Lsdyna边界条件,载荷与刚体.ppt
26页
Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual第第 5 章章 边界条件，载荷与刚体边界条件，载荷与刚体 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual本章目标本章目标1. 对对ANSYS/LS-DYNA中的载荷和边界条件有所了解中的载荷和边界条件有所了解2. 了解在了解在ANSYS/LS-DYNA中如何施加普通载荷中如何施加普通载荷 (EDLOAD)3. 了解约束了解约束 (D, EDNROT, EDBOUND)4. 定义初始速度定义初始速度 (EDIVELO)5. 定义并且讨论刚体的应用定义并且讨论刚体的应用 (EDMP,RIGID)6. 了解刚体载荷与约束了解刚体载荷与约束 (EDLOAD and EDCRB)7. 描述阻尼控制描述阻尼控制 (EDDAMP)8. 描述焊点的应用描述焊点的应用 (EDWELD)9. 通过练习通过练习, 逐步掌握以上内容逐步掌握以上内容00132210 JAN 20005-2 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual载荷与边界条件概述载荷与边界条件概述•与大多数隐式分析不同，显式分析中所有载荷都必须作为时间函数施加与大多数隐式分析不同，显式分析中所有载荷都必须作为时间函数施加 。
•耦合耦合 (CP)与约束方程命令集（与约束方程命令集（CE）） 在显式分析中仅对位移和旋转自由度有效在显式分析中仅对位移和旋转自由度有效 在大变形分析时使用在大变形分析时使用CP和和CE时要注意时要注意. •初始速度初始速度 (EDIVELO) 与刚体定义与刚体定义 (EDMP, RIGID) 是显式分析所独有的是显式分析所独有的.•因此，在显式分析中只能通过定义数组参数来施因此，在显式分析中只能通过定义数组参数来施加载荷 一列为时间值，另一列为载荷值一列为时间值，另一列为载荷值TIMEFORCE00132210 JAN 20005-3 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual一般加载步骤一般加载步骤•在在 ANSYS/LS-DYNA 中一般加载使用中一般加载使用 EDLOAD 命令分以下命令分以下3步完成步完成:–STEP 1: 定义节点组元定义节点组元–STEP 2: 定义数组参数定义数组参数–STEP 3: 用用 EDLOAD 命令加载命令加载STEP 1: 定义节点组元定义节点组元 •除了压力和刚体载荷除了压力和刚体载荷, 所有显式分析中的载荷施加在节点组元上所有显式分析中的载荷施加在节点组元上. 首先选择要施加载荷的节点首先选择要施加载荷的节点: Utility Menu: Select->Entities->Nodes00132210 JAN 20005-4 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual一般加载步骤（续）一般加载步骤（续）•显式分析中只用节点组元显式分析中只用节点组元. (除了压除了压力力)STEP 2: 定义数组参数定义数组参数 Utility Menu : Parameters->Array Parameters ->Define/Edit -> Add•然后定义为组元，并赋一个名字然后定义为组元，并赋一个名字: Utility Menu : Select -> Comp/Assembly -> Create Component…00132210 JAN 20005-5 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual一般加载步骤（续）一般加载步骤（续）•输入时间值输入时间值: File->Apply/Quit•类似过程输入载荷值类似过程输入载荷值:00132210 JAN 20005-6 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining ManualStep 3: 施加载荷施加载荷–定义完数组参数后，定义完数组参数后， 用用 EDLOAD 命令在节点组元上施加载荷命令在节点组元上施加载荷: Solution: Loading Options -> Specify Loads–1、、 选择选择Add Loads–2、、 选择所要的载荷类型选择所要的载荷类型. 有下列类型有下列类型:Forces: FX, FY, FZDisp: UX, UY, UZMoment: MX, MY, MZVelo: VX, VY, VZRot: ROTX,ROTY,ROTZAccel: AX,AY,AZAng. Vel: OMGX, OMGY, OMGZBody Accel: ACLX, ACLY, ACLZ–面载荷选项只用于定义压力载荷面载荷选项只用于定义压力载荷, 它一般施加在单元组它一般施加在单元组元上元上–选择载荷所施加的组元选择载荷所施加的组元一般加载步骤（续）一般加载步骤（续）00132210 JAN 20005-7 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual一般加载步骤（续）一般加载步骤（续）STEP 3 （（续续)–如果不定义时间与载荷轴如果不定义时间与载荷轴, 可可以使用预先定义的载荷曲线以使用预先定义的载荷曲线 LCID (via EDCURVE) 来定义来定义载荷载荷.–可以使用可以使用 SCALE 系数对载荷系数对载荷数据进行放缩数据进行放缩.00132210 JAN 20005-8 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual画载荷曲线画载荷曲线•定义完载荷曲线后定义完载荷曲线后, 可以用可以用 EDPL 画一下以确认画一下以确认.•可以通过可以通过 Solution>Loading Options… 得到载荷的参考号得到载荷的参考号00132210 JAN 20005-9 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual画载荷曲线（续）画载荷曲线（续）00132210 JAN 20005-10 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual显示载荷标记显示载荷标记Solution: Loading Options -> Show Forces00132210 JAN 20005-11 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual约束约束•与与 ANSYS 隐式不同隐式不同, ANSYS/LS-DYNA 区分零约束与非零约束区分零约束与非零约束. 所所有非零约束被处理为载荷有非零约束被处理为载荷 (EDLOAD).•只有零约束可以使用只有零约束可以使用 D 命令命令, 因为它被用来固定模型的一部分因为它被用来固定模型的一部分 : Solution: - Constraints - Apply–在选择所要的节点后在选择所要的节点后, ANSYS/LS-DYNA 自动施加零约自动施加零约束束.–如果选择了线和面如果选择了线和面, 约束直接施加在附属于线和面的节约束直接施加在附属于线和面的节点上点上.00132210 JAN 20005-12 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual 约束约束 – 节点旋转节点旋转–选择选项选择选项 Add Constraint. –选择要施加载荷的局部坐标系选择要施加载荷的局部坐标系ID (用用 EDLCS定义定义)–选择要施加载荷的节点组元选择要施加载荷的节点组元.–选择要施加旋转坐标约束的自由度选择要施加旋转坐标约束的自由度. 共共: UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ.•除了标准的节点约束除了标准的节点约束, 可以用可以用EDNROT命令施加旋转节点坐标约束命令施加旋转节点坐标约束 : Solution: Constraints - Apply ->Rotated Nodal00132210 JAN 20005-13 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual 约束约束 – 边界面边界面•用用EDBOUND命令在命令在ANSYS/LS-DYNA中可以使用滑移和循环对称中可以使用滑移和循环对称.•滑移与循环对称可以大大减少模型尺寸滑移与循环对称可以大大减少模型尺寸.Solution: - Constraints - Apply ->-Symmetry B.C.-Bndry Plane–对于循环对称对于循环对称, 可以在节点组元上施加第二个边界面可以在节点组元上施加第二个边界面–对于滑移对称对于滑移对称, 可以用一个约束选项定义节点是按照面的法向运动，还是沿一个特定的矢量方向运可以用一个约束选项定义节点是按照面的法向运动，还是沿一个特定的矢量方向运动动.–选择选择 Add plane. 同时还有列表与删同时还有列表与删除所定义的边界面选项除所定义的边界面选项–选择选择 sliding or cyclic symmetry–选择要施加载荷的节点组元选择要施加载荷的节点组元.–输入法向坐标矢量（滑移）或输入法向坐标矢量（滑移）或 旋转旋转轴轴 (循环循环)00132210 JAN 20005-14 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual约束约束 – 无反射边界无反射边界•当建立一个几何力学模型时当建立一个几何力学模型时, 往往需要一个无限域来表示地面往往需要一个无限域来表示地面. •为限制模型规模为限制模型规模, 可以使用非反射边界条件来表示无限域可以使用非反射边界条件来表示无限域 (只能用只能用SOLID 164).•非反射边界阻止应力波从模型的边界反射非反射边界阻止应力波从模型的边界反射.•要定义非反射边界要定义非反射边界, 首先创建物体外表面节点的组元首先创建物体外表面节点的组元. 然后用然后用EDNB 命令施加非反射边界，命令施加非反射边界，可以指定沿着指定的组元是否消除膨胀波与剪切波的反射可以指定沿着指定的组元是否消除膨胀波与剪切波的反射. Solution > Constraints > Apply > Non-Refl Bndry…..00132210 JAN 20005-15 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual初始速度初始速度•在瞬态动力问题中在瞬态动力问题中, 经常需要定义初始速度经常需要定义初始速度.•在在ANSYS/LS-DYNA中中, 旋转与平动速度用旋转与平动速度用EDIVELO命令施加在节点组元上命令施加在节点组元上 :–指定要施加载荷的节点组元。
同时还可以列指定要施加载荷的节点组元同时还可以列表与删除表与删除–在全局的在全局的 x, y, z 坐标内输入平动速度坐标内输入平动速度–指定角速度指定角速度 (W), 旋转轴的旋转轴的X、、Y、、Z坐标坐标, 以以及和全局及和全局 X, Y,Z 轴的夹角轴的夹角.–在相同的节点组元上用在相同的节点组元上用 EDIVELO 命令在相命令在相同的组元上定义初速度回覆盖以往的定义同的组元上定义初速度回覆盖以往的定义.00132210 JAN 20005-16 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual刚体刚体 – 概述概述•用刚体来定义模型中较硬的部分能够大大减少显式动力分析的计算时用刚体来定义模型中较硬的部分能够大大减少显式动力分析的计算时间间.•在在 ANSYS/LS-DYNA 中中, 所有的刚体所有的刚体 将自由度耦合在质心将自由度耦合在质心. 因此无论因此无论有多少节点，单个刚体有多少节点，单个刚体PART只有只有6个自由度个自由度.•质量质量, 质心质心, 和惯性矩由程序根据刚体的体积与单元密度自动计算和惯性矩由程序根据刚体的体积与单元密度自动计算.•作用在刚体上的力与力矩在每个时间步由各节点值相加而成。
作用在刚体上的力与力矩在每个时间步由各节点值相加而成 刚体的刚体的运动首先在质心处计算，然后运动首先在质心处计算，然后 转换到各个节点上转换到各个节点上•刚体不需要网格连续刚体不需要网格连续.•由于要计算接触刚度，刚体材料参数值要用实际的值由于要计算接触刚度，刚体材料参数值要用实际的值.00132210 JAN 20005-17 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual定义刚体定义刚体•用用 EDMP 命令定义刚体命令定义刚体: Preprocessor: Material Properties -> Define Mat Model...->Add–指定组成刚体的材料号指定组成刚体的材料号. 具有相具有相同的同的 MATID 的单元都在这个刚的单元都在这个刚体中体中.–选择选择: Other-RigidOK–输入刚体材料的准确值输入刚体材料的准确值–指定刚体平动与转动的约束指定刚体平动与转动的约束00132210 JAN 20005-18 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual定义刚体（续）定义刚体（续）•因为约束应该施加在刚体的质心，所以输入正确的转动与平动约束值非常重要因为约束应该施加在刚体的质心，所以输入正确的转动与平动约束值非常重要.•平动约束值平动约束值 (相对于全局笛卡尔坐标相对于全局笛卡尔坐标) :0 - no global translational constraint1 - constrain UX only2 - constrain UY only3 - constrain UZ only4 - constrain UX and UY5 - constrain UY and UZ6 - constrain UX and UZ7 - constrain UX, UY, and UZ•旋转约束值旋转约束值 (相对于全局笛卡尔坐标相对于全局笛卡尔坐标):0 - no global rotational constraint1 - constrain ROTX only2 - constrain ROTY only3 - constrain ROTZ only4 - constrain ROTX and ROTY5 - constrain ROTY and ROTZ6 - constrain ROTX and ROTZ7 - constrain ROTX, ROTY, and ROTZ00132210 JAN 20005-19 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual刚体加载刚体加载•类似于节点组元类似于节点组元, 用用EDLOAD命令给刚体施加位移和速度命令给刚体施加位移和速度. 但是所有的刚体载但是所有的刚体载荷施加在荷施加在PART号上，而不是节点组元号上，而不是节点组元. •Solution: Loading Options -> Specify Loads–选择载荷类型选择载荷类型:Forces: RBFX, RBFY, RBFZDisplacement: RBUX, RBUY, RBUZMoment: RBMX, RBMY, RBMZVelocity: RBVX, RBVY, RBVZRotations: RBRX, RBRY, RBRZ–面载荷选项对刚体无效面载荷选项对刚体无效–指定施加载荷的指定施加载荷的 PART –最后最后, 选择对应的时间与载荷值选择对应的时间与载荷值. LCID 和和 SCALE 系数都可以使用系数都可以使用.00132210 JAN 20005-20 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual合并刚体合并刚体•两个刚体可以合并在一起，以便使用用两个刚体可以合并在一起，以便使用用EDCRB命令使其行为一致命令使其行为一致 :指定参考的方程号指定参考的方程号主刚体主刚体PART 号号从刚体从刚体 Part 号号•注意不要多次使用具有相同参考号的注意不要多次使用具有相同参考号的EDCRB命令命令.•当合并两个刚体时当合并两个刚体时, 从刚体则属于主刚体从刚体则属于主刚体. 任何以后对从刚体的参考都没有意义任何以后对从刚体的参考都没有意义.00132210 JAN 20005-21 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual刚体应用规则刚体应用规则•与与ANSYS隐式不同隐式不同, 不要用大的不要用大的 EX值来硬化某一部分，而使之成为值来硬化某一部分，而使之成为刚体刚体. 需要输入准确的材料特性来计算接触刚度需要输入准确的材料特性来计算接触刚度.•不能在刚体上的节点处施加约束不能在刚体上的节点处施加约束 (D 命令命令) 。
所有的约束必须施加在所有的约束必须施加在刚体的质心刚体的质心.•两个刚体不能共节点两个刚体不能共节点. 但可用但可用 EDCRB 命令来联接刚体命令来联接刚体.•对于模型中变形结果不重要的部分使用刚体，从而能够大量地节省对于模型中变形结果不重要的部分使用刚体，从而能够大量地节省CPU时间时间.00132210 JAN 20005-22 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual阻尼控制阻尼控制•阻尼是在显式动力分析中阻止非真实振荡的方法阻尼是在显式动力分析中阻止非真实振荡的方法.•质量加权质量加权(alpha)和刚度加权和刚度加权(beta) 阻尼阻尼 可以用可以用EDDAMP命令在命令在 ANSYS/LS-DYNA 施加在模型上施加在模型上Preprocessor: Material Props -> Damping ...•当当 Part =ALL 或指定了曲线或指定了曲线 ID 时时, 模型自动使用模型自动使用alpha damping . 与质量成比例的阻尼对与质量成比例的阻尼对于低频率十分有效于低频率十分有效.•当当Curve ID = 0 并且指定了阻尼常数并且指定了阻尼常数, beta 阻尼被用于特定的阻尼被用于特定的 Part. 刚度阻尼对于高频振荡刚度阻尼对于高频振荡有效有效–指定要施加阻尼的指定要施加阻尼的 Part # 。
如果如果 Part=ALL, 阻尼将加在整个模型上阻尼将加在整个模型上–一个载荷曲线一个载荷曲线 ID 可以用来指定阻尼与时间的可以用来指定阻尼与时间的关系关系 (EDCURVE)–对于对于beta阻尼，可以用一个常量阻尼系数代阻尼，可以用一个常量阻尼系数代替阻尼替阻尼-时间关系曲线时间关系曲线00132210 JAN 20005-23 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual•指定焊点指定焊点 ID•选择两个节点选择两个节点•给定法向和切向失效力给定法向和切向失效力 LS-DYNA用下式定义失效：用下式定义失效：点焊点焊•点焊点焊 类似于具有旋转惯性的两个节点之间的约束方程类似于具有旋转惯性的两个节点之间的约束方程. 节点之间的连接是无节点之间的连接是无质量和刚性的质量和刚性的 节点不能重合，而且不能再有任何其他的约束节点不能重合，而且不能再有任何其他的约束•可用于模拟联接失效可用于模拟联接失效. Preprocessor: LS-DYNA Optns ->Spotwelds00132210 JAN 20005-24 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual符号表示联接焊点的刚性梁符号表示联接焊点的刚性梁画焊点画焊点•点焊点焊 (EDWELD) 的标识证明约束已经正确施加的标识证明约束已经正确施加.00132210 JAN 20005-25 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual练习练习 - 点焊失效点焊失效00132210 JAN 20005-26 。
