Ansys第31例冲击动力学分析实例车辆受.docx
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Ansys第31例冲击动力学分析实例车辆受
第31例冲击动力学分析实例——车辆受
起伏路面激励的响应分析
本例用ANSYSLS-DYNA分析了车辆受起伏路面激励的响应,研究了创建车辆和负载模型的方法,研究了模拟和施加起伏路面激励载荷的方法。
31.1问题描述
为了分析车辆受起伏路面激励的响应,可以建立如图31-1所示的简化模型。
由于矿石的冲击只作用于车辆底板,所以忽略车辆其余部分,车辆悬挂系统用弹簧阻尼系统模拟。
在弹簧阻尼系统的端部施加随时间变化的位移载荷,以模拟起伏路面对车辆的激励。
本例各物理量单位如下:
长度为mm;力为N;时间为s;质量为t;应力及材料弹性模量均为MPa;密度为t/m3;加速度为mm/s2。
31.2分析步骤
31.2.1运行AN5YSJLS-LIYNA
用ANSYS产品启动器(图31-1)运行ANSYSLS-DYNA:
开始→程序→ANSYS13.0→MechanicalAPDLProductlaunch→选择SimulationEnvironment(分析环境)为ANSYS,选择License(授权)为ANSYSMultiphysics/LS-DYNA,设置WorkingDirectory(工作目录)和InitialJobname(初始任务名)等→Run。
图31-2ANSYS产品启动器
31.2.2定义任务名
拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname,弹出如图31-3所示的对话框,在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE31,单击“OK”按钮。
图31-3定义任务名对话框
31.2.3选择单元类型
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete,弹出如图31-4所示的对话框,单击“Add…”按钮;弹出如图31-5所示的对话框,在左侧列表中选"LS-DYNAExplicit",在右侧列表中选“3DSolid164”,单击“Apply”按钮:
再在右侧列表中选“
ThinShell163”,单击“Apply”按钮;再在右侧列表中选“Sprng-Dampr165”单击“OK”按钮。
最后关闭如图31-4所示的对话框。
图31-4单元类型对话框
图31-5单元类型库对话框
31.2.4定义实常数
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→RealConstants,单击“RealConstants”对话框的“Add…”按钮,在“ElementTypeforRealConstants”的列表中选择“Type2SHELL163
”,单击“OK”按钮:
再单击“RealConstantsSetNumber1,forTHINSHELL163”对话框中的“OK”按钮,弹出如图31-6所示的对话框,在“SHRF”文本框中输入5/6(剪切因子),在“NIP”文本框中输入3(沿壳厚度方向的积分点数),在“T1”文本框中输入12(壳厚度),单击“OK”按钮。
再次单击“RealConstants”对话框的“Add…”按钮,在“ElementTypeforRealConstants”的列表中选择“Type3COMBI165”,单击“OK”按钮;再单击“RealConstantsSetNumber2,forCOMBI165”对话框中的“OK”按钮。
最后单击“RealConstants”对话框中的“Close”按钮。
图31-6设置实常数对话框
31.2.5定义材料模型
拾取菜单MainMenu->Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels,弹出如图31-7所示的对话框,在右侧列表中依次拾取“LS-DYNA”、“Linear”、“Elastic”、"Isotropic",弹出如图31-8所示的)对话框,在“DENS”、“EX”、“NUXY”文本框中分别输入7.8e-9(密度)、2e5(弹性模量)、0.3(泊松比),单击“OK”按钮。
单击如图31-7所示对话框的菜单项Material→NewModel,然后单击弹出的“DefineMaterialID”对话框中的“OK”按钮。
在右侧列表中依次拾取“LS-DYNA”、“RigidMaterial”,弹出如图31.-9所示的对话框,在“DENS”、“Ⅸ”、“NUXY”文本框中分别输入2.5e-9、0.28e5、0.4,选择“TranslationalConstraintParameter”(平动约束)下拉列表框
选择"RotationalConstraintParameter“Allrotations”,单击“OK.”按钮。
图31-7材料类型对话框
图31-8材料特性对话框
图31-9材料特性对话框
单击如图31-7所示对话框中的菜单项Material→NewModel,然后单击弹出的“DefineMaterialID”对话框中的“OK”按钮。
在右侧列表中依次拾取"LS-DYNA"、"DiscreteElementProperties"、“Spring”、“LinearElastic”,弹出如图31-10所示的对话框,在“SpringConstant”文本框中输入200(弹簧刚度),单击“OK”按钮。
单击如图31-7所示对话中框的菜单项Material→NewModel,然后单击弹出的“DefineMaterialID”对话框中的“OK”按钮。
在右侧列表中依次拾取"LS-DYNA"、“DiscreteElementProperties”、"Damper"、“LinearViscosity”,弹出如图31-11所示的对话框,在“DampingConstant”文本框中输入0.06(阻尼系数),单击“OK”按钮。
最后关闭如图31-7所示的对话框。
图31-10材料特性对话框
图31-11材料特性对话框
31.2.6创建关键点
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS,弹出如图31-12所示的对话框,在“NPT”文本框中输入1,在“X,Y,Z”文本框中分别输入-800,0,-1500,单击“Apply”按钮。
按同样的步骤创建关键点2(-800,0,1500)、3(800,0,1500),4(800,0,-1500),最后单击“OK”按钮。
图31-12创建关键点对话框
31.2.7改变视点
单击图形窗口右侧显示控制工具条上的剧按钮
31.2.8由关键点创建面
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling-Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPs,弹出拾取窗口,依次拾取关键点1、2、3、4,单击“OK”按钮。
31.2.9创建块
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→ByDimension,弹出如图31-13所示的对话框,在“X1,X2”文本框中分别输入-100,100,在“
Y1,Y2”文本框中分别输入0,200,在“Z1,Z2”文本框中分别输入-100,100,单击“OK”按钮。
图31-13创建块对话框
31.2.10显示面
拾取菜单UtilityMenu→Plot→Areas。
31.2.11划分单元
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool,弹出如图31-14所示的对话框,本步骤的所有操作均在此对话框下进行。
(1)对面划分单元。
选择"ElementAttributes"下拉列表框为“Areas”,单击下拉列表框后面的“Set”按钮,弹出拾取窗口,选择矩形面1,单击"OK"按钮,弹出如图31-15所示的对话框,选择“MAT”下拉列表框为1,选择“REAL”下拉列表框为1,选择“TYPE”下拉列表框为2SHELL163,单击“OK”按钮;单击如图3-14所示“SizeControls”区域中“Global”后面的“Set”按钮,弹出如图31-16所示的对话框,在“SIZE”文本框中输入180,单击“OK”按钮;在如图31-14所示对话框的“Mesh”区域,选择“Mesh”下拉列表框为Areas,选择单元形状为“Quad”(四边形),选择划分单元的方法为“Mapped”(映射);单击“Mesh”按钮,弹出拾取窗口,拾取矩形面1,单击“OK”按钮。
(2)显示面。
拾取菜单UtilityMenu→Plot→Areas。
(3)对体划分单元。
选择"ElementAttributes"下拉列表框为“Volumes”,单击下拉列表框后面的“Set”按钮,弹出拾取窗口,选择六面体1,单击“OK”按钮,弹出类似如图31-15所示的对话框,选择"MAT"下拉列表框为2,选择"TYPE"下拉列表框为1SOLID164,单击“OK”按钮;单击“SizeControls”区域中“Global”后面的“Set”按钮,弹出如图31-16所示的对话框,在“SIZE”文本框中输入100,单击“OK”按钮;在如图31-14
所示对话框的“Mesh”区域选择“Mesh”下拉列表框为Volumes,选择单元形状为“Hex”(六面体),选择划分单元的方法为“Mapped";单击“Mesh”按钮,弹出拾取窗口,拾取六面体1,单击“OK”按钮。
单击“Close”按钮关闭如图31-14所示的对话框。
图31-14单元工具对话框
图31-15面属性对话框
图31-16单元尺寸对话框
31.2.12创建节点
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→CreatedNodes→InActiveCS,弹出如图31-17所示的对话框,在“NODE”文本框中输入980,在“x,Y,Z”文本框中分别输入-8,-1500,单击“Apply”按钮;在“NODE”文本框中输入981,在“X,Y,Z”文本框中分别输入800,-500,-1500,单击“Apply”按钮;在“NODE”文本框中输入982,在“x,Y,Z”文本框中分别输入800,-500,1500,单击“apply”按钮;在“NODE”文本框中输入983,在“X,Y,Z”文本框中分别输入-800,-500,1500,单击“OK”按钮。
图31-17创建节点对话框
31.2.13设置要创建单元的属性
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes,弹出类似图31-15所示的对话框,选择“TYPE”下拉列表框为3COMBI165,选择“MAT”下拉列表框为3,选择“REAL”下拉列表框为2,单击“OK”按钮。
31.2.14创建弹簧单元
拾取菜单MainMenu→PreprocessorModeling→CreateElements→AutoNumbered→ThruNodes,弹出拾取窗口,拾取节点1和980,单击拾取窗口中的“Apply”按钮,于是在节点1和980之间创建了一个单元。
重复以上过程,在节点28和981、19和982、2和983之间分别创建单元。
最后关闭拾取窗口。
31.2.15设置要创建单元的属性
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes,弹出类似图31-15所示的对话框,选择"MAT"下拉列表框为4,单击“OK”按钮。
31.2.16创建阻尼单元
重复步骤31.2.14,在与弹簧单元相同的位置创建阻尼单元。
31.2.17创建部件
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→LS-DYNAOptions→PartsOptions,弹出如图31-18所示的对话框,选择Option为“Createallparts”,单击“OK”按钮。
Part1包括材料号为1即车厢底板上的所有单元,part2包括材料号为2即矿石上的所有单元。
图31-18创建部件对话框
31.2.18定义接触
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→LS-DYNAOptions→Contact→DefineContact,弹出如图31-19所示的对话框,在“ContactType”的左侧列表中选择"SurfacetoSurf"、右侧列表中选择“Automatic(ASTS)”(.自动面面接触),单击“OK”按钮;在随后弹出的如图31-20所示的对话框中,选择“Contact”下拉列表框为1(Partl),选择“Target”下拉列表框为2(Part2),单击“OK”按钮。
于是,在车厢底板和矿石之间建立了接触对。
图31-19定义接触对话框
图31-20接触类型对话框
31.2.19选择节点
拾取菜单UtilityMenu→Select→Entities,弹出如图31-21对话框,在各下拉列表框、文本框、单选按钮中依次选择或输入“Nodes”、“ByNum/Pick”、“FromFull”,单击“OK”按钮,弹出拾取窗口,拾取节点980、981、982、983,单击"OK“按钮。
31.2.20创建节点组
拾取菜单UtilityMenu→Select→Comp/Assembly→CreateComponent,弹出如图31-22所示的对话框,在“Cname”文本框中输入NNN1,选择“Entity,”下拉列表框为Nodes,单击“OK”按钮。
图31-21选择实体对话框
图31-22创建组对话框
31.2.21在选择的节点上施加约束
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→LS-DYNAOptions→Constraints→Apply-→On
Nodes,弹出拾取窗口,单击“PickAll”按钮,弹出如图31-23所示的对话框,在“Lab2”列表中选择“UX"、"UZ”、"ROTX"、"ROTY"、“ROTZ”,单击OK按钮。
31.2.22选择所有
拾取菜单UtilityMenu→Select→Everything。
图31-23在节点上施加约束对话框
31.2.23定文数组
拾取菜单UtilityMenu→Parameters→ArrayParameters→Define/Edit,弹出如图31-24所示的对话框,单击“Add…”按钮,弹出如图31-25所示的对话框,在“Par”文本框中输入TIME1,在“I”文本框中输入9,单击“Apply”按钮;再次弹出如图31-25所示的对话框,在“Par”文本框中输入DISP1,单击“Apply”按钮;再次弹出如图31-25所示的对话框,在“Par”文本框中输入FORE1,单击“OK”按钮。
返回到如图31-24所示的对话框,在列表中选择“TIME1Array9xl”,单击“Edit...”按钮,弹出如图31-26所示的对话框,在数组TIME1的各行中分别输入0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0,8,然后单击菜单项File→Apply/Quit,返回到如图31-24所示的对话框,在列表中选择“DISP1Array9x1”,单击“Edit…”按钮,弹出类似图31-26所示的对话框,在数组DISP1的各行中分别输入0、50,100,50,0、—50、—100、—50,0,然后单击菜单项File→Apply/Quit,返回到如图31-24所示的对话框,在列表中选择“FORE1Array9xl”,单击“Edit...”按钮,弹出类似图31-26所示的对话框,在数组FORE1的各行中分别输入0、-196(矿石重量)、-196、-196、-196、-196、-196、-196、0,单击菜单项File→Apply/Quit,关闭如图31-24所示的对话框。
图31-24数组参数对话框
图31-25创建数组对话框
图31-26数组TIME1对话框
31.2.24定文载荷
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→LS-DYNAOptions→LoadingOptions→SpecifyLoads,弹出如图31-27所示的对话框,在“LoadLabels”列表中选择UY,选择"ComponentnameorPARTnumber"-下拉列表框为MVN1,选择“Parameternamefortimevalues”下拉列表框为TIME1,选择“Parameternamefordatavalues”下拉列表框为DISP1,单击“Apply”按钮。
再次弹出如图31-27所示的对话框,在“LoadLabels”列表中选择RBFY,选择“ComponentnameorPARTnumber”下拉列表框为2,选择“Parameternamefortimevalues”下拉列表框为TIME1,选择“Parameternamefordatavalues”下拉列表框为FORE1,单击“OK”按钮。
图11-27定义载荷对话框
31.2.25指定求解吋间
拾取菜单MainMenu→Solution→TimeControls→SolutionTime,弹出如图31-28所示的对话框,在"TIME,,文本框中输入0.79,单击“OK”按钮。
图31-28设置求解时间对话框
31.2.26指定结果文件类型
拾取菜单MainMenu→Solution→OutputControls→OutputFileTypes,弹出如图31-29所示的对话框,选择“Produceoutputfor…”为ANSYSandLS-DYNA,单击“OK”按钮。
图31-29指定结果文件类型对话框
31.2.27设置结果文件输出步数
拾取菜单MainMenu→Solution→OutputControls→FileOutputFreq→NumberofSteps,弹出如图31-30所示的对话框,在“EDRST”文本框中输入50(结果文件输出步数),在“EDHTIME”文本框中输入100(时间历程输出步数),单击“OK”按钮。
31.2.28求解
拾取菜单MainMenu→Solution→Solve,单击“SolveCurrentLoadStep”对话框中的“OK”按钮。
31.2.29读结果
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→LastSet.
图31-30设置结果文件输出步骤对话框
31.2.30定义变量
拾取菜单MainMenu→TimeHistPostpro→DefineVariables,弹出如图31-31所示的对话框,单击“Add”按钮,弹出如图31-32所示的对话框,选择“Typeofvariable”为“NodalDOFresult”,单击“OK”按钮,弹出拾取窗口,拾取矿石上的节点182,单击“OK”按钮,弹出如图31-33所示的对话框,在右侧列表中选择“UY”,单击“OK”按钮,返回到如图31-31所示的对话框,单击“Close”按钮。
于是定义了一个变量2,它可以表示矿石的位移s。
图31-31定义变量对话框
图31-32变量类型对话框
图31-33定义数据类型对话框
31.2.31对变量进行数学操作
把变量2对时间f微分,得到矿石的速度v;把速度v对时间f微分,得到矿石的加速度a。
拾取菜单MainMenu→TimeHistPostpro→MathOperations→Derivative,弹出如图31-34所示的对话框,在“IR”文本框中输入3,在“IY”文本框中输入2,在“Ⅸ”文本框中输入1,单击“Apply”按钮;再次弹出如图31-34所示的对话框,在“IR”文本框中输入4,在“IY”文本框中输入3,在“IX”文本框中输入1,单击“OK”按钮。
图31-34对变量微分对话框
31.2.32用曲线图显示矿石位移和加速度
拾取菜单MainMenu→TimeHistPostpro→GraphVariables,弹出如图31-35所示的对话框,在“NVAR1”文本框中输入2(位移),单击“Apply”按钮,结果如图31-36所示。
在"NVAR1"文本框中输入4(加速度),单击“OK”按钮,结果如图31.-37所示。
图31-35选择显示变量对话框
图31-36矿石位移曲线图
图31-37矿石加速度曲线图
第32例综合应用实例——薄板多点成形工艺中
基本体位置的确定
本例利用接触分析确定了薄板多点成形工艺中基本体和板材恰好接触的位置,进而确定了在加工复杂形状板材时基本体的准确位置。
32.1概述
薄板多点成形工艺是一种新型的板材成形方法,其基本原理是将整体模具离散成一系列规则排列的基本体,依靠基本体头部的包络面来实现板材的成形(图32-1)。
与传统模具成形工艺相比,多点成形工艺不需要专门的模具,降低了生产成本,缩短了产品开发周期。
目前该技术逐渐在生产实践中开始应用。
显然,各基本体的位置由待加工工件的形状决定。
当工件形状为复杂方程曲面或方程未知曲面时,用解析的方法确定基本体的位置是十分困难甚至是不可能的。
然而由于基本体与工件曲面相切,因此可以利用有限元法的接触分析进行研究。
在利用接触分析确定基本体的位置时,首先取一个接近于工件的基本体初始位置,然后移动基本体与工件发生接触。
在得到分析结果后,利用ANSYS的时间历程后处理器(POST26)检查工件的变形情况,工件开始变形时的位置就是基本体和工件曲面相切的位置,也就是基本体的工作位置。
本方法可以用ANSYS来实现,也可以用ANSYS/LS-DYNA来实现。
但由于对薄板多点成形工艺的有限元模拟一般用ANSYSLS-DYNA来进行,因此本例使用ANSYSLS-DYNA进行研究。
本例为原理性解决问题,更精确、更实用的方法请读者自行开发。
本例介绍了半径为20mm的球形基本体与了个抛物线形柱状曲面的接触。
由于是柱状曲面,所以可以取过基本体球形中心、垂直柱状曲面的平面进行分析。
32.2分析步骤
32.2.1运行ANSYS/LS-DYNA
用ANSYS产品启动器(图32-2)运行ANSYS/LS-DYNA:
开始→程序→ANSYS13.0→MechanicalAPDLProductlauncher→选择SimulationEnvironment(分析环境)为ANSYS,选择License(授权)为ANSYSMultiphysics/LS-DYNA,设置WorkingDirectory(工作目录)和InitialJobname(初始任务名)等→Run。
图32-2ANSYS产品启动器
32.2.2改变任务名
拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname,弹出如图32-3所示的对话框,在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE32,单击“OK”按钮。
图32-3改变任务名对话框
32.2.3选择单元类型
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→A
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- Ansys 31 冲击 动力学 分析 实例 车辆