利用
ANSYS/LS-DYNA
仿真计算
ANSYS/LS-DYNA
的前后处理器?/p>
ANSYS/PRE-POST,
求解?/p>
LS-DYNA
,是全世界范
围内最知名的有限元显式求解程序?/p>
LS-DYNA
?/p>
1976
年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实
验室?/p>
Lawrence Livermore National Laboratory
?/p>
J.O.Hallquist
博士主持开发,时间积分采用
中心差分格式?/p>
当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞?/p>
爆炸冲击下的大变形动力响
应,是北约组织武器结构设计的分析工具?/p>
LS-DYNA
的源程序曾在北约的局域网
Pubic
Domain
公开发行,因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。从理论和算法而言?/p>
LS-DYNA
是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础?/p>
1988
年,
J.O.Hallquist
创建利沃
莫尔软件技术公司(
Livermore Software Technology Corporation
?/p>
?/p>
LS-DYNA
开始商业化?/p>
程,总体来看?/p>
到目前为止在单元技术?/p>
材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常?/p>
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1996
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ANSYS
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LS-DYNA
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ANSYS/LS-DYNA
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最
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最
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ANSYS/LS-DYNA
的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门(航空
航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等)
。应用领域是:高速碰撞模拟(如飞机、汽车?/p>
火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏)
、乘客的安全性分析(保护气囊与假人的
相互作用,安全带的可靠性分析)
、零件制造(冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成
形等?/p>
、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部
件的运动分析等?/p>
ANSYS/LS-DYNA
强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。下
面仅?/p>
LS-DYNA
在模拟冲压?/p>
锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明?/p>
1.
冲压
?/p>
板冲压过程的物理描述是:在模具各部件(通常是凸模、凹模和压料板)的共同作用下,板
料发生大变形?/p>
板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功?/p>
而能量的传递完全靠模具?/p>
板料的接触和摩擦。由此可见,对于成形过程的模拟,软件的接触(
contact
)算法的理论?/p>
精度决定程序的可靠性,
除此之外?/p>
由于板料的位移和变形很大?/p>
用来模拟板料的单元类?/p>
应满足这一要求?/p>
进行一定的假设?/p>
模具为刚体,
模具的运动可直接作为冲压系统的位移边
界条件。将冲压过程的物理模型转化为力学模型,即动量方程、边界条件、初始条件。可?/p>
述为:在给定的模具位移条件下,求得板料的位移函数,并在任意时刻同时满足动量方程?/p>
边界条件和初始条件。这已经是一般性的力学问题,可采用有限元的方法进行求解?/p>
LS-DYNA
在分析冲压时模具定义为刚体,因此板料和模具都应用壳单元进行离散?/p>
LS-DYNA
的单元都采用
Lagrange
增量方法进行描述。其壳单元算法共?/p>
16
种,可用于板
成形分析使用的单元有
11
中,可分类为四节点和三节点单元;单点积分、多点积分单元和
缩减积分?/p>
select-reduced
)单元。单元采?/p>
co-rotational
坐标系统分离单元运动中的变形?/p>
刚体运动?/p>
使用单点积分的求解速度很快?/p>
一般都可得到可靠的结果?/p>
当单元的翘曲和弯?/p>
变形较大时,
可通过增加沿壳厚度方向的积分点数目保证精度?/p>
用于板料成形的材料模式是
各种弹塑性材料,可考虑各向异性、强化特征。强化类型包括指数强化、随动强化、等向强
化、混合强化以及应变率对材料强化的影响。应变率的影响归结为两种方式?/p>
1.
采用
Cowper-Symonds
模型?/p>
2.
以表格方式给定任意应变率下的应力
-
应变曲线。部分材料模式引
?/p>
Hill
?/p>
Barlat
的各向异性屈服假设,
并假定壳单元的平面应力状态,
因此几乎专用于板?/p>
形模拟。并且还能够通过给定材料?/p>
FLD
?/p>
flow limit dia.
)判断板料在拉延过程中局部开?/p>
现象?/p>
LS-DYNA
目前的接触类型有
30
余种,适于板成形分析的?/p>
12
种,都采用罚函数
方法?/p>
penalty
?/p>
,在接触计算过程中考虑壳单元厚度及其变化。值得说明的是?/p>
1.
拉延筋与
板料接触?/p>
contact-drawbead
?/p>
,可认为是非线性弹簧算法,需给定单位长度拉延筋的对板?/p>
的阻力变化曲线?/p>
2.LS-DYNA
新增加三种接触类型(
forming
类型接触)专用于板成形模
拟,这些接触类型降低了对模具网格的连续性要求,并且计算速度更快?/p>
LS-DYNA
进行
板成形分析时可选择使用
3D adaptive mesh
功能?/p>
可在计算过程中对板料网格进行局部加密,