LS-DYNA使用指南23- 跌落測試模塊

第十六章 跌落測試模塊

16.1簡介

Drop Test Module(DTM)是ANSYS/LS-DYNA的一個(gè)可選的附加模塊。DTM大大簡化了模擬跌落測試的步驟。跌落測試包括用假定的重力場給物體定向,并且允許其在重力作用下下落一定的高度后到達(dá)剛性表面(目標(biāo)面)。在典型的跌落測試中,物體從某處跌落,目標(biāo)面位于與重力加速度g垂直的表面上。

DTM提供了一個(gè)最新的GUI,可指導(dǎo)進(jìn)行跌落測試分析,使你快速相對(duì)于目標(biāo)面定義模型,定義求解控制,然后執(zhí)行顯式動(dòng)態(tài)測試。跌落模擬分析可在用戶定義時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)測物體的變形和應(yīng)力,描述物體與目標(biāo)沖擊過程的物理特性。

DTM用于ANSYS圖形用戶界面與環(huán)境(GUI),用ANSYS用戶界面設(shè)計(jì)語言(UIDL)和工具命令語言和工具箱(Tcl/Tk)等相關(guān)GUI界面工具進(jìn)行跌落分析。

DTM專門設(shè)計(jì)用于ANSYS的GUI環(huán)境中,因而即使不熟悉顯式動(dòng)態(tài)分析的用戶也很容易進(jìn)行跌落模擬分析?？梢园l(fā)現(xiàn)使用DTM有許多優(yōu)點(diǎn):例如,可自動(dòng)生成目標(biāo)面,也可以自動(dòng)定義初始平移速度和角速度、接觸表面摩擦系數(shù)以及與g不垂直的目標(biāo)方向。對(duì)于大部分跌落測試來說,可以在沖擊前一刻開始分析,以減少計(jì)算時(shí)間。當(dāng)使用這一選項(xiàng)時(shí),DTM將自動(dòng)計(jì)算物體的平移速度并且在分析開始時(shí)應(yīng)用它,所有的跌落測試實(shí)例忽略作用在物體上的空氣阻力。

16.2 選擇DTM模塊啟動(dòng)ANSYS

啟動(dòng)ANSYS/LS-DYNA和DTM選項(xiàng),可以按下列之一操作

·如果從命令行(UNIX)或DOS窗口啟動(dòng)ANSYS,它們包括代表ANSYS/LS-DYNA的-dtm 或productname。例如,在交互方式或圖形模式中用DTM啟動(dòng)ANSYS/LS-DYNA產(chǎn)品,可敲入如下命令:

ansys60 -p dyna -dtm -g

·如果用ANSYS launcher(UNIX)或ANSYS交互對(duì)話框(窗口)啟動(dòng)ANSYS,可以在product selection中選擇一個(gè)ANSYS/LS-DYNA選項(xiàng),然后選擇Use ANSYS Drop test module選項(xiàng)。

關(guān)于啟動(dòng)ANSYS的詳細(xì)信息,請(qǐng)參看《ANSYS Operations Guide》的第三章Conducting an ANSYS Session。

也可以設(shè)置下列環(huán)境變量自動(dòng)啟動(dòng)包含DTM選項(xiàng)的ANSYS。

ANSYS60_DTM=ON

關(guān)于UNIX和Windows的詳細(xì)信息,參看《ANSYS Installation and Configuration Guide》。

16.3 典型的跌落分析步驟

這部分逐步描述了跌落分析過程,可以用于指導(dǎo)大部分跌落測試分析。典型的跌落測試包括在重力場某高度拋落物體到平面或剛性面(目標(biāo)面)上,并忽略表面摩擦。這里敘述的基本步驟假設(shè)物體初速度為零,并且物體跌落到平面目標(biāo)上,目標(biāo)面的法線方向與重力加速度方向垂直。在本手冊(cè)的16.4節(jié)討論了更多高級(jí)特征,例如包括表面摩擦的影響,非零初速度(線速度或角速度)的設(shè)定,目標(biāo)尺寸、特性和方向的修改。

在開始之前,重要的是了解在DTM內(nèi)使用什么樣的屏幕坐標(biāo)系。在DTM中,常常定義屏幕坐標(biāo)系,所以Y軸(豎直)與g方向相反。這樣就可以很方便地用屏幕坐標(biāo)系跟蹤跌落物體和重力場的關(guān)系軌跡。

詳細(xì)信息參看本手冊(cè)16.3.2Screen Coordinates Definition。

16.3.1基本的跌落測試分析步驟

16.3.1.1步驟1 創(chuàng)建和導(dǎo)入模型

在進(jìn)入DTM之前,必須建立或?qū)氲湮矬w的模型,應(yīng)該定義所有材料特性,包括阻尼。模型中應(yīng)包括與LS-DYNA兼容的單元。要保證材料的密度或彈性模量不為零,否則不能使用DTM。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)第二章,Elements。

為避免時(shí)間增量退化問題,建模時(shí)遵循下列原則:

·避免三角、梯形和棱柱單元

·避免小單元

·避免尖角單元

·盡可能用均勻網(wǎng)格

我們推薦施加一定的阻尼,從而減少震蕩響應(yīng),也可以用EDDAMP命令施加alpha( 質(zhì)量阻尼)和beta(剛度阻尼).

注--建模完成進(jìn)入DTM前,用一個(gè)唯一的名稱保存當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(Utility Menu>File>Save As)。

16.3.1.2 步驟2 設(shè)定DTM

采用Main Menu>Drop Test>Set Up在DTM中設(shè)定分析。出現(xiàn)包括幾個(gè)標(biāo)簽的Drop Test Set-up對(duì)話框。大部分普通跌落測試參數(shù)在Basic標(biāo)簽內(nèi),偶爾需要修改的參數(shù)都包含在其它標(biāo)簽內(nèi)。每個(gè)標(biāo)簽的描述及功能如下:

Basic標(biāo)簽--定義重力加速度的大小,物體跌落高度,物體定向,分析開始時(shí)間,撞擊后的運(yùn)行時(shí)間,以及輸出結(jié)果文件和時(shí)間歷程文件的頻率。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)§16.5.2,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

Velocity標(biāo)簽--修改物體的初始線/角速度。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)§16.5.3,Velocity Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

Target標(biāo)簽--修改目標(biāo)面的尺寸和材料特性,目標(biāo)旋轉(zhuǎn),定義目標(biāo)的接觸和摩擦特性。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)§16.5.4,Target Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

Status 標(biāo)簽--顯示重力加速度,初始平移/角速度以及求解。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)§16.5.5,Status Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

當(dāng)Drop Test Set-up對(duì)話框出現(xiàn)時(shí),單擊OK或Cancel后才可以選擇其他菜單。

這部分的其它部分(步驟3-9)討論了典型的跌落測試分析所用的選項(xiàng),不常用的高級(jí)選項(xiàng)請(qǐng)參看本手冊(cè)§16.4 Advanced DTM Features。

16.3.1.3 步驟3 定義g的大小

可以在Basic 表內(nèi)定義g的大小,在Gravity標(biāo)簽內(nèi)可以選擇與標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的g值(386.4,32.2等),也可以自己定義。

16.3.1.4 步驟4 定義跌落高度

必須在Basic表內(nèi)定義跌落高度,在Drop height標(biāo)簽內(nèi),可以輸入跌落高度,并定義一個(gè)參考點(diǎn)?？梢栽谀Ｐ蛢?nèi)沿Y軸從目標(biāo)面頂面中心到某個(gè)高度參考點(diǎn)來測量跌落高度。參考點(diǎn)選項(xiàng)包括最低物體點(diǎn),也就是說,物體上最小Y屏幕坐標(biāo)值,。或是ANSYS計(jì)算的物體的重心。輸入高度的長度單位必須和分析的其他選項(xiàng)協(xié)調(diào)(例如重力)。

16.3.1.5 步驟5 給物體定向

在DTM中,屏幕坐標(biāo)自動(dòng)定義Y軸與g方向相反,可以在Basic表內(nèi)set orientation標(biāo)簽下用重力域給物體定義方向。用戶可采用DTM旋轉(zhuǎn)工具來給物體定向,或者說選擇物體上的節(jié)點(diǎn)來定義與Y軸平行的矢量。

16.3.1.6步驟6 指定求解控制

可以在Basic表內(nèi)設(shè)置求解控制,在Solution Time標(biāo)簽下定義開始分析時(shí)間(接近沖擊或跌落時(shí)刻)和撞擊后的運(yùn)行時(shí)間,在Number of results Output標(biāo)簽下,定義結(jié)果文件和時(shí)間歷程文件的輸出頻率。關(guān)于步驟3-6的參看詳細(xì)信息本手冊(cè)§16.5.2,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。

16.3.1.7 步驟7 求解

在求解前,必須保證Drop Test Set-up對(duì)話框內(nèi)的設(shè)置正確,執(zhí)行下列的修改步驟:

1.查看所有表內(nèi)的信息

2.單擊Status表,顯示大部分更新的輸入數(shù)據(jù)

3.在ANSYS圖形窗口中查看物體和目標(biāo)

如果選擇Status 表,ANSYS會(huì)嘗試自動(dòng)生成目標(biāo)面(除非你已經(jīng)通過Target表創(chuàng)建了目標(biāo)),并以黑字體在Status 表末尾顯示信息,表示可接受設(shè)置的所有數(shù)據(jù),并且可以求解分析。而黃色字體表明用戶應(yīng)該小心,因?yàn)閿?shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)誤。或者紅色線框,表明這些數(shù)據(jù)不能接受。

如果收到第2個(gè)或第3個(gè)錯(cuò)誤信息,那么可在ANSYS輸出的窗口檢查它們,關(guān)于Status 的詳細(xì)信息參看本手冊(cè)§16.5.5,Status Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。如果需要修改可以選擇OK。此時(shí)所有的標(biāo)準(zhǔn)ANSYS菜單不能再使用。然后選擇Main Menu>Drop Test>Solve開始LS-DYNA求解。

注--ANSYS/LS-DYNA DTM當(dāng)前版本存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和和以前的不兼容。

16.3.1.8 步驟8 動(dòng)畫結(jié)果

求解完成后,可以采用Main Menu>Drop Test>Animate Results來顯示分析持續(xù)時(shí)間內(nèi)跌落物體的動(dòng)畫結(jié)果(例如Von Mises應(yīng)變)。對(duì)于動(dòng)畫結(jié)果,推薦用戶在跌落時(shí)刻開始分析。關(guān)于Animate Over Results對(duì)話框的信息參看本手冊(cè)16.7 Postprocessoring- Animation,在ANSYS中生成動(dòng)畫的信息參看《ANSYS Basic Guide》第十五章,Animation。

16.3.1.9 步驟9 獲得時(shí)間歷程結(jié)果

除了顯示動(dòng)畫結(jié)果外,采用Main Menu>Drop Test>Time History路徑可以在指定點(diǎn)查看結(jié)果,它為時(shí)間的函數(shù)。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)十二章,Postprocessoring和16.8 Postprocessoring-Graph and List Time-History Variables。

16.3.2屏幕坐標(biāo)的定義

當(dāng)?shù)谝淮芜M(jìn)入DTM時(shí),固定的屏幕笛卡爾坐標(biāo)系自動(dòng)定義,并在ANSYS圖形窗口的左下角表示出來。用屏幕坐標(biāo)系可以很方便地跟蹤持續(xù)下落物體和引力場的關(guān)系軌跡,關(guān)于屏幕坐標(biāo)系有兩點(diǎn)需要了解:

· 在DTM中,屏幕坐標(biāo)系的Y軸總是與重力加速度g的方向相反。

· 物體坐標(biāo)可以隨屏幕坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)

屏幕坐標(biāo)總要定義,以便Y軸在屏幕“up”方向,物體坐標(biāo)系是有限元模型定義的坐標(biāo)系統(tǒng)?？梢杂肈TM旋轉(zhuǎn)工具重新定義物體坐標(biāo)系。拾取物體上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可以定義與屏幕Y坐標(biāo)平行的矢量。詳細(xì)信息參看本手冊(cè)§16.5.2 ,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box。通過重新定義物體Y向,可以定義物體和引力間的關(guān)系,因?yàn)槌３＜僭O(shè)Y方向在“up”或與重力加速度的方向相反。

屏幕坐標(biāo)也可以確定跌落測試的缺省觀察方向,定義如下:

·屏幕X方向是“右”。

·屏幕Y方向是“上”。

·屏幕Z方向是從屏幕到觀察者的方向,或“out”。