ansys中顯式與隱式.doc

顯式與隱式方法對(duì)比：隱式時(shí)間積分不考慮慣性效應(yīng)（CandM）。在tt時(shí)計(jì)算位移和平均加速度：u=F/K。線性問(wèn)題時(shí)，無(wú)條件穩(wěn)定，可以用大的時(shí)間步。非線性問(wèn)題時(shí)，通過(guò)一系列線性逼近（NewtonRaphson）來(lái)求解；要求轉(zhuǎn)置非線性剛度矩陣k；收斂時(shí)候需要小的時(shí)間步；對(duì)于高度非線性問(wèn)題無(wú)法保證收斂。顯式時(shí)間積分用中心差法在時(shí)間t求加速度：a=(F(ext)-F(int)/M。速度與位移由：v=v0+at,u=u0+vt新的幾何構(gòu)型由初始構(gòu)型加上X=X0+U非線性問(wèn)題時(shí)，塊質(zhì)量矩陣需要簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)置；方程非耦合，可以直接求解；無(wú)須轉(zhuǎn)置剛度矩陣，所有的非線性問(wèn)題（包括接觸）都包含在內(nèi)力矢量中；內(nèi)力計(jì)算是主要的計(jì)算部分；無(wú)效收斂檢查；保存穩(wěn)定狀態(tài)需要小的時(shí)間步。關(guān)于文件組織：jobname.klsdyna輸入流文件，包括所有的幾何，載荷和材料數(shù)據(jù)jobname.rst后處理文件主要用于圖形后處理（post1），它包含在相對(duì)少的時(shí)間步處的結(jié)果。jobname.his在post26中使用顯示時(shí)間歷程結(jié)果，它包含模型中部分與單元集合的結(jié)果數(shù)據(jù)。時(shí)間歷程ASCII文件包含顯式分析額外信息，在求解之前需要用戶指定要輸出的文件，它包括：GLSTAT全局信息，MATSUM材料能量，SPCFORC節(jié)點(diǎn)約束反作用力，RCFORC接觸面反作用力，RBDOUT剛體數(shù)據(jù)，NODOUT節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，ELOUT單元數(shù)據(jù)在顯式動(dòng)力分析中還可以生成下列文件：D3PLOT類(lèi)似ansys中jobname.rstD3THDT時(shí)間歷程文件，類(lèi)似ansys中jobname.his關(guān)于單元：ANSYS/LSDYNA有7中單元（所有單元均為三維單元）:LINK160:顯式桿單元；BEAM161：顯式梁?jiǎn)卧?；SHELL163：顯式薄殼單元；SOLID164：顯式塊單元；COMBI165：顯式彈簧與阻尼單元；MASS166：顯式結(jié)構(gòu)質(zhì)量；LINK167:顯式纜單元顯式單元與ansys隱式單元不同：每種單元可以用于幾乎所有的材料模型。在隱式分析中，不同的單元類(lèi)型僅僅適用于特定的材料類(lèi)型。每種單元類(lèi)型有幾種不同算法，如果隱式單元有多種算法，則具有多個(gè)單元名稱(chēng)。所有的顯式動(dòng)力單元具有一個(gè)線性位移函數(shù)，目前尚沒(méi)有具有二次位移函數(shù)的高階單元。每種顯式動(dòng)力單元缺省為單點(diǎn)積分。不具備額外形函數(shù)和中間節(jié)點(diǎn)的單元以及P單元。單元支持ansys/lsdyna中所有的非線性選項(xiàng)。簡(jiǎn)化積分單元的使用：一個(gè)簡(jiǎn)化積分單元是一個(gè)使用最少積分點(diǎn)的單元，一個(gè)簡(jiǎn)化積分塊單元具有在其中心的一個(gè)積分點(diǎn)；一個(gè)簡(jiǎn)化殼單元在面中心具有一個(gè)積分點(diǎn)。全積分塊與殼單元分別具有8個(gè)和4個(gè)積分點(diǎn)。在顯式動(dòng)力分析中最消耗CPU的一項(xiàng)就是單元處理。由于積分點(diǎn)的個(gè)數(shù)與CPU時(shí)間成正比，所有的顯式動(dòng)力單元缺省為簡(jiǎn)化積分。簡(jiǎn)化積分單元有兩個(gè)缺點(diǎn)：出現(xiàn)零能模式（沙漏）；應(yīng)力結(jié)果的精確度與積分點(diǎn)直接相關(guān)。沙漏：一種比結(jié)構(gòu)響應(yīng)高的多的頻率震蕩的零能變形模式。它在數(shù)學(xué)上是穩(wěn)定的，但在物理上是不可能的狀態(tài)。它們通常是沒(méi)有剛度，變形時(shí)候呈現(xiàn)鋸齒形網(wǎng)格。單點(diǎn)積分單元容易產(chǎn)生零能模式；它的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果無(wú)效，應(yīng)盡量避免和減小。如果總的沙漏能大于模型內(nèi)能的10，這個(gè)分析就有可能是失敗的。避免沙漏的方法：1，避免單點(diǎn)載荷，因?yàn)樗菀准ぐl(fā)沙漏。2，用全積分單元，全積分單元不會(huì)出現(xiàn)沙漏，用全積分單元定義模型的一部分或全部可以減少沙漏。3，全局調(diào)整模型體積粘性，可以通過(guò)使用EDBVIS命令來(lái)控制線性和二次系數(shù)，從而增大模型的體積粘性。4，全局增加彈性剛度，用命令EDHGLS增加沙漏系數(shù)。建議剛度系數(shù)不超過(guò)0.15。5，局部增加彈性剛度。有時(shí)只需要用EDMP，HGLS命令增加某些特定潮流或區(qū)域單元的剛度即可達(dá)到目的。使用單元注意：避免使用小的單元，以免縮小時(shí)間步長(zhǎng)。如果要用，則同時(shí)使用質(zhì)量縮放。減少使用三角形/四面體/棱柱單元。避免銳角單元與翹曲的殼單元，否則會(huì)降低計(jì)算精度。需要沙漏控制的地方使用全積分單元，全積分六面體單元可能產(chǎn)生體積鎖定（由于泊松比達(dá)到0.5）和剪切鎖定（例如，簡(jiǎn)支梁的彎曲）。關(guān)于PART：一個(gè)PART是具有相同的單元類(lèi)型，實(shí)常數(shù)和材料號(hào)組合的一個(gè)單元集。通常，Part是模型中的一個(gè)特定部分，在被賦予一個(gè)part ID號(hào)后，可以用于一些命令中。一些需要應(yīng)用part的操作：定義和刪除兩個(gè)實(shí)體之間的接觸（EDCGEN和EDCDELE）定義剛體載荷與約束（EDLOAD與EDCRB）讀取時(shí)間歷程材料數(shù)據(jù)（EDREAD）向模型的組元施加阻尼（EDDAMP）使用PART步驟：1，建立模型，直到遇到需要使用PART的命令。2，創(chuàng)建PART列表（EDPART,CREATE）并列出（EDPART,LIST）。3，使用列表中適當(dāng)?shù)腜ART號(hào)。4，在以后的模型中需要使用PART的命令時(shí)，先更新（EDPART,UPDATE）和列表（EDPART,LIST）當(dāng)前的PART。5，對(duì)于所有用到PART號(hào)的命令時(shí)重復(fù)步驟4。使用PART注意：如果使用EDPART，CREATE重復(fù)創(chuàng)建PART列表，PART列表被重復(fù)覆蓋，這有可能對(duì)先前定義的一些參考PART命令產(chǎn)生影響（如接觸等）。為了避免這種情況，可以使用update更新part列表。更新后的part不會(huì)改變part順序，它可以將新產(chǎn)生的單元加到相應(yīng)的part組中。用EDPART,UPDATE進(jìn)行part更新。關(guān)于材料模型相對(duì)于隱式分析，ANSYS/LSDYNA提供了implicit中不具備的特性：1，應(yīng)變率相關(guān)塑性模型。2，溫度敏感塑性材料。3，應(yīng)力和應(yīng)變失效準(zhǔn)則模型。4，空材料模型（如應(yīng)用于鳥(niǎo)撞）。5，狀態(tài)方程模型。概述：Linear Elastic: isotropic(with Fluid Option),Orthotropic,AnisotropicNonlinear Elastic: Blatz-Ko Rubber,Mooney-Riviln,ViscoelasticPlasticity: Rate Independent(3),Rate Sensitive(8)Foam: Isotropic,OrthotropicComposite DamageConcreteEquation of State: Temp.&strain rate dependent plasticity,Null materialsOther: Rigid bodies,Cables,Fluid線彈性：彈性（各向同性）：所有方向材料特性相同。大多數(shù)工程金屬都是各向同性的（如鋼鐵）。簡(jiǎn)單由DENS,EX,NUXY定義。正交各向異性：特性具有3各相互垂直的對(duì)稱(chēng)面。一般用9各獨(dú)立參數(shù)和DENS定義。定義需要根據(jù)特定的坐標(biāo)系來(lái)定義。各向異性：材料中各個(gè)點(diǎn)處的特性是獨(dú)立的。需要21個(gè)獨(dú)立參數(shù)和DENS定義。非線彈性：可以經(jīng)受大的可恢復(fù)的彈性變形Blatz-Ko:用于象橡膠一樣的可壓縮材料。泊松比ansys自動(dòng)設(shè)置為0.463，只需要DENS和GXY。材料響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能量密度函數(shù)確定。Mooney Rivlin:用于定義不可壓縮橡膠材料。需要輸入DENS,NUXY和Mooney-Rivlin常數(shù)C10和C01。為了保證不可以壓縮行為，NUXY的值設(shè)在0.49和0.5之間。材料響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能量密度函數(shù)確定。Viscoelastic:定義玻璃類(lèi)材料。需輸入G0,G,K等參數(shù)。塑性：有11中塑性模型，模型選擇取決于要分析的材料和可以得到的材料參數(shù)。要得到好的分析結(jié)果，需要使用精確的材料參數(shù)。塑性模型可分為3大類(lèi)位于不同的類(lèi)別內(nèi)的材料模型之間區(qū)別很大，但在一個(gè)類(lèi)別內(nèi)的材料模型差別不大，通常只是可獲得的材料參數(shù)不同。類(lèi)別1：各向同性材料應(yīng)變率無(wú)關(guān)塑性材料模型（3種）a，經(jīng)典雙線性隨動(dòng)硬化（BKIN）。b，經(jīng)典雙線性各向同性硬化（BISO）。c，彈性塑性流體動(dòng)力（HYDRO）。這些模型都用彈性模量（EX）和切線模量(ETAN)來(lái)表示材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)變率無(wú)關(guān)的模型通常用于象板金成型一類(lèi)的總的成型過(guò)程相對(duì)長(zhǎng)的計(jì)算中。所有3個(gè)模型可以用于大多數(shù)工程金屬材料。BKIN與BISO模型之間的唯一區(qū)別是硬化假設(shè)，隨動(dòng)硬化假定二次屈服在2y時(shí)出現(xiàn)，而等向硬化出現(xiàn)在2max。它們輸入?yún)?shù)類(lèi)似：DENS,EX,NUXY,Yield Stress（y），Tangent Modulus（Etan）HYDRO適用于經(jīng)受大變形乃至失效的材料，如果沒(méi)有指定有效的真實(shí)應(yīng)力與應(yīng)變，則認(rèn)為是等向硬化，需要指定Yield Stress（y），Tangent Modulus（Etan）。類(lèi)別2：各向同性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型（5種）。a，塑性隨動(dòng)（plastic kinematic）：帶有失效應(yīng)變的Cowper-Symonds模型。b，率敏感：帶有強(qiáng)度和硬化系數(shù)的Cowper-SymondS模型。c，分段線性：帶有多線性曲線和失效應(yīng)變的Cowper-Symonds。d，率相關(guān)：用載荷曲線和失效應(yīng)力定義的應(yīng)變率。e，冪法則：用于超塑性成型的Ramburgh-Osgood模型。模型ac使用CowperSymonds模型在應(yīng)變率的基礎(chǔ)上縮比屈服應(yīng)力。由于彈性模量，屈服應(yīng)力，切線模量和失效應(yīng)力都可以作為應(yīng)變的函數(shù)輸入，模型2d是最普通的應(yīng)變率模型。模型ad可以用于一般的金屬和各向同性材料塑性成型分析。模型e是專(zhuān)用于超塑性成型的特殊材料模型。類(lèi)別3：各向異性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型（3種）。使用材料注意：對(duì)于每種單元類(lèi)型，未必能夠使用所有的材料模型，因此使用時(shí)要參考單元手冊(cè)來(lái)確認(rèn)可以用哪種模型。對(duì)于每種材料模型，并非所有的常數(shù)與選項(xiàng)都要輸入。在定義材料屬性時(shí)，確保使用一致的單位制，不正確的單位制不僅會(huì)影響材料的響應(yīng)，而且會(huì)影響接觸剛度的計(jì)算。不要低估準(zhǔn)確材料數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)果的重要性，盡量花費(fèi)額外的時(shí)間與金錢(qián)去獲得準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)。關(guān)于邊界條件，載荷與剛體載荷與邊界條件概述與大多數(shù)隱式分析不同，顯式分析中所有的載荷都必須作為時(shí)間函數(shù)施加。因此，在顯式分析中只能 通過(guò)定義數(shù)組參數(shù)來(lái)施加載荷，一列為時(shí)間值，另一列為載荷值。耦合（CP）與約束方程命令集（CE）在顯式分析中僅對(duì)位移和旋轉(zhuǎn)自由度有效，在大變形分析時(shí)使用CP和CE要注意。初始速度（EDIVELO）與剛體定義（EDMP,RIGID）是顯式分析所獨(dú)有的。施加載荷時(shí)，如果不定義時(shí)間與載荷軸，可以使用預(yù)先定義的載荷曲線LCID（via EDCURVE）來(lái)定義載荷。可以使用SCALE系數(shù)對(duì)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行放縮。定義完載荷曲線后，可以用EDPL畫(huà)一下確認(rèn)。可以通過(guò)solutionloading options。得到載荷的參考號(hào)。與隱式不同，lsdyna區(qū)分零約束與非零約束，所有的非零約束被處理為載荷（EDLOAD）。只有零約束可以使用D命令，因?yàn)樗挥脕?lái)固定模型的一部分。除了標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)約束，可以用EDNROT命令施加旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)約束。constrainsapplyrotated nodal用EDBOUND命令可以使用滑移和循環(huán)對(duì)稱(chēng)，能大大減少模型尺寸。需要一個(gè)無(wú)限域時(shí)候，為限制模型規(guī)模，可使用非反射邊界條件來(lái)表示（只能用SOLID164）。非反射邊界阻止應(yīng)力波從模型的邊界反射。要定義非反射邊界時(shí)，首先創(chuàng)建物體外表面節(jié)點(diǎn)的組元，然后EDNB命令施加非反射邊界，可以指定沿著指定的組元是否消除膨脹波與剪切波的反射。solutionconstraintsapplynon-refl bndry.瞬態(tài)動(dòng)力問(wèn)題，需要定義初始速度時(shí)候，用EDIVELO命令施加旋轉(zhuǎn)與平動(dòng)速度于節(jié)點(diǎn)組元上。注意：在相同節(jié)點(diǎn)組元上用EDIVELO命令定義初速度會(huì)覆蓋以往的定義。剛體定義模型中較硬的部分能夠大大減少顯式動(dòng)力分析的計(jì)算時(shí)間。，所有的剛體將自由度耦合在質(zhì)心，因此無(wú)論有多少節(jié)點(diǎn)，單個(gè)剛體PART只有6個(gè)自由度。質(zhì)量，質(zhì)心和慣性矩由程序根據(jù)剛體的體積與單元密度自動(dòng)計(jì)算。作用在剛體上的力與力矩在每個(gè)時(shí)間步由各節(jié)點(diǎn)值相加而成。剛體的運(yùn)動(dòng)首先在質(zhì)心處計(jì)算，然后轉(zhuǎn)換到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。剛體不需要網(wǎng)格連續(xù)。由于要計(jì)算接觸剛度，剛體材料參數(shù)值要用實(shí)際的值。由于約束應(yīng)該施加在剛體的質(zhì)心，所以輸入正確的轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)約束值是非常重要。利用EDLOAD給剛體施加位移和速度，但是所有的剛體載荷施加在part號(hào)上，而不是節(jié)點(diǎn)組元。兩個(gè)剛體可以利用EDCRB合并，使其行為一致。注意不要多次具有相同參考號(hào)的EDCRB命令。當(dāng)合并兩個(gè)剛體時(shí)，從剛體則屬于主剛體，任何以后對(duì)從剛體的參考都沒(méi)有意義。與ansys隱式不同，不用大的EX值來(lái)硬化某一部分，而使之成為剛體。需要輸入準(zhǔn)確的材料特性來(lái)計(jì)算接觸剛度。不能在剛體上的節(jié)點(diǎn)處施加約束（D命令）。所有的約束必須施加在剛體的質(zhì)心。兩個(gè)剛體不能共節(jié)點(diǎn)。但可用EDCRB命令來(lái)連接剛體。對(duì)模型中變形結(jié)果不重要的部分使用剛體，從而能夠大量地節(jié)約CPU時(shí)間。阻尼阻尼是在顯式動(dòng)力分析中阻止非真實(shí)震蕩的方法。質(zhì)量加權(quán)（alpha）和剛度加權(quán)（beta）阻尼可以用EDDAMP命令施加。當(dāng)part=all或指定了曲線ID時(shí)，模型自動(dòng)使用alpha damping。與質(zhì)量成比例的阻尼對(duì)于低頻率十分有效。當(dāng)Curve ID=O并且指定了阻尼常數(shù)，beta阻尼被用于特定的part。剛度阻尼對(duì)于高頻震蕩有效。點(diǎn)焊類(lèi)似于具有旋轉(zhuǎn)慣性的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的約束方程。節(jié)點(diǎn)之間的連接是無(wú)質(zhì)量和剛性的。節(jié)點(diǎn)不能重合，而且不能再有任何其他的約束?？梢杂脕?lái)模擬聯(lián)接失效。preprocessorlsdyna optnsspotwelds關(guān)于接觸ansys/lsdyna不使用單元定義接觸，使用接觸面定義。有22種的接觸類(lèi)型，為了選擇合適的接觸類(lèi)型，往往需要對(duì)接觸集合和算法有深入的理解。接觸算法是程序用來(lái)處理接觸面的方法。有3種：1，singel surface contact.2,nodes to surface contact.3,surface to surface contact一個(gè)接觸集合為具有特別相似特性的接觸類(lèi)型的集合。有9種：1,general 2,automatic 3,rigid 4,tied 5,tied with failure 6,eroding 7,edge 8,drawbead 9,forming單面接觸用于當(dāng)一個(gè)物體外表面與自身接觸或和另一個(gè)物體的外表面接觸時(shí)使用。是最通用的接觸類(lèi)型。程序會(huì)搜索模型中的所有外表面，檢查其間是否相互發(fā)生穿透。不需要定義接觸面與目標(biāo)面。大多數(shù)沖擊與碰撞問(wèn)題需要定義單面接觸。當(dāng)接觸面之間的穿透超過(guò)接觸單元厚度40時(shí)，單面接觸自動(dòng)釋放接觸，對(duì)下面問(wèn)題造成威脅。如：超薄部分，具有低剛度的軟體，高速運(yùn)動(dòng)物體之間的接觸。單面接觸在ASCII rcforc文件中不記錄所有的接觸反作用力，如果需要接觸反力，可以使用點(diǎn)到面或面到面的接觸。點(diǎn)面接觸發(fā)生在一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)碰到目標(biāo)面時(shí)。由于它是非對(duì)稱(chēng)的，所有是最快的算法，只考慮沖擊目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于點(diǎn)面接觸，必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)組元或PART號(hào)。當(dāng)使用點(diǎn)面接觸時(shí)，注意：平面與凹面為目標(biāo)面，凸面為接觸面。粗網(wǎng)格為目標(biāo)面，細(xì)網(wǎng)格為接觸面。對(duì)于drawbead接觸，壓延筋總是節(jié)點(diǎn)接觸面，工件為目標(biāo)面。當(dāng)一個(gè)面穿透另一個(gè)物體的面時(shí)，使用面面接觸算法。它完全對(duì)稱(chēng)，因此接觸面與目標(biāo)面選擇時(shí)任意的。也是要用節(jié)點(diǎn)組元和PART號(hào)來(lái)定義接觸面和目標(biāo)面的。節(jié)點(diǎn)可以從屬多個(gè)接觸面。自動(dòng)接觸與普通接觸的區(qū)別在于對(duì)殼單元接觸力的處理方式不同。普通接觸在計(jì)算接觸力時(shí)不考慮殼的厚度。自動(dòng)接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元的兩側(cè)。侵蝕接觸時(shí)當(dāng)單元可能失效時(shí)候使用。目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后，剩下的單元依然可以能夠考慮接觸。剛體接觸時(shí)，接觸RNTR和ROTR與NTS和OSTS類(lèi)似，除了前者是用線性剛度來(lái)阻止穿透，后者是采用用戶定義的力變形曲線來(lái)阻止穿透。變形體與剛體之間的接觸必須用automatic或eroding contacts。edge contact用于殼單元的法線與碰撞方向正交時(shí)。用EDCGEN，SE自動(dòng)選擇所有的邊線。固連接觸是接觸被粘在一起，當(dāng)網(wǎng)格互相不匹