AUTODYN基础教程一

1-12020/9/24ANSYSAUTODYN基础教程一添加标题1-22020/9/24AUTODYN课程安排第一天：ANSYS产品介绍AUTODYN简介AUTODYN界面一般问题分析过程第二天：Lagrange求解器模型生成Lagrange之间的作用第三天：Euler求解器起爆设置流固耦合第四天：特色技术材料模型第五天：ALE求解器SPH求解器SPH与Lagrange作用(注)上课安排：上午主要用来讲课，配以课堂练习；下午继续未讲完的内容，然后做当日练习，并就当日的内容进行答疑。上课时间：上午09：30—12：00下午13：30—17：00添加标题1-32020/9/24基础培训一•1、ANSYS产品介绍•2、AUTODYN简介•3、AUTODYN界面•4、一般问题的分析步骤添加标题1-42020/9/24ANSYS产品介绍•ANSYS是被世界各地各领域的工程师所广泛使用的有限元软件包:–结构–热–流体,包括CFD(计算流体动力学)–电场/静电–电磁•ANSYS应用的部分工业领域列表：ANSYS软件的主要功能–航空航天–核工业–石油化工–铁道–机械制造–能源–汽车交通–国防军工–电子及器具–土木工程–生物医学–水利添加标题1-52020/9/24ANSYS产品介绍•结构分析ANSYS软件的主要功能•结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反力。•静力分析–用于静力载荷条件–可以模拟诸如大变形、大应变、接触、塑性、超弹、蠕变等非线性行为添加标题1-62020/9/24ANSYS产品介绍•结构分析ANSYS软件的主要功能•动力学分析–包括质量和阻尼效应–模态分析计算固有频率及振型–谐响应分析确定结构对已知幅值和频率的正弦载荷的响应–瞬态动力学分析确定结构对随时间变化载荷的响应，可以包括非线性行为•其他结构功能–谱分析–随机振动–特征值屈曲–子结构,子模型–疲劳、断裂力学、复合材料添加标题1-72020/9/24ANSYS产品介绍•结构分析ANSYS软件的主要功能•显示动力学ANSYS/LS-DYNA–侧重惯性力占主导的大变形模拟–用于模拟冲击、碰撞、跌落、爆炸、快速成型等高度非线性问题添加标题1-82020/9/24ANSYS产品介绍•热分析ANSYS软件的主要功能•热分析用于确定物体的温度分布。其他感兴趣的包括热损失或获得的量，热梯度、热通量等也可以获得。•所有三种主要的传热方式都可以模拟：传导、对流及辐射•稳态–时间相关效应可以忽略•瞬态–确定温度等时间相关的量–可以模拟相变(熔化或凝固)添加标题1-92020/9/24ANSYS产品介绍•电磁分析ANSYS软件的主要功能•电磁分析用于计算电磁装置的电磁场•静态及低频电磁场–模拟直流电源操作装置，低频AC或低频瞬态信号–例如:螺线管制动器、电机、变压器–感兴趣的量如磁通量密度、场强磁力及磁矩、阻抗、电感、涡流、功率损失及通量泄漏等。添加标题1-102020/9/24ANSYS产品介绍•电磁分析ANSYS软件的主要功能•高频电磁场–模拟装置的电磁波传播–例如:微波及RFpassive部件,波导,同轴连结器–感兴趣的量包括S-参数，Q-因子,返回损失，电介质和传导损失，及电场和磁场同轴电缆中的电场(EFSUM)添加标题1-112020/9/24ANSYS产品介绍•流体分析ANSYS软件的主要功能•计算流体动力学(CFX)–确定流体的流动及温度分布–ANSYS/CFX–应用:航空航天,电子封装，汽车设计–典型量包括速度、压力、温度及对流换热系数足球上的压力分布导管中的流速飞机气动分析添加标题1-122020/9/24ANSYS产品介绍•耦合场分析ANSYS软件的主要功能•耦合场分析考虑两种或多于两种场之间的相互作用。每一种场都依赖于另一种场使得不可能对每个场单独求解，因此需要一个能够将物理问题综合在一起考虑计算的程序。•例如:–热应力分析–压电分析(电及结构)–声学(流体及结构)–热－电分析–导热(磁和热)–静电－结构分析双金属杆由于加热产生变形添加标题1-132020/9/24ANSYS产品介绍•世界顶级前后处理器ICEMCFD–几何处理/修补/简化–表面网格–四面体/高级六面体网格–网格编辑与修改–输出所有CAE/CFD格式六面体网格抽中面结构网格网格加密和粗化添加标题1-142020/9/24ANSYS产品介绍全自动六面体网格Boeing747byFAA添加标题1-152020/9/24多学科优化•多学科流程集成；•多目标优化；•六西格玛设计。重量轻成本低RCS小升力大阻力小内力小应力小CAD模型重量估算成本估算全局变量网格模型隐身计算气动计算强度计算重量成本RCS升力阻力应力内力新方案压力ANSYSDesignXplorer概念设计多学科优化6Sigma设计自动循环多目标优化添加标题1-162020/9/24Workbench技术构架仿真技术集成仿真流程集成多学科优化AppletGeneratorCAD数据管理产品数据Workbench用户环境-Ansoft-Simlab-EASY5-MatLab-Mathcad-Excel-......-Nastran-Abaqus-Ls-Dyna-DADS-ADAMS-StarCD-Fluent-Multiphysics-Mechanical-CFX/CART3D-AUTODYN-EMAG/FEKO-Fe-safe/CivilFEM-ASAS/AQWA-……WBDB⊕MCAD⊕EDA⊕控制系统CAD系统-Pro/E-Unigraphics-Catia-Inventor-Mentor-CadenceANSYSAPI智力资源库虚拟样机库数据库管理PDM/PLM-用户算法-重量估算-成本估算-规范演算-……第三方程序用户程序仿真数据添加标题1-172020/9/24基础培训一•1、ANSYS产品介绍•2、AUTODYN简介•3、AUTODYN界面•4、一般问题的分析步骤添加标题1-182020/9/24AUTODYN发展概述AUTODYN由美国CenturyDynamics公司于1985年开发成功，该软件从开发至今一直致力于军工行业的研发。2005年1月该公司加盟ANSYS公司，现正融入ANSYS协同仿真平台；1995开发出高精度Euler-FCT、Euler-Godunov求解器，专门用来模拟爆炸冲击波的传递；2000引入由欧洲航空局开发的SPH求解器，专门用来模拟超高速条件下的接触碰撞分析；在国际军工行业占据80％以上市场。添加标题1-192020/9/24国防*内、外弹道学*成形装药设计*冲击波形成与传播*动能和化学能战斗部*装甲、反装甲及冲击引爆*空气、水（中）以及地下爆炸*结构加载、相互作用以及响应AUTODYN行业应用石油*液体晃动*完井射孔*事故模拟*冲击面板设计*爆炸切割航空航天*鸟撞*导弹拦截*宇宙垃圾碰撞*冲击，爆炸以及冲击波加载制造业*材料成形*刀具设计运输*防撞性及乘员动力学*轮船碰撞*车或隧道内的爆炸冲击*安全性能源*免试运行*管道振动、移动*喷气机、导弹冲击*流固耦合添加标题1-202020/9/24blasteffectonbuildingfragmentationwarheadhypervelocityimpactshapedchargeintowaterKEPpenetrationintoconcretehydraulicRAMbulletimpactreinforcedconcreteimpactlauncherstageseparationBlast-StructureInteractionAUTODYN应用实例ExplosivelyFormedProjectile添加标题1-462020/9/24材料的碰撞响应典型的固体金属碰撞结果应变率碰撞速度(m/s)结果10-5蠕变10-5-10-1弹性10-1-10150主弹性101-10350-500主塑性103-105500-1000局部塑性，材料强度意义重大105-1061000-3000压强达到或超过材料强度106-1083000-12000压强多倍于材料强度10812000碰撞固体气化添加标题1-472020/9/24典型的碰撞现象速度低速高速变形全局局部响应时间ms-sus-ms应变0.5-10%50%应变率0.01-10s-110000s-1压强~sY10-100sY添加标题1-482020/9/24连续介质力学•连续介质运动方程：–质量守恒–动量守恒–能量守恒–材料模型–初始条件–边界条件•在AUTODYN中，这些方程通过显示积分和不同的求解技术来求解；•对于不同的求解器，方程都是相同的；具体的求解过程根据求解器而定。添加标题1-492020/9/24材料模型状态方程强度模型失效模型添加标题1-502020/9/24AUTODYN求解器类型LagrangeEulerALESPHShellBeam添加标题1-512020/9/24AUTODYN求解器•求解器使用技术：有限差分、有限体积、有限元和无网格粒子方法。•Lagrange*2D&3D3DParallel•ALE2D&3D3DParallel•Shell/Membrane*2D&3D3DParallel•Beam/Truss/Spring/Damper*3D3DParallel•SPH2D&3D3DParallel•Euler-FCT2D&3D3DParallel•Multi-MaterialEuler3D3DParallel•Fill3D***结构和非结构求解器**2D用拉格朗日添加标题1-522020/9/24•AUTODYN要求所有的数值技术将复杂的问题分解成有限的更小、更简单的问题，这个过程称为离散化过程；•方程离散化方法：–时间–空间•时间离散化对于所有的求解器是相同的；•不同的是空间离散化(比如：几何定义和数值积分)。离散化添加标题1-532020/9/24时间离散•整个求解时间域被分成若干个时间步长（经常是数千上万个）；•在AUTODYN中所有的求解器用显示积分方法：–根据前一个时间步长值通过积分求变量的值；–计算简单。添加标题1-542020/9/24空间离散•根据问题，需要将物理几何模型需要被分成许多个连续的或不连续的部分（单元、粒子）；•两种基本方案：–Lagrangian–依据材料,离散部分与材料一起移动；–Eulerian–依据空间，离散部分在空间上保持固定。•所有的求解器(SPH除外)用网格来离散几何模型；•网格定义节点(顶点)、边(线)和单元-连通性固定；•根据求解器，网格可以是结构化或非结构化网格；•SPH用粒子建立模型，每一个粒子通过核函数作用-连通性不固定。添加标题1-552020/9/24•Lagrange网格：基于Lagrangian方法拉格朗日网格网格在材料里面外面空间不需要网格添加标题1-562020/9/24•Euler网格：基于Eulerian方法网格固定在空间材料在网格中流动外面空间需要空物质网格欧拉网格添加标题1-572020/9/24•SPH：粒子(无网格)基于Lagrangian方法由粒子来组成几何模型外面空间不需要粒子SPH网格添加标题1-582020/9/24LagrangeEulerALESPH空间网格对比添加标题1-592020/9/24模型相关概念•Part–采用相同求解器的一组节点和单元的集合；–相同的求解器可以使用多个part；–可用于结构和非结构求解器。•component–可选择；–Part组；–一个component可以包含多个part。–用来帮助模型结构和参数设置•对多个part进行速度、初始条件和材料的设置；•边界条件的施加；•平移、旋转和放大/缩小多个part；•复制和删除多个part。•Group–其它实体的集合添加标题1-602020/9/24求解器之间的联合•每一次计算可以有多个PART；•同一个模型不同的PART之间以及模型与模型之间通过以下方式作用：–Join–La