利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算

发布日期:[08-11-30 21:57:17] 浏览人次:[]

物质运动过程中一一对应;而后者节点不动,材料点在Euler网格中移动。在前者,任意材料点的历程都可以得到,在后者,只能得到t时刻Euler节点处材料点的特性,在下一时刻是另外一个材料点的特性,而处于此节点处的材料从何处来到那里去难以确定。此外,在物理描述上,Lagrange和Euler在确定动量方程、质量方程、和能量方程时存在较大的不同,通常Euler方程采用保守形式,而Lagrange方程往往应用工程假设采用简化格式,这一点在质量方程的表达上尤为明显。 总之,Lagrange和 Euler是对连续介质运动的两种描述,由于参考构形的选择不同(或者说是观测者位置不同),导致对物质运动的观测和描述的侧重点存在差异。 ALE方法最早是由Noh(1964)以耦合欧拉-拉格朗日的术语提出的,至80年代末90年代初才形成成熟理论并在少数分析程序中出现。在ALE描述中,网格点可以随物质点一起运动,但也可以在空间中固定不动,甚至网格点可以在一个方向上固定,而在另一个方向上随物体一起运动。ALE中,有限单元的剖分是对参考构形进行的,网格点就是参考点,网格是独立于物体和空间运动的,亦即参考构形是已知的,初始构形和现时构形是待求解的。 由于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法综合了纯拉格朗日和纯欧拉描述的优点,克服了各自的缺点,成为目前非线性连续介质力学中大变形分析的十分先进有效的方法。早在91年,DYNA程序中就成功地引入ALE算法,在流体动力学、流体-结构相互作用、加工成型、碰撞、爆炸冲击、接触等大变形问题中得到了广泛的应用,如海啸、坝的决口、容器中流体的大幅度晃动和液体泄露、液体中高压气泡的扩展、水下爆炸、超高速碰撞、成型装药、鸟撞飞机、锻压等等。 ANSYS/LS-DYNA的算法除拉格朗日和ALE外,还包括欧拉和多物质流体求解。欧拉构形主要有三种:一阶精度的Donor Cell;二阶精度的Van Leer;二阶精度的Van Leer +Half Index Shift。多物质流体的单元构形主要有二种:流体+空材料和全空材料;多种材料的混合单元(压力平衡)。 这些模型都可以和通用的固体结构单元如solid、shell、brick和beam等单元自动耦合,不需要滑移界面。同时,此类求解器的加入,使ANSYS/LS-DYNA具有了可压缩流体流动分析的能力,可求解如自由界面流动、波浪破碎、任意管道流动、流体混合、复合材料等的注塑成型、金属构件浇注成型、高速高压气体注入等复杂的流体和流体-结构耦合问题。 LS-DYNA在进行浇注模拟时,模具的空腔定义为Euler区,并将其材料定义成空(void)或任何物质(如空气),浇口处单元定义为Euler源(Euler ambient),即物质由此进入Euler区,物质运动的动力是压力和(或)重力。 LS-DYNA的流体介质定义为流体动力材料,其性质主要包括密度和粘性,单元的压力以及可压缩性由附带的状态方程决定(状态方程即压力方程,其自变量包括密度、温度、内能)。 随着物质由浇口流入Euler区,空腔和浇口的压力差逐渐降低,最终达到平衡,模拟即可终止。 在浇注分析中可考虑热扩散,LS-DYNA中可方便施加温度边界条件和热生成。 总之,LS-DYNA时间积分器采用中心差分格式,对未知量显式求解。由于质量矩阵进行对角化处理,可进一步加快求解速度。例如一般的冲压、锻压、铸造等问题合理控制有限元规模,在PC机上运行5-20小时能得到理想结果,这样的效率是其它程序难以相比的。
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