有限元分析報告.doc
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有限元仿真分析實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過剛性球與薄板的碰撞仿真實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)有限元方法的基本思想與建模仿真的實(shí)現(xiàn)過程,并以此實(shí)踐相關(guān)有限元軟件的使用方法。本實(shí)驗(yàn)使用HyperMesh軟件進(jìn)行建模、網(wǎng)格劃分和建立約束及載荷條件,然后使用LS-DYNA軟件進(jìn)行求解計算和結(jié)果后處理,計算出鋼球與金屬板相撞時的運(yùn)動和受力情況,并對結(jié)果進(jìn)行可視化。 二、實(shí)驗(yàn)軟件 HyperMesh、LS-DYNA 三、實(shí)驗(yàn)基本原理 本實(shí)驗(yàn)?zāi)M剛性球撞擊薄板的運(yùn)動和受力情況。仿真分析主要可分為數(shù)據(jù)前處理、求解計算和結(jié)果后處理三個過程。前處理階段任務(wù)包括:建立分析結(jié)構(gòu)的幾何模型,劃分網(wǎng)格、建立計算模型,確定并施加邊界條件。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、按照點(diǎn)-線-面的順序創(chuàng)建球和板的幾何模型 (1)建立球的模型:在坐標(biāo) (0,0,0)建立臨時節(jié)點(diǎn),以臨時節(jié)點(diǎn)為圓心,畫半徑為5mm的球體。 (2)建立板的模型:在tool-translate面板下node選擇臨時節(jié)點(diǎn),選擇Y-axis,magnitude輸入5.5,然后點(diǎn)擊translate+,return;再在2D-planes-square 面板上選擇Y-axis,B選擇上一步移下來的那個節(jié)點(diǎn),surface only ,size=30。 2、畫網(wǎng)格 (1)畫球的網(wǎng)格:以球模型為當(dāng)前part,在2D-atuomesh面板下,surfs選擇前面建好的球面,element size設(shè)為0.5mm,mesh type選擇quads,選擇elems to current comp,first order, interactive。 (2)畫板的網(wǎng)格:做法和設(shè)置同上。 3、對球和板賦材料和截面屬性 (1)給球賦材料屬性:在materials面板內(nèi)選擇20號剛體,設(shè)置Rho為2.000e-08,E為200000,NU為0.30。 (2)給球賦截面屬性:屬性選擇SectShll,thickness設(shè)置為0.1,QR設(shè)為0。 (3)給板賦材料屬性:材料選擇MATL1,其他參數(shù):Rho為2.000e-08,E為100000,Nu為0.30,選擇Do Not Export。 (4)給板賦截面屬性:截面選擇SectShll,thickness設(shè)為0.2。其他參數(shù):SHRE為8.333-01,QR為0,T1為0.2。 (5)給板設(shè)置沙漏控制:在Properties-Create面板下Card image選擇HourGlass,IHQ為4,QM為0.100。更新平板。 4、加載邊界條件 (1)將板上最外面的四行節(jié)點(diǎn)分別建成4個set。 (2)建立一個load collector。 (3)Analysis-constraints面板中,設(shè)置SIZE為1,nodes通過by sets選擇set_1、set_2、set_3、set_4,然后點(diǎn)擊creat即可,邊界條件加載完畢。 5、建立載荷條件(給球一個3mm的位移) (1)建立一個plot: post-xy plots-plots-creat plot,然后點(diǎn)擊return; (2)在post-xy plots-edit curves面板中輸入X{0,0,0.0001},Y{0,3}。 (3)給剛性球一個3mm的沿y正方向的位移:card image設(shè)為PrcrRgd,DOF為2,VAD為2,LCID為1,SF為1,option選擇Rigid。 6、接觸處理 (1)做兩個用于接觸的segment:在Analysis-set_segment面板中,Card image選擇setSegment,elems選擇球這個part。重復(fù)操作對平板創(chuàng)建segment。要同時保證球的setsegment的方向朝外,plane的setsegment方向朝上。 (2)建立接觸: ①對稱接觸:在Analysis-interfaces面板中,type選擇SurfaceToSuface,Card image選擇SingleSurface。master的contactsurfs選擇球的setgment;slave的contactsurfs選擇平板的setgment。點(diǎn)擊edit后,設(shè)置FS為10,F(xiàn)D為10,SFS為100,SFM為100,Automatic一項(xiàng)勾選OneWay。 ②非對稱接觸:在Analysis-interfaces面板中,type選擇SingleSurface,Card image選擇SingleSurface。master的contactsurfs選擇球的setgment;slave的contactsurfs選擇平板的setgment。點(diǎn)擊edit后,設(shè)置FS為10,F(xiàn)D為10,SFS為100,SFM為100,Automatic一項(xiàng)勾選smooth。 7、定義控制卡片 在Analysis-control cards面板中, (1)選擇Control_Enegy,將hgen設(shè)置為2; (2) 選擇Control_Termination,將ENDTIM設(shè)為0.0001s; (3) 選擇Control_Time_step,將DTINIT設(shè)為1*10-6s,將TSSFAC設(shè)置為0.6; (4) 選擇DATABASE_BINARY_D3PLOT,將DT設(shè)置為5*10-6; (5) 選擇DATABASE_OPTION,將MATSUM設(shè)置為1*10-6,將RCFORC設(shè)置為1*10-6。 8、刪除臨時節(jié)點(diǎn) 在geom中選擇temp nodes,點(diǎn)擊node,選擇all,然后點(diǎn)擊clear。 9、節(jié)點(diǎn)重新排號。 tool中選擇renumber,然后選擇all,最后點(diǎn)擊renumber。 10、將文件導(dǎo)出成KEY文件。 11、生成的KEY文件導(dǎo)入LS-DYNA中,并運(yùn)行。 12、打開后處理程序Ls-Prepost,點(diǎn)擊file-open-ls-dyna binary plot,選擇計算得到的d3plot結(jié)果。 13、點(diǎn)擊下方運(yùn)行按鈕,觀看碰撞動畫。選擇右邊的ASCII按鈕,選擇rcforc后,點(diǎn)擊左邊的Load按鈕,再選擇Sl或者M(jìn)a,然后選擇最下方的Resultant force,最后點(diǎn)擊Plot,觀看沖擊力隨時間的變化曲線。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1、對稱接觸情況 對稱接觸定義下,沖擊過程中薄板的彈塑性變形過程如圖1至圖5所示。 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 沖擊過程中剛性球與薄板層接觸力時間歷程如圖6所示。 圖6 2、非對稱接觸情況 非對稱接觸定義下,沖擊過程中薄板的彈塑性變形過程如圖7至圖11所示。 圖7 圖8 圖9 圖10 圖11 沖擊過程中剛性球與薄板層接觸力時間歷程如圖12所示。 圖12 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 根據(jù)對稱接觸定義與非對稱接觸定義的對比實(shí)驗(yàn)計算過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,對稱接觸定義下剛性球撞擊薄板的沖擊現(xiàn)象更加明顯,接觸力更大,計算所花費(fèi)的時間也更長,這與理論上雙接觸面與單接觸面的結(jié)論是相同的。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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