跌落过程分析.

1、Drop Test of a Container 学科学科: LS-DYNA 分析类型分析类型: 显式动力学分析显式动力学分析 使用的单元类型使用的单元类型: SHELL163 Problem Specification Problem Description Define Analysis Type Input Geometry Define Element Type, Real Constants, Material Model Properties Generate Mesh Apply Loads Obtain Solution Review Results 问题描述 这是一个铝盒跌落

2、到钢板平面的动力学分析，如下所述，盒子是一个五边正方体，每边为20inch长和0.1inch厚。它已在X，Y，Z的每个轴向转动了450，板上部是边长100inch，厚度为0.1inch的方钢板。作用在盒子上的力仅为其只身重量。它从72inch 高处落下。这是一个典型的跌落试验。问题的目的是验证ANSYS/LS-DYNA的显式动力学的能力为大变形和复杂接触动力学问题。基本参数容器和板上部的尺寸如上所述. 铝合金容器的参数：铝合金容器的参数： Youngs modulus of 10.3E6 psi, density of 2.5E-4 lbf-sec2/in4, Poissons ratio o

3、f 0.334, Yield Stress of 5,000 psi, Tangent modulus of 20,000 psi. 板是由碳钢制成：板是由碳钢制成： Youngs modulus of 30.0E6 psi, Density of 7.3E-4 lbf-sec2/in4, Poissons ratio of 0.292.方法和假设 (Approach and Assumptions) 在自由降落阶段，容器由于重力作用进行简单加速。为节省CPU时间，在板上方20inch处开始模拟分析，并施加200inch/s的初始速度以模拟最初52inch的自由降落. 200 inch/s的速

4、度大致由公式 Vf = SQRT (2*a*s) 推导而来，其中 Vf 是最终速度(final velocity), a 是重力加速度, 而 s 位移。空气的摩擦被忽略了. 假定板上部具有刚性力学行为，而容器具有双线性运动硬化Von mises塑性行为(bilinear kinematic hardening von Mises plasticity). 固体建模用于生成容器的3D模型, 然后对其划分网格。节点和单元的直接生成(Direct generation)用于table top的建模。板上部为划分成刚性单元，并仅用一个单元来表示.操作步骤 用问题描述中的信息和如下用问题描述中的信息和如

5、下划线上划线上的步骤自己来求解问题的步骤自己来求解问题.或者，通过或者，通过选择选择step1的连接用详细的交互式单步求解完成的连接用详细的交互式单步求解完成。定义分析类型定义分析类型 Define Analysis Type 1. Set preferences.输入几何模型输入几何模型 Input Geometry2. Read in geometry of the container.材料参数材料参数Define Element Type, Real Constants, Material Model Properties3. Define element type.4. Define

6、real constants.5. Specify material models.生成网格生成网格 Generate Mesh6. Mesh the container.7. Generate table top elements.8. Create container component.9. Create table top component.10. Specify contact parameters. 施加载荷施加载荷Apply Loads11. Apply initial Velocity to the container12. Apply acceleration to the

7、 container. 获得解获得解Obtain Solution13. Specify Output Controls14. Solve.查看结果查看结果Review Results15. Animate stress contours16. Animate deformed shape17. Exit the ANSYS program操作步骤 1. 定义preferences 首先设定Preferences in order to filter quantities that pertain to this discipline only.1. Main Menu Preferences

8、2, (check) “Individual discipline(s) to show in the GUI” = Structural3, (check) “Discipline options” = LS-DYNA Explicit4, OK（续）1.4. 输入几何模型输入几何模型1.4.1. Step 2: 读入容器的几何结构读入容器的几何结构通过读入包括容器模型的文件来开始模拟。1, Utility Menu File Read Input from .2, File name: container.inp UNIX version: /ansys_inc/v90/ansys/dat

9、a/models/container.inp PC version: Program FilesAnsys IncV90ANSYSdatamodelscontainer.inp3,OK2. 定义材料性能1.5. 定义单元类型，实常数和材料模型性能定义单元类型，实常数和材料模型性能1.5.1. Step 3: 定义单元类型定义单元类型 因为模型是具哟薄壁厚的容器撞击板的,选用壳(shell)单元模拟物理模型。为更精确的结果，显式的薄壁结构壳元SHELL163 用于选择的单元。这种4节点单元用于平面和常规载荷。1，Main Menu Preprocessor Element Type Add/Ed

10、it/Delete2, Add.3, “LS-DYNA Explicit” (left column)4, “Thin Shell 163” (right column)5, OK现在, 设定 S/R corotational Hughes-Liu 单元公式以减少模型沙漏模型 (hourglass).6, Options.7, (drop down) “Element Formulation” = S/R corotation8, OK9, Close(续)1.5.2. Step 4: 定义实常数定义实常数下一步下一步, 通过定义恰当的实常数来定义壳单元的厚度通过定义恰当的实常数来定义壳单元的

11、厚度.1, Main Menu Preprocessor Real Constants2, Add.3, OK to define real constant set for SHELL163.注意注意: 因为没有给定积分点的输入位置因为没有给定积分点的输入位置(No. of integration pts), 使用的缺省值为使用的缺省值为2. 为本教程的验证目的，缺省值为本教程的验证目的，缺省值2已已经足够。然而，对于大多数的非线性分析，经足够。然而，对于大多数的非线性分析，NIP 值应当大值应当大于于2.4, 如果单元是均匀厚度，只需定义节点如果单元是均匀厚度，只需定义节点1处的厚度，在本

12、例中，处的厚度，在本例中，设定设定 “Thickness at node 1” = 0.1. 5, OK6, Close（续）1.5.3. Step 5: 设定材料模型设定材料模型现在为接触和目标表面设定材料模型现在为接触和目标表面设定材料模型.1, Main Menu Preprocessor Material Props Material Models2, (双击双击) “LS-DYNA”, 然后然后 “Rigid Material” 来设定来设定Table Top, 并设为并设为 “Material Model Number 1”.3, “DENS” = 7.3e-44, “EX” =

13、30e65, “NUXY” = 0.2926, (下拉下拉) “Translational Constraint Parameter” = All disps.7, (下拉下拉) “Rotational Constraint Parameter” = All rotations8, OK9, Material New Model 来为容器设定材料模型, 并指定为 “Material Model Number 2”.10, “Define Material ID” = 211, OK12, (双击) “Nonlinear”, then “Inelastic”, then “Kinematic H

14、ardening”, then “Bilinear Kinematic”13, “DENS” = 2.5e-414, “EX” = 10.3e615, “NUXY” = 0.33416, “Yield Stress” = 500017, “Tangent Modulus” = 2000018,OK19, Material Exit20, Toolbar: SAVE_DB划分网格1.6. 生成网格生成网格1.6.1. Step 6: Mesh the container.在显式求解中，例如ANSYS LS-DYNA, 分析时间高度依赖于模型中的最小单元. 因此, 为得到精确的结果, 应采用均匀尺

15、寸的单元.在本例中，采用缺省的单元尺寸。这里在容器的每个面上给出3x3的网格。1, Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool2, (drop down) “Element Attributes” = Global; then Set3, (drop down) “Material number” = 24, OK5, (drop down) “Mesh” = Areas6, (check) “Mapped”7, Mesh8, Pick All 9, Toolbar: SAVE_DB（续） 1.6.2. Step 7: 生成板面单元生成板面单元现在通过现在

16、通过“Direction Element Generation”划分划分table top 的网格的网格. table top被定义成刚性表面，因此在该表面仅需定义一个单元被定义成刚性表面，因此在该表面仅需定义一个单元. 通过定义其通过定义其四个角部节点生成该模型，然后从这些节点建立单元四个角部节点生成该模型，然后从这些节点建立单元.1, Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate2, Obliq3, Close4, Utility Menu PlotCtrls Numbering5, (check) “Node numbers” = On6, OK 7,

17、 (drop down in MeshTool) “Element Attributes” = Global; then Set8, (drop down) “Material number” = 19, OK10, Close MeshTool( (续续) )11, Main Menu Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS12, “Node number” = Leave blank so it defaults to the next available node number.13, “X Y Z Location in acti

18、ve CS” = -50, -20, -5014, Apply 生成远方左角点的节点生成远方左角点的节点.15, “X Y Z Location in active CS” = -50, -20, 5016, Apply生成近处左角点的节点生成近处左角点的节点.17, “X Y Z Location in active CS” = 50, -20, 5018, Apply生成远方右角点的节点生成远方右角点的节点.19, “X Y Z Location in active CS” = 50, -20, -5020, OK生成远方右角点的节点生成远方右角点的节点.现在生成单元现在生成单元.21,

19、Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes22, 按反时针方向，点取刚刚生成的四个节点按反时针方向，点取刚刚生成的四个节点.23, OK24, Utility Menu Plot Elements 生成容器部件1.6.3. Step 8: Create container component.大多数的接触算法要求接触参数，它们可以是大多数的接触算法要求接触参数，它们可以是 components, part IDs, 或或 part assembly IDs. 在本例中，由容器的节点产生在本例中

20、，由容器的节点产生 component.1,Utility Menu Select Entities2,(first drop down) “Elements”3,(second drop down) “By Attributes”4,(check) “Material num”5,“Min,Max,Inc.” = 26,Apply7,(first drop down) “Nodes”8,(second drop down) “Attached to”9,(check) “Elements”10,OK定义部件定义部件11, Utility Menu Select Comp/Assembly C

21、reate Component12, “Component name” = BOX13, (drop down) “Component is made of” = Nodes14, OK15, Utility Menu Plot Nodes 16, Utility Menu Select Everything 生成生成Table Top Table Top 组件组件1.6.4. Step 9: 生成生成table top component. 现在现在, 生成由生成由table top 的节点组成的组件的节点组成的组件.1, Utility Menu Select Entities2, (fi

22、rst drop down) “Elements”3, (second drop down) “By Attributes”4, (check) “Material num”5, “Min,Max,Inc” = 16, Apply7, (first drop down) “Nodes”8, (second drop down) “Attached to”9, (check) “Elements”10, OK（续）11, Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component12, “Component name” = TABLE13, (drop

23、down) “Component is made of” = Nodes14, OK15, Utility Menu Plot Nodes 16, Utility Menu Select Everything17, Toolbar: SAVE_DB定义接触参数1.6.5. Step 10: Specify contact parameters.在已知接触行为的分析中，为得到最好的结果应选择恰当的接触算法。然而这方面问题的本质，接触条件可能是无法预测的。为此，通过选择自动面-面接触，程序能自动地调整以适应模拟中的变化。1, Main Menu Preprocessor LS-DYNA Optio

24、ns Contact Define Contact2, “Contact Type” = “Surface to Surf” (left column); “Automatic (ASTS)” (right column)3, OK4, (drop down) “Contact Component or Part no.” = BOX5, (drop down) “Target Component or Part no.” = TABLE6, OK7, Toolbar: SAVE_DB 施加载荷1.7. 施加载荷施加载荷1.7.1. Step 11: 在容器上给出初始速度在容器上给出初始速度1

25、, Main Menu Solution Initial Velocity On Nodes w/Nodal Rotate2, (drop down) “Input velocity on component” = BOX3, “Global Y-component” = -2004, OK 在瞬态动力学分析中，载荷必须定义为分析的过程( duration of the analysis)，为此生成包括这个数据的列阵(Array)5, Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit6, Add.7, “Parameter name” =

26、 TIME8, OK9, Edit.10, “1” = 011, “2” = 112, File Apply/Quit13，Add.14, “Parameter name” = ACCG15, OK16, (highlight) “ACCG”17, Edit.18, “1” = 386.419, “2” = 386.420, File Apply/Quit21, Close施加加速度于容器施加加速度于容器1.7.2. Step 12: Apply acceleration to the container.1, Main Menu Solution Loading Options Specif

27、y Loads2, “Load Labels” = ACLY3, (drop down) “Component name or PART number:” = BOX4, (drop down) “Parameter name for time values:” = TIME5, (drop down) “Parameter name for data values:” = ACCG6, OK 求解控制求解控制1.8. Obtain Solution1.8.1. Step 13: 设定输出控制设定输出控制.1,Main Menu Solution Time Controls Solution

28、Time2,“Terminate at Time:” = 1.03，OK4, Main Menu Solution Output Controls File Output Freq Number of Steps 5,“Specify Results File Output Interval” = 506,“Specify Time History Output Interval” = 507,OK8,Main Menu Solution Analysis Options Energy Options9,OK to turn on all energy options10,Toolbar: S

29、AVE_DB1.8.2. Step 14: Solve.1, Main Menu Solution Solve2,查看状态窗口的信息，然后选择: File Close (Windows) or Close (X11/Motif), to close the window. 3,OK 进行初始求解.注意: A verification window will appear to notify you of a warning message. This warning was generated due to constraining the table top by defining it a

30、s a rigid element rather than using degrees of freedom constraints. Therefore the warning can be ignored.4,Yes5,Close求解求解查看结果1.9. Review Results1.9.1. Step 15: Animate stress contours.1, Utility Menu Plot Elements2, Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate3,Front4,Close5,Utility Menu PlotCtrls Numbering6,(check) “Node numbers” = Off7,OK8,Main Menu General Postproc Read Results First set9,Utility Menu PlotCtrls Animate Over Results10,(c