ANSYS经典培训第二章.ppt
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1、单元单元第第2章章Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual 单元单元 本章目标本章目标本章包括理解和定义本章包括理解和定义ANSYS/LS-DYNA单元单元主题主题:A.了解显式动力学单元家族了解显式动力学单元家族B.缩减积分缩减积分C.沙漏沙漏D.定义定义 ANSYS/LS-DYNA 单元单元E.LINK160 -3-D Spar(Truss)F.BEAM161 -3-D BeamG.PLANE162 -2-D SolidH.SHELL163
2、-3-D Thin ShellExplicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual 单元单元 本章目标本章目标主题主题(继续(继续):I.SOLID164 -3-D 8-node BrickJ.COMBI165 -3-D Spring or DamperK.MASS166 -3-D Mass L.LINK167 -3-D CableM.单元使用指导单元使用指导N.单元习题单元习题Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0
3、Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 A.显式动力学单元概述显式动力学单元概述ANSYS/LS-DYNA 程序可以定义程序可以定义8种不同的单元种不同的单元:LINK160:3-D 显式杆单元显式杆单元(类似于类似于 LINK8)BEAM161:3-D 显式梁单元显式梁单元(类似于类似于 BEAM4)PLANE162:2-D 显式平面体单元显式平面体单元(类似于类似于 PLANE42)SHELL163:3-D 显式薄壳单元显式薄壳单元(类似于类似于 SHELL181)SOLID164:3-D 显式体单元显式体单元
4、(类似于类似于 SOLID185)COMBI165:3-D 显式弹簧阻尼单元显式弹簧阻尼单元(类似于类似于 COMBIN14)MASS166:3-D 显式结构质量单元显式结构质量单元(类似于类似于 MASS21)LINK167:3-D 显式索单元显式索单元(类似于类似于 LINK10)除除2-D PLANE162外外(平面应力,平面应变或轴对称平面应力,平面应变或轴对称),其它显式单元其它显式单元都是三维单元都是三维单元Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training
5、 Manual单元单元 显式动力学单元概述显式动力学单元概述显式单元族在以下方面与显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同隐式单元明显不同:每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式 ANSYS中,不同的单元类中,不同的单元类型仅仅适用于特定的材料模式,如超弹单元型仅仅适用于特定的材料模式,如超弹单元(HYPER56,58,74)和粘弹单元和粘弹单元(VISCO106,108),尽管现在新的尽管现在新的18X 隐式单元允许多种材料选项。隐式单元允许多种材料选项。大多数显式单元有许多不同的算法,如大多数显式单元有许多不同的算法,如SHEL
6、L163最多有最多有12种算法种算法。历史上,历史上,隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字(如如SHELL43 和和 63),但是现在新但是现在新的的18X隐式单元正向这个趋势发展。隐式单元正向这个趋势发展。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual显式单元族在以下方面与显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同隐式单元明显不同:(续续):显式单元支持显式单元支持ANSYS/LS-DYNA所允许
7、的所有非线性选项所允许的所有非线性选项。所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移函数函数。在在ANSYS/LS-DYNA中,没有带有额外形函数和中间节点的单元及中,没有带有额外形函数和中间节点的单元及P-单元。单元。每种显式单元缺省为单点积分单元。每种显式单元缺省为单点积分单元。单元单元 显式动力学单元概述显式动力学单元概述Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Ma
8、nual单元单元 B.缩减积分算法缩减积分算法缩减积分单元缩减积分单元 是使用最少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心是使用最少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心有一个积分点有一个积分点,一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点,但沿着壳的一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点,但沿着壳的厚度可以设置多个积分点。厚度可以设置多个积分点。全积分单元全积分单元 主要用于隐式主要用于隐式ANSYS中。中。在在ANSYS/LS-DYNA中,全积分中,全积分体单元有体单元有8个积分点,全积分壳单元有个积分点,全积分壳单元有4个平面内积分点(沿着壳的厚度个平面内积分点(沿着壳的厚度有多组积分平面)。有
9、多组积分平面)。缩减积分通过减小单元处理时间来减少缩减积分通过减小单元处理时间来减少CPU时间,所以缩减积分通常是时间,所以缩减积分通常是ANSYS/LS-DYNA中缺省的形式。中缺省的形式。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 缩减积分算法缩减积分算法除了节省除了节省CPU 时间,单点积分单元有利于大变形分析。时间,单点积分单元有利于大变形分析。ANSYS/LS-DYNA 单元能经历比单元能经历比ANSYS 单元大得多的变形。单元大
10、得多的变形。缩减积分单元有两个主要的缺点缩减积分单元有两个主要的缺点可能出现零能模式的变形可能出现零能模式的变形(沙漏沙漏)应力结果的精度直接与积分点的个数相关应力结果的精度直接与积分点的个数相关Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 C.沙漏沙漏 沙漏沙漏 是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。沙漏沙漏模式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们通模
11、式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们通常没有刚度,变形呈现锯齿形网格。常没有刚度,变形呈现锯齿形网格。单点单点(缩减缩减)积分单元将产生零能模式积分单元将产生零能模式在分析中沙漏变形的出现使结果无效,所以应尽量减小和避免在分析中沙漏变形的出现使结果无效,所以应尽量减小和避免如果总体沙漏能超过模型总体内能的如果总体沙漏能超过模型总体内能的10%,那么分析可能就是无效的。关于那么分析可能就是无效的。关于沙漏能以后会讨论沙漏能以后会讨论(GLSTAT 和和 MATSUM文件文件),有时侯甚至有时侯甚至 5%的沙漏也的沙漏也是不允许的。是不允许的。Explicit Dynamic
12、s with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单点积分实体单元的零能模式单点积分实体单元的零能模式:有必要控制零能模式有必要控制零能模式沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式单元单元 沙漏沙漏 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏 在在 ANSYS/LS-D
13、YNA中控制沙漏中控制沙漏避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到周围的单元,所以不要施加单点载荷。如果可能,尽量将载荷如同压力那样施加周围的单元,所以不要施加单点载荷。如果可能,尽量将载荷如同压力那样施加到多个单元上。到多个单元上。细化网格通常减少沙漏,但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增细化网格通常减少沙漏,但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增大。大。全积分单元可以避免沙漏,但根据不同应用,要以求解速度,求解能力甚至求解全积分单元可以避免沙漏,但根据不同应用,要以求解
14、速度,求解能力甚至求解精度为代价。另一种选择,可以在网格划分时,分散一些全积分的精度为代价。另一种选择,可以在网格划分时,分散一些全积分的“种子种子”单元单元于模型中从而减少沙漏。于模型中从而减少沙漏。PLANE162无全积分模式,梁单元不需要全积分。无全积分模式,梁单元不需要全积分。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏在在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏(续续)总体总体 调整模型的调整模型的体积粘度体积粘度
15、可以减少沙漏变形。可以通过可以减少沙漏变形。可以通过EDBVIS命令的线性命令的线性或二次系数来增加模型的体积粘度或二次系数来增加模型的体积粘度:Solution Analysis Options Bulk Viscosity 不推荐过大改变不推荐过大改变 EDBVIS命令的缺省值命令的缺省值(1.5 and.06),因为它将对总体因为它将对总体结构产生相反的效应。结构产生相反的效应。粘性沙漏控制推荐用于快速变形粘性沙漏控制推荐用于快速变形的问题中(例如激振波)的问题中(例如激振波)可用的单元包括可用的单元包括PLANE162 和和 SOLID164.Explicit Dynamics wit
16、h ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏 在在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏(续续)总体总体 增加增加 弹性刚度弹性刚度 来减少沙漏来减少沙漏.可以通过可以通过EDHGLS 命令的沙漏系数命令的沙漏系数(HGCO)来实现整体模型的沙漏控制来实现整体模型的沙漏控制:Solution Analysis Options Hourglass Ctrls Global 当增加沙漏系数时必须谨慎,因为大于当增加沙漏系数时必须谨慎,因为大于0.15的值会过分刚化变形
17、过程中的的值会过分刚化变形过程中的响应并导致不稳定。响应并导致不稳定。刚度沙漏控制推荐用于低速变形问刚度沙漏控制推荐用于低速变形问题题(如金属成型安定碰撞中)如金属成型安定碰撞中)适用的单元包括适用的单元包括PLANE162,SHELL163,and SOLID164.Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏(续续)在模型的关键部位在模型的关键部位局部局部 减少沙漏而对模型的总体刚
18、度没有过大的影响。减少沙漏而对模型的总体刚度没有过大的影响。EDMP,HGLS 命令被用来对命令被用来对特定材料特定材料施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙漏控制施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙漏控制类型(粘性或刚度)、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数类型(粘性或刚度)、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数:Solution Analysis Options Hourglass Ctrls Local LS-DYNA 局部施加沙漏控局部施加沙漏控制是基于制是基于Part 号(不是基号(不是基于材料号于材料号),所以任何带有特所以任何带有特定材料的定材料的Part 将有这种沙将有
19、这种沙漏控制漏控制。VAL1=5 通常用来定义减少通常用来定义减少沙漏。沙漏。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 D.定义定义 ANSYS/LS-DYNA 单元单元 使用标准的使用标准的ANSYS方法定义显方法定义显式式动力学单元动力学单元:从从ANSYS GUI 过滤器选择过滤器选择 LS-DYNA ExplicitANSYS Main Menu Preferences 选择选择 LS-DYNA Explicit 将在目前的分析中
20、将将在目前的分析中将单元限制于显式单元家族单元限制于显式单元家族。必须记住,显式和隐式单元不能在一个分析中必须记住,显式和隐式单元不能在一个分析中同时使用。同时使用。如果在同一个模型中定义了隐式单元,那么当如果在同一个模型中定义了隐式单元,那么当执行执行SOLVE命令时,分析将自动被中止。命令时,分析将自动被中止。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 定义定义 ANSYS/LS-DYNA 单元单元 增加单元类型增加单元类型:Prepr
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