AUTODYN基础教程五实用教案

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1、2022-4-10基础(jch)培训五1、ALE求解(qi ji)器2、SPH求解(qi ji)器3、SPH与Lagrange作用第1页/共52页第一页，共53页。2022-4-10 ALE (任意拉格朗日欧拉)：材料边界是拉格朗日，内部单元可以是拉格朗日、欧拉或者其它指定的运动(yndng)方式来自动重分网格； 材料模型可以是连续的固体、液体和气体，包括流体/结构作用。ALE 求解(qi ji)器第2页/共52页第二页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 ALE 计算循环(xnhun)等同于拉格朗日 + 内部节点重新分布； 内部节点根据指定的运动约束方式重新分布，分布结

2、果影射到新网格中； ALE Part 所有的节点在缺省情况下为拉格朗日 运动约束需要明确地施加给网格。ALE 计算(j sun)特点第3页/共52页第三页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器ALE Cycle计算(j sun)单元面积、应变率单元面积、应变率单元压强、应力单元压强、应力调整速度、重新调整速度、重新计算单元压强计算单元压强节点力节点力节点加速度节点加速度节点位移节点位移边界条件和接触力边界条件和接触力动量守恒动量守恒力力/质量质量是否使用是否使用ALE？否否是是积分积分节点速度节点速度材料模型材料模型积分积分第4页/共52页第四页，共53页。2022-4-1

3、0ALE 求解(qi ji)器 Free (缺省)：每一个节点与拉格朗日运动方式相同； Fixed (欧拉)：每一个节点固定在 (x , y) 空间； Equal spacing in X：移动每一个节点的 x 坐标到四周节点X 坐标的平均位置(wi zhi)，y ,z方向不变； Equal spacing in Y：移动每一个节点的 y 坐标到四周节点的平均位置(wi zhi)，x ,z方向不变； Equal spacing in Z：移动每一个节点的 Z 坐标到四周节点的平均位置(wi zhi)，x ,y方向不变； Equally spaced I(J,K)：每一个节点移到 I(J,K)

4、方向的等距离位置(wi zhi)； Geometric spaced I(J,K)：对I(J,K)施加几何比率； 用户定义：用户子程序 EXALE 定义。ALE 运动(yndng)约束第5页/共52页第五页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 ALE 选项： BLOCK：通过指标空间对一个(y ) BLOCK 施加运动约束；在同一个(y ) Part 里，不同的 BLOCK 施加不同的约束方式； I Line：沿着 I 方向对节点施加运动约束； J Line：沿着 J 方向对节点施加运动约束； K Line：沿着 K 方向对节点施加运动约束； Node：对一个(y )节点

5、施加运动约束。施加(shji) ALE 运动 第6页/共52页第六页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器ALE 设置：Spacing：I-line ratio：设置 I 方向几何比率；J-line ratio：设置 J 方向几何比率；K-line ratio：设置 K 方向几何比率；Frequency：Cycle Frequency：定义ALE重分网格频率(缺省为每迭代一步重分一次)；Iterations per cycle：每一 cycle 重分次数(除欧拉方式)；Relaxation coefficient：重分松弛系数， 缺省为1：表示节点完全移动到新位置(适合(s

6、hh)大多数情况)；小于1：表示节点移动位移系数。 调整(tiozhng) ALE 设置 0.0Relax1.0第7页/共52页第七页，共53页。2022-4-10爆炸载荷对结构墙的冲击作用；爆炸载荷用 1D 模型，将结果映射到 3D 模型；结构模型用拉格朗日方式；气体(qt)模型用欧拉运动方式和等位运动方式；3D 流固耦合作用。储存设备(shbi)中的多点起爆ALE 求解(qi ji)器第8页/共52页第八页，共53页。2022-4-10储存(chcn)设备中的多点起爆ALE 求解(qi ji)器结构(jigu)位移压力载荷第9页/共52页第九页，共53页。2022-4-10储存(chcn)

7、设备中的多点起爆ALE 求解(qi ji)器Structures: Lagrange Gases: Euler/Equipotential第10页/共52页第十页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器Gas Flow using Euler Gas flow using Equipotential 储存(chcn)设备中的多点起爆第11页/共52页第十一页，共53页。2022-4-10舰船结用壳单元舰船结用壳单元爆轰波传到船体的压力云图爆轰波传到船体的压力云图ALE 求解(qi ji)器水下爆炸对舰船(jin chun)的作用第12页/共52页第十二页，共53页。2022-

8、4-10ALE 求解(qi ji)器 轴对称模型； 拉格朗日方式 (默认(mrn)； 绿色为边界条件。泡沫材料碰撞(pn zhun)刚性墙第13页/共52页第十三页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 计算结果：泡沫(pom)材料碰撞刚性墙第14页/共52页第十四页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 ALE 方式(fngsh)：Equal Spacing I泡沫材料碰撞(pn zhun)刚性墙第15页/共52页第十五页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 计算结果：泡沫(pom)材料碰撞刚性墙第16页/共52页第十六页，共53

9、页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 平面模型； 半径为0.71cm； 模型以1cm/us的速度(sd)向右移动。Equally spaced (I,J) 方式(fngsh)第17页/共52页第十七页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 计算(j sun)20 cycle结果：Equally spaced (I,J) 方式(fngsh)第18页/共52页第十八页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 两个 1/4 模型； 左边(zu bian)模型用拉格朗日求解； 右边模型中水和炸药用ALE求解，使用 Equipotetial 运动方式。

10、水中爆炸(bozh)第19页/共52页第十九页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器 计算结果： 拉格朗日求解导致网格(wn )变形太大，引起求解时间的增加，甚至求解失败。水中爆炸(bozh)第20页/共52页第二十页，共53页。2022-4-10ALE 求解(qi ji)器总结 优势(yush) 计算速度快； 减少耗散； 自动重分区； 材料界面清晰； 容易计算材料强度，后处理方便。 不足 材料与拉格朗日一样会变形(bin xng)； 薄单元时间步长小。第21页/共52页第二十一页，共53页。2022-4-10练习(linx) 流体与固体耦合； 使用ALE求解(qi ji)

11、器(二维平面问题)； 对节点使用两种运动约束： Lagrange EquipotentialALE (2D)第22页/共52页第二十二页，共53页。2022-4-10基础(jch)培训五1、ALE求解(qi ji)器2、SPH求解(qi ji)器3、SPH与Lagrange作用第23页/共52页第二十三页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 欧空局开发的无网格 Lagrange 算法； SPH 处理超高速大变形问题(wnt)非常有优势； SPH在处理高速/超高速碰撞和混凝土材料的破坏时非常有效。第24页/共52页第二十四页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji

12、)器 处理连续动力学问题比较新的技术(jsh)； 优点： 没有网格变形问题 (与拉格朗日相比)； 不需要失效模型； 物质界面清晰 (与拉格朗日相同)； 非常有效 (仅仅材料存在的区域需要模型)。 SPH 粒子与拉格朗日、壳单元和ALE联合求解。第25页/共52页第二十五页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 SPH使用粒子(lz)，但不是简单的质量粒子(lz)，而是差值点； 使用权重函数 W和光滑长度 h。SPH 技术(jsh)00.10.20.30.40.50.60.7-2-1.5-1-0.500.511.52WrI-J3IJ2J1J3J4WI-J3xI-xJ/hhN1J

13、JIIJJIh,xxWm其中，MJ为例子J的质量；WIJ为权重函数；X为粒子中心点的位置；h为光滑长度或粒子尺寸。第26页/共52页第二十六页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 几何( j h)模型； 材料和粒子。SPH 模型(mxng)生成方法第27页/共52页第二十七页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 SPH 2D生成(shn chn)方式： Box Circle ManualSPH 2D模型生成(shn chn)方法第28页/共52页第二十八页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器SPH 2D模型生成(shn chn)方法

14、SPH 2D生成(shn chn)方式： Box Circle ManualBoxCircleManual第29页/共52页第二十九页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 SPH 3D生成(shn chn)方式： Box Cylinder SphereSPH 3D模型(mxng)生成方法第30页/共52页第三十页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 SPH 3D生成(shn chn)方式： Box Cylinder SphereSPH 3D模型生成(shn chn)方法SphereCylinder第31页/共52页第三十一页，共53页。2022-4-10

15、SPH求解(qi ji)器 对于复杂的 SPH 模型： 第一步：使用拉格朗日/Fill Part 创建(chungjin)模型；或者可以倒入 ICEM CFD 的 geo 模型文件、TrueGrid 的 zon 模型文件。几何(j h)模型复杂3D模型生成方法 第32页/共52页第三十二页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器复杂(fz)3D模型生成方法 第二步：将建立的或倒入的模型重新命名；自动删除体，创建(chungjin)三角形面网格。第33页/共52页第三十三页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器复杂3D模型生成(shn chn)方法 第三步：填充

16、(tinchng)光滑粒子。第34页/共52页第三十四页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器复杂3D模型生成(shn chn)练习 拉格朗日拉格朗日 PartSPH Part第35页/共52页第三十五页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器 速度(sd)边界条件的施加； 施加方式： 区域施加和清除； 交互式施加和清除。SPH边界条件 通过X、Y和Z(3D)的最小和最大的坐标围成四边形或六面体(3D)区域来施加(shji)速度边界条件。第36页/共52页第三十六页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器速度边界条件的施加；施加方式(fngsh

17、)：区域施加和清除；交互式施加和清除。选择速度边界条件；创建(chungjin)多边形区域：Alt+鼠标左键选择点；Shift+鼠标左键删除点；Control+鼠标左键确定。SPH边界条件 第37页/共52页第三十七页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器弹丸打击陶瓷(toc)装甲板第38页/共52页第三十八页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器高 速 碰 撞第39页/共52页第三十九页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器3D 高速(o s)碰撞 垂直(chuzh)倾斜第40页/共52页第四十页，共53页。2022-4-10Expt.

18、UDRISPH求解(qi ji)器3D 高速(o s)碰撞第41页/共52页第四十一页，共53页。2022-4-10SPH求解(qi ji)器SPH (3D) 例子(l zi)第42页/共52页第四十二页，共53页。2022-4-10基础(jch)培训五1、ALE求解(qi ji)器2、SPH求解(qi ji)器3、SPH与Lagrange作用第43页/共52页第四十三页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng) SPH 求解比拉格朗日代价高； SPH 模拟(mn)要求大小一样的粒子； SPH 与拉格朗日作用的求解方法：将模型中低速变形的区域才用拉格朗日求解器求解，高速区

19、域采用SPH求解，这样求解的优点： 变形小的区域用拉格朗日求解准确； 求解速度快，采用变网格速度更快。 作用方式：连接和SPH与Lagrange接触。第44页/共52页第四十四页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng) 使用“Box”类型，通过(tnggu)“Edge packing ”方式。SPH与拉格朗日连接(linji)节点与粒子连接节点与粒子连接 粒子与边中点连接粒子与边中点连接粒子与节点任意连接粒子与节点任意连接2D 和 3D第45页/共52页第四十五页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng)-200000-180000-160000-

20、140000-120000-100000-80000-60000-40000-20000000.20.40.60.811.2Penetration Depth (m)Acceleration (ms-2)ExperimentCase 1 (all SPH)Case 2 (SPH to 250mm)Case 3 (SPH to 500mm)Case 4 (SPH to 750mm)All Simulations were run on a 600Mhz Pentium III PC under Windows 98SPH与拉格朗日连接(linji) (2D)第46页/共52页第四十六页，共53页

21、。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng)SPH与拉格朗日连接(linji) (3D)第47页/共52页第四十七页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng) 弹丸和陶瓷模型用 SPH； 背面(bimin)铝板模型用拉格朗日； SPH/拉格朗日接触。钢弹撞击(zhungj)靶板SPH与拉格朗日接触 (3D)第48页/共52页第四十八页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng)SPH与拉格朗日、梁接触(jich)子弹(zdn)侵彻钢筋混凝土第49页/共52页第四十九页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng)材 料 切

22、割Cutter Design #1Cutter Design #2第50页/共52页第五十页，共53页。2022-4-10SPH与拉格朗日作用(zuyng)例子第51页/共52页第五十一页，共53页。2022-4-10感谢您的观赏(gunshng)！第52页/共52页第五十二页，共53页。NoImage内容(nirng)总结2021/11/9。2021/11/9。内部节点根据指定的运动约束方式重新分布，分布结果影射到新网格中。BLOCK：通过指标空间对一个 BLOCK 施加运动约束。气体模型用欧拉运动方式和等位运动方式。右边模型中水和炸药用ALE求解，使用 Equipotetial 运动方式。欧空局开发的无网格 Lagrange 算法。SPH使用粒子，但不是简单的质量粒子，而是差值点。使用权重函数(hnsh) W和光滑长度 h。第51页/共52页第五十三页，共53页。