步：1.求解分析的隐式部分，从而得到预载2.改变现在的文件名进行显式求解部分3.将隐式单元改为相应的显式单元4.更新单元的关键选项，实常数，材料属性等5.去除施加在隐式分析上的多余约束6.将隐式求解中得到的节点位移写入drelax文件7.通过drelax文件，为显式求解进行几何模型的初始化8.为显式求解施加附加的载荷9.求解该分析的显式部分.下面将详细讨论上面的每一步ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-11隐式－显式顺序求解...必要的过程第一步:求解分析的隐式部分(预加载荷):有几个关于预载分析的要求和建议:–为隐式求解定义特定的文件名(如,Jobname1).–隐式求解的单元应该和显式求解的单元相匹配，这些单元包括LINK8,BEAM4,SHELL181,SOLID185,COMBIN14,MASS21,andLINK10。也可用其他一些单元，但是用这些单元最容易实现从隐式到显式的转变。–隐式单元组中没有列出与PLANE162相匹配的单元，因为这个显式动力学单元还不支持drelax文件，而只有采用这个文件才能执行预加载几何模型的应力初始化。–如果在隐式求解中运用了非匹配单元，它们必须与被转变的显式单元具有相同的节点数，因此，具有中间节点的单元不能用在这里。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-12隐式－显式顺序求解...必要的过程第一步:求解分析的隐式部分(预载)(继续):–在隐式求解中要定义全部的节点和单元—包括那些只在显式求解中使用的单元。应该约束这些额外的单元(比如在鸟撞分析中的鸟或者在跌落分析中的刚性地面)的所有自由度，从而使的它们在隐式求解中刚体位移得到完全约束。–隐式分析应该处理路径无关的线弹性材料，因为初始应力状态不是直接输入到LS-DYNA。而是在drelax文件中的位移被用来产生预载，这更进一步地表明在隐式求解中只允许发生小应变。–在进行隐式求解以后，保存数据到工作文件(如Jobname1.db)，并且核实预载结果。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-13隐式－显式顺序求解...必要的过程第二步:改变目前的工作文件名:•为了防止显式求解的结果覆盖隐式求解的结果:UtilityMenuFileChangeJobnameJobname2…第三步：转换隐式单元到显式单元:•如果只用了相应的隐式单元组,可以用ETCHG,ITE命令将隐式单元转换到与它们相对应的显式单元•PreprocessorElementTypeSwitchElemType…ImplictoExplicImplicitLINK8=ExplicitLINK160ImplicitBEAM4=ExplicitBEAM161ImplicitSHELL181=ExplicitSHELL163ImplicitSOLID185=ExplicitSOLID164ImplicitCOMBIN14=ExplicitCOMBI165ImplicitMASS21=ExplicitMASS166ImplicitLINK10=ExplicitLINK167ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-14隐式－显式顺序求解...必要的过程第三步:将单元从隐式转换到显式(续):•如果使用了非对应的单元，使用ETCHG,ITE命令不能自动地将它们转变，而是用EMODIF命令手动将它们转变。PreprocessorMove/Modify-Elements-ModifyAttribSelectelementstobemodifiedElemType–TYPE(STLOCfield)TYPE参考号与显式单元关联•LINK160,BEAM161,andLINK167单元都需要第三个节点（方向点）,所以如果相应的隐式单元只定义了端点，那么必须增加第三个节点。在手动地定义了方向(N命令)点后,用EMODIF命令完成由ETCHG,ITE命令开始的定义：PreprocessorMove/Modify-Elements-ModifyNodesSelectelementstobemodifiedSTLOC=3I1=3rdnodeExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-15隐式－显式顺序求解...必要的过程第四步：更新单元的关键选项，实常数和材料属性等:•当单元类型由隐式转变到显式的时候只保留单元的属性号（MAT,TYPE,andREAL），而这些属性对应的值设置为缺省值。在用KEYOPT,R,andMP命令重新设置这些值时要保持一致，例如，对SOLID164设置KEYOPT(1)=0来匹配SOLID185的KEYOPT(2)=1。•添加塑性材料(TB命令)或者其他任何一种你所需要的非线性材料。先前的隐式的预载荷分析只允许定义线性材料，但是接下来的瞬态动力分析中不只限于线弹性领域。•LS-DYNA将会在大变形假设下运行,因此，不需要其它的额外设置。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016309-16隐式－显式顺序求解...必要的过程第五步：释放多余的约束:•在隐式求解的过程中，显式求解所要用的节点和单元被完全地约束了自由度，(如鸟撞实验中的鸟)。现在必须用DDELE命令释放所有这些多余的约束。SolutionConstraintsDelete…第六步：向drelax文件写节点位移:•正如前面所讨论的，初始应力状态不是直接输入到LS--DYNA中的，而是LS--DYNA通过执行对特定几何模型应力初始化来重新生成隐式预载结果。•REXPORT命令向LS-DDYNAASCI