利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算

发布日期:[08-11-30 21:57:17] 浏览人次:[]

ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA,是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)J.O.Hallquist博士主持开发,时间积分采用中心差分格式,当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、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。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,LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。 1988年,J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司(Livermore Software Technology Corporation),LS-DYNA开始商业化进程,总体来看,到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作,命名为ANSYS/LS-DYNA,目前是功能最丰富,全球用户最多的有限元显式求解程序。 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、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)、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。 ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。下面仅就LS-DYNA在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明: 1. 冲压 薄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,板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功,而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。由此可见,对于成形过程的模拟,软件的接触(contact)算法的理论和精度决定程序的可靠性,除此之外,由于板料的位移和变形很大,用来模拟板料的单元类型应满足这一要求。进行一定的假设: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。可描述为: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、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。 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。LS-DYNA的单元都采用Lagrange增量方法进行描述。其壳单元算法共有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(select-reduced)单元。单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动。使用单点积分的求解速度很快,一般都可得到可靠的结果。当单元的翘曲和弯曲变形较大时,可通过增加沿壳厚度方向的积分点数目保证精度。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,1.采用Cowper-Symonds模型;2.以表格方式给定任意应变率下的应力-应变曲线。部分材料模式引用Hill或Barlat的各向异性屈服假设,并假定壳单元的平面应力状态,因此几乎专用于板成形模拟。并且还能够通过给定材料的FLD(flow limit dia.)判断板料在拉延过程中局部开裂现象。 LS-DYNA目前的接触类型有30余种,适于板成形分析的有12种,都采用罚函数方法(penalty),在接触计算过程中考虑壳单元厚度及其
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