Ls-dyna隱式-顯式順序求解

Ls-dyna隱式-顯式順序求解Ls-dyna隱式-顯式順序求解Ls-dyna隱式-顯式順序求解隱式－顯式順序求解

A：概述正如前面所講的，顯式方法在處理非常短時(shí)間內(nèi)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題時(shí)是理想的，但是，在處理靜態(tài)問題時(shí)就沒有隱式求解方法那么有效。因此，在模擬靜態(tài)預(yù)載后的瞬態(tài)事件時(shí)，我們結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)執(zhí)行隱式—顯式順序求解。

ANSYS隱式方法用來求解靜載荷問題，可以定義熱和結(jié)構(gòu)預(yù)載。從本質(zhì)上說，隱式求解的變形被寫入ASCII的drelax文件中。接著ANSYS/LS-DYNA讀入這些變形，并且對(duì)描述的幾何模型進(jìn)行應(yīng)力初始化。也就是說，LS-DYNA將原始的結(jié)構(gòu)變?yōu)閐relax文件所定義的變形形狀。它在這個(gè)“動(dòng)力松弛”的最后階段施加很大的阻尼來消除動(dòng)能。因此LS-DYNA與其說是輸入隱式求解的應(yīng)力不如說是重新生成它們（基于最后的靜態(tài)構(gòu)形）。2021/2/42隱式－顯式順序求解

A：概述正如前面所講的，顯式方法在處理非常短時(shí)間內(nèi)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題時(shí)是理想的，但是，在處理靜態(tài)問題時(shí)就沒有隱式求解方法那么有效。因此，在模擬靜態(tài)預(yù)載后的瞬態(tài)事件時(shí)，我們結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)執(zhí)行隱式—顯式順序求解。

ANSYS隱式方法用來求解靜載荷問題，可以定義熱和結(jié)構(gòu)預(yù)載。從本質(zhì)上說，隱式求解的變形被寫入ASCII的drelax文件中。接著ANSYS/LS-DYNA讀入這些變形，并且對(duì)描述的幾何模型進(jìn)行應(yīng)力初始化。也就是說，LS-DYNA將原始的結(jié)構(gòu)變?yōu)閐relax文件所定義的變形形狀。它在這個(gè)“動(dòng)力松弛”的最后階段施加很大的阻尼來消除動(dòng)能。因此LS-DYNA與其說是輸入隱式求解的應(yīng)力不如說是重新生成它們（基于最后的靜態(tài)構(gòu)形）。2021/2/42由于路徑相關(guān)的數(shù)據(jù)不是直接從靜態(tài)分析輸入到LS－DYNA中，隱式求解只能包括線彈性和小應(yīng)變的情況。這不是很大的限制，由于大多數(shù)預(yù)載都屬于此類。對(duì)指定幾何模型的應(yīng)力初始化(EDDRELAX,ANSYS)并不是真正的動(dòng)力松弛分析。他們都用阻尼將動(dòng)能減小為零并在完成分析后將時(shí)間重置為零（即在瞬態(tài)過程開始前使用虛擬時(shí)間），但是前者基于包含在動(dòng)力松弛文件（drelax)中的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移已經(jīng)知道最終的變形會(huì)是何種情形。真正的動(dòng)力松弛分析(EDDRELAX,DYNA)當(dāng)增加阻尼時(shí)定期地檢查系統(tǒng)的動(dòng)能?？梢允褂脦讉€(gè)未用于指定幾何模型的應(yīng)力初始化的收斂性判斷特征。隱式－顯式順序求解

...概述2021/2/43隱式－顯式順序求解

...概述由于ANSYS隱式方法比LS-DYNA方法更適于靜態(tài)分析，并且由于本章只關(guān)心隱式－顯式順序求解，對(duì)預(yù)載荷的討論集中在指定幾何模型的應(yīng)力初始化的執(zhí)行上。因此，更多的關(guān)于真正動(dòng)力松馳分析的內(nèi)容，請(qǐng)參考ANSYS-DYNA用戶指南第四章動(dòng)力學(xué)松弛部分。一旦在LS-DYNA中建立了預(yù)載（如初始應(yīng)力狀態(tài)），程序就準(zhǔn)備執(zhí)行瞬態(tài)分析。產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的溫度和結(jié)構(gòu)載荷也應(yīng)該在TIME=0時(shí)施加，否則在它在搜索新的平衡狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)將會(huì)變得不穩(wěn)定。在TIME=0以后，載荷可以改變。然而，如果用了預(yù)加熱載荷，在瞬態(tài)動(dòng)力分析中溫度必須保持恒定。目前的這個(gè)限制并不是很苛刻的，因?yàn)闃O快的熱量變化并不多見。2021/2/44隱式－顯式順序求解

...概述熱隱式－顯式順序求解也可以實(shí)現(xiàn)。來自傳熱分析的溫度在TIME=0時(shí)施加在顯式動(dòng)力求解中，而不先進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)載分析。也就是說一直沒有寫drelax文件，因?yàn)椴]有由隱式分析來求解由于熱膨脹而引起的節(jié)點(diǎn)位移。這種類型的分析可能導(dǎo)致一個(gè)不真實(shí)的熱沖擊行為。達(dá)到平衡以前，結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生很大的震動(dòng)，并經(jīng)歷很大的塑性應(yīng)變。然而如果通過設(shè)置ALPX=0將這種熱膨脹忽略，這種類型的分析將是非常有用的。例如一個(gè)單一材料的模型(如BISO)可以用來描述溫度相關(guān)的彈性模量，而代替使用多重材料定義…后面的章節(jié)將集中在采用預(yù)載的隱式—顯式順序求解(即利用drelax文件進(jìn)行求解)2021/2/45隱式－顯式順序求解

B.應(yīng)用。不像顯式－隱式順序求解局限于金屬的成形過程，隱式－顯式順序求解可以用在一個(gè)部件的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)會(huì)影響它的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的更為廣闊的工程應(yīng)用領(lǐng)域。很多用ANSYS/LS-DYNA模擬的結(jié)構(gòu)存在預(yù)應(yīng)力。如果你不能確定預(yù)應(yīng)力是否會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，最好采用隱式－顯式順序求解。下面的幾個(gè)幻燈片說明運(yùn)用隱式－顯式順序求解的一些領(lǐng)域。2021/2/46隱式－顯式順序求解

..應(yīng)用旋轉(zhuǎn)機(jī)械:渦輪:葉片斷裂圓盤的破裂外部物體的破環(huán)裝配載荷軸承載荷熱載荷輪子輪胎2021/2/47隱式－顯式順序求解

...應(yīng)用壓力容器:初始環(huán)向應(yīng)力和熱載荷螺栓連接計(jì)算有預(yù)載的法蘭動(dòng)力響應(yīng)2021/2/48隱式－顯式順序求解

...應(yīng)用有加工預(yù)應(yīng)力的部件擊傷的高爾夫球由不同材料組成的復(fù)合材料，比如高級(jí)的棒球桿2021/2/49隱式－顯式順序求解

C.必要的過程進(jìn)行隱式－顯式順序求解的過程可以概括為以下幾步：1.求解分析的隱式部分，從而得到預(yù)載2.改變現(xiàn)在的文件名進(jìn)行顯式求解部分3.將隱式單元改為相應(yīng)的顯式單元4.更新單元的關(guān)鍵選項(xiàng)，實(shí)常數(shù)，材料屬性等5.去除施加在隱式分析上的多余約束6.將隱式求解中得到的節(jié)點(diǎn)位移寫入drelax

文件7.通過drelax

文件，為顯式求解進(jìn)行幾何模型的初始化8.為顯式求解施加附加的載荷9.求解該分析的顯式部分.下面將詳細(xì)討論上面的每一步2021/2/410隱式－顯式順序求解

...必要的過程第一步:求解分析的隱式部分(預(yù)加載荷):有幾個(gè)關(guān)于預(yù)載分析的要求和建議:為隱式求解定義特定的文件名(如,Jobname1).隱式求解的單元應(yīng)該和顯式求解的單元相匹配，這些單元包括LINK8,BEAM4,SHELL181,SOLID185,COMBIN14,MASS21,andLINK10。也可用其他一些單元，但是用這些單元最容易實(shí)現(xiàn)從隱式到顯式的轉(zhuǎn)變。隱式單元組中沒有列出與PLANE162相匹配的單元，因?yàn)檫@個(gè)顯式動(dòng)力學(xué)單元還不支持drelax文件，而只有采用這個(gè)文件才能執(zhí)行預(yù)加載幾何模型的應(yīng)力初始化。如果在隱式求解中運(yùn)用了非匹配單元，它們必須與被轉(zhuǎn)變的顯式單元具有相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)，因此，具有中間節(jié)點(diǎn)的單元不能用在這里。2021/2/411隱式－顯式順序求解

...必要的過程第一步:求解分析的隱式部分(預(yù)載)(繼續(xù)):在隱式求解中要定義全部的節(jié)點(diǎn)和單元—包括那些只在顯式求解中使用的單元。應(yīng)該約束這些額外的單元(比如在鳥撞分析中的鳥或者在跌落分析中的剛性地面)的所有自由度，從而使的它們?cè)陔[式求解中剛體位移得到完全約束。隱式分析應(yīng)該處理路徑無關(guān)的線彈性材料，因?yàn)槌跏紤?yīng)力狀態(tài)不是直接輸入到LS-DYNA。而是在drelax文件中的位移被用來產(chǎn)生預(yù)載，這更進(jìn)一步地表明在隱式求解中只允許發(fā)生小應(yīng)變。在進(jìn)行隱式求解以后，保存數(shù)據(jù)到工作文件(如Jobname1.db)，并且核實(shí)預(yù)載結(jié)果。2021/2/412隱式－顯式順序求解

...必要的過程第二步:改變目前的工作文件名:為了防止顯式求解的結(jié)果覆蓋隱式求解的結(jié)果:

UtilityMenu>File>ChangeJobname>Jobname2…第三步：轉(zhuǎn)換隱式單元到顯式單元:如果只用了相應(yīng)的隱式單元組,可以用ETCHG,ITE命令將隱式單元轉(zhuǎn)換到與它們相對(duì)應(yīng)的顯式單元Preprocessor>ElementType>SwitchElemType…>ImplictoExplicImplicitLINK8 => ExplicitLINK160ImplicitBEAM4 => ExplicitBEAM161ImplicitSHELL181 => ExplicitSHELL163ImplicitSOLID185 => ExplicitSOLID164ImplicitCOMBIN14 => ExplicitCOMBI165ImplicitMASS21 => ExplicitMASS166ImplicitLINK10 => ExplicitLINK1672021/2/413隱式－顯式順序求解

...必要的過程第三步:將單元從隱式轉(zhuǎn)換到顯式(續(xù)):如果使用了非對(duì)應(yīng)的單元，使用ETCHG,ITE命令不能自動(dòng)地將它們轉(zhuǎn)變，而是用EMODIF命令手動(dòng)將它們轉(zhuǎn)變。

Preprocessor>Move/Modify>-Elements-ModifyAttrib> Selectelementstobemodified>ElemType–TYPE(STLOCfield)>

TYPE參考號(hào)與顯式單元關(guān)聯(lián)LINK160,BEAM161,andLINK167單元都需要第三個(gè)節(jié)點(diǎn)（方向點(diǎn)）,所以如果相應(yīng)的隱式單元只定義了端點(diǎn)，那么必須增加第三個(gè)節(jié)點(diǎn)。在手動(dòng)地定義了方向(N命令)點(diǎn)后,用EMODIF命令完成由ETCHG,ITE命令開始的定義：

Preprocessor>Move/Modify>-Elements-ModifyNodes> Selectelementstobemodified>STLOC=3>I1=3rdnode2021/2/414隱式－顯式順序求解

...必要的過程第四步：更新單元的關(guān)鍵選項(xiàng)，實(shí)常數(shù)和材料屬性等:當(dāng)單元類型由隱式轉(zhuǎn)變到顯式的時(shí)候只保留單元的屬性號(hào)（MAT,TYPE,andREAL），而這些屬性對(duì)應(yīng)的值設(shè)置為缺省值。在用KEYOPT,R,andMP命令重新設(shè)置這些值時(shí)要保持一致，例如，對(duì)SOLID164設(shè)置KEYOPT(1)=0來匹配SOLID185的KEYOPT(2)=1。添加塑性材料(TB命令)或者其他任何一種你所需要的非線性材料。先前的隱式的預(yù)載荷分析只允許定義線性材料，但是接下來的瞬態(tài)動(dòng)力分析中不只限于線彈性領(lǐng)域。

LS-DYNA將會(huì)在大變形假設(shè)下運(yùn)行,因此，不需要其它的額外設(shè)置。2021/2/415隱式－顯式順序求解

...必要的過程第五步：釋放多余的約束:在隱式求解的過程中，顯式求解所要用的節(jié)點(diǎn)和單元被完全地約束了自由度，(如鳥撞實(shí)驗(yàn)中的鳥)?，F(xiàn)在必須用DDELE命令釋放所有這些多余的約束。 Solution>Constraints>Delete…第六步：向drelax文件寫節(jié)點(diǎn)位移:正如前面所討論的，初始應(yīng)力狀態(tài)不是直接輸入到LS--DYNA中的，而是LS--DYNA通過執(zhí)行對(duì)特定幾何模型應(yīng)力初始化來重新生成隱式預(yù)載結(jié)果。REXPORT命令向LS-DDYNAASCIIdrelax文件寫平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)位移（和溫度）

Solution>Constraints>ReadDisp…2021/2/416隱式－顯式順序求解

...必要的過程對(duì)于缺省值，最后一個(gè)載荷步和子步的結(jié)果將被讀入。寫入drelax文件的溫度將不再被LS-DYNA使用，然而，它們必須被寫入.K輸入文件中，這個(gè).K輸入文件是由ANSYS/LS-DYNA的EDWRITE或SOLVE命令自動(dòng)生成的。這一章的練習(xí)題正是這一方面的例子…僅僅寫出drelax文件不能指導(dǎo)LS-DYNA對(duì)指定的模型進(jìn)行應(yīng)力初始化，還需要運(yùn)用另外一個(gè)命令來指導(dǎo)程序重新生成預(yù)載…“獲取隱式分析的結(jié)果并寫入drelax文件中進(jìn)行LS-DYNA顯式分析”第六步：向drelax文件寫節(jié)點(diǎn)位移:(續(xù)):2021/2/417隱式－顯式順序求解

...必要的過程第七步：初始化幾何模型:ANSYS的EDDRELAX命令指導(dǎo)LS-DYNA讀入drelax文件并且對(duì)指定的模型進(jìn)行應(yīng)力初始化

Solution>AnalysisOptions>DynamicRelax…>ANSYS>OKLS-DYNA使用強(qiáng)阻尼來減少由初始的結(jié)構(gòu)變成最后的隱式結(jié)果所產(chǎn)生的動(dòng)能。這個(gè)所謂的“動(dòng)力松馳”階段很快重建預(yù)載，因?yàn)樽罱K的變形是已知的。

ANSYS選項(xiàng)等同于對(duì)指定的幾何進(jìn)行應(yīng)力初始化，所以EDDRELAX命令的其它選項(xiàng)將被忽略。它們只用于EDDRELAX,DYNA。2021/2/418隱式－顯式順序求解

...必要的過程第七步：初始化幾何模型:(續(xù)):EDDRELAX,ANSYS命令在求解時(shí)發(fā)布LS-DYNA命令行選項(xiàng)m=drelax

lsdyna60i=Jobname2.Km=drelaxpr=ANE3FLDS關(guān)閉動(dòng)力學(xué)松弛要求，用命令EDDRELAX,OFF: Solution>AnalysisOptions>DynamicRelax…>OFF>OK第八步：施加附加載荷:

EDLOAD和EDVEL命令用來給瞬態(tài)分析部分施加附加的載荷.在對(duì)指定的模型進(jìn)行應(yīng)力初始化時(shí),EDLOAD命令PHASE的值應(yīng)該被設(shè)為零（只限于瞬態(tài)分析），盡管虛擬動(dòng)力松馳被執(zhí)行。2021/2/419隱式－顯式順序求解

...必要的過程第八步：施加附加載荷(續(xù)):

為了得到旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的正確的初速度PHASE設(shè)置，采用EDVEL,VGEN命令中的節(jié)點(diǎn)組元不能同時(shí)包含變形體和剛性體的節(jié)點(diǎn)。也就是說，這兩種類型的單元必須分開，因?yàn)長(zhǎng)S—DYNA在計(jì)算初始切向速度時(shí)是基于變形體的新半徑和剛性體的舊半徑。瞬態(tài)分析部分的載荷曲線在時(shí)間為零時(shí)應(yīng)與預(yù)載相匹配，這只是一個(gè)常識(shí)。預(yù)加載荷已經(jīng)導(dǎo)致變形，因此他必須在瞬態(tài)分析的初始時(shí)刻施加在適當(dāng)?shù)奈恢靡员３纸Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。否則，結(jié)構(gòu)將振動(dòng)直到達(dá)到新的平衡。2021/2/