LS-DYNA 2D金属切削模拟步骤
LS-DYNA(ANSYS)教程
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LS-DYNA 求解器
– 市场上最快的显式求解器
– 比其他任何显式程序具有更多的特性 – 完全版本的 LS-DYNA (带有气囊,空气包, 安全带, 炸药模型等) – 完全版的LS-POST后处理器
March 7, 2002 Inventory #001630 1-7
概述
B. ANSYS/LS-DYNA 的应用
概述
… 文件系统
ANSYS/LS-DYNA 运行过程中产生的ANSYS文件的描述(继续):
Jobname.HIS
• • • • • • POST26 中使用的显式动力学时间历程结果文件 包含模型中节点或单元子集的结果 通常比 Jobname.rst 包含更多时间步的结果信息 包含显式分析的附加信息的特定文件 用户在求解前定义要输出的文件 (EDOUT command) ASCII 输出文件 (一些通过 POST26 中EDREAD命令可以获得的) 包括:
• 非线性问题: – 集中质量矩阵需要简单求逆 – 方程非耦合,可以直接求解 (显式) – 无须对刚度矩阵求逆,所有非线性(包括接触) 都包含在内力矢量中 – 内力计算是主要的计算部分
– 无须收敛检查
– 保持稳定状态需要小的时间步
March 7, 2002 Inventory #001630 1-15
LS-POST (phase 2) Postprocess time history binary results files - d3thdt Similar to Jobname.HIS EDHIST,Comp and EDHTIME,Freq
March 7, 2002 Inventory #001630 1-19
• 深拉
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利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数
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利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数Translated by SunnyWinterLS-DYNA已广泛用于汽车碰撞分析。
默认的输入参数一般能给出有效,精确的碰撞模拟结果。
但是,这些默认值对于成形仿真分析并不一定理想。
下面是一个标准的金属成形过程。
为及时参考,推荐输入参数用黑体字标识,并包含在盒状关键字输入框中。
模型明确要求的数据,如终止时间等参数,输入黑体的0值。
一般问题设定在显式成形仿真中,利用质量比例缩放和(或者)人为的高工具速度,运行时间可以大大缩减。
这两种方法都会引入人为的动力学影响,因此必须将其减小到在工程意义上合理的水平。
一个单独的描述人为动力影响的参数是:工具每运动1毫米所采用的显式时间步进值(或周期)数目。
当成形过程允许大的无限的板料运动,比如冲击成形,需要更多的毫米周期数。
当板料被压边圈和冲模支撑较强的约束住时,较少的毫米周期数是必要的。
对大多数的仿真来说,100到1000之间的毫米周期数能产生合理的结果。
如果可能,或者有必要重复一个仿真,可利用两个不同的毫米周期值并比较分析结果去估计其对人为动力学影响的敏感性。
推荐选择的一个最大工具速度是2.0mm/ms,起始和结束速度为0。
可以使用简单的梯形速度轮廓(如图1)。
利用大的时间缩放步参数dt2ms获得要求的毫米周期数,可参考下面的公式:时间步大小=1.0/(最大工具速度*毫米周期数)工具速度,时间步大小和结束时间必须在协调的参照系中选择。
如果所有的工具运动给定,可用下面的步骤设置模拟参数:已知:工具全部行程(mm):D最大工具速度(mm/ms):2.0速度轮廓: 2.0毫秒上升和2.0毫秒下降的梯形(如图1)选择:毫米周期数:ncpm计算:结束时间(ms): T=2.0+D/2速度数据点:(0.0,0.0)(2.0,2.0)(T-2.0,2.0) (T,0.0)时间步大小(ms): dt2ms=1/(2*ncpm)上面的运算提供速度轮廓数据点用于下面的工具运动部分。
第7章-LS-DYNA材料模型之金属、橡胶、泡沫
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橡胶 泡沫
材料
对获得有用的仿真结果而言,材料的行为和特性可能是最令人头 痛的(老师的观点) 非线性材料的行为经常通过新的研究来更新 非线性材料的特性是不容易获得的 常需采用简化模型
基本的材料行为 弹塑性材料
基本材料行为
软化
只要一个单元达到屈服,所有其他的单元将象屈服单元 一样在应力-应变曲线上进行弹性卸载 简单的例子 –有两弹簧的 LPM
泡沫材料模型例子
定义节点和单元
定义运动
定义Parts 和Sections
定义材料
*MAT_SOIL_AND_FOAM
体积应变和压力
•压缩中压力为正 •体积应变定义为相对体积的自然对数,压缩中为负 •相对体积定义为当前体积与初始体积的比值 •列表数据应该以压缩增加的方式排列 •如果压力降低到切断值,则保持为该值
*MAT_RESULTANT_PLASTICITY *MAT_CLOSED_FORM_SHELL_PLASTICITY *MAT_BARLAT_ANISOTROPIC_PLASTICITY *MAT_PLASTIC_GREEN-NAGHDI_RATE *MAT_3-PARAMETER-BARLAT *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC *MAT_BAMMAN_DAMAGE *MAT_RATE_SENSITIVE_POWERLAW *MAT_MODIFIED_ZERILLI_ARMSTRONG
•适用:梁,壳,体,厚壳
•输入
»密度
屈服应力
»杨氏模量
切线模量或应力应变曲线
»泊松比
• Cowper-Symonds SRE 或任意应变率相关
»可获得粘塑性公式
• 基于塑性应变或最小时间步的单元删除
基于ANSYS的金属切削过程的有限元仿真-
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金属切削理论大作业2017年04月1基于ANSYS金属切削过程的有限元仿真付振彪,2016201064天津大学机械工程专业2016级研究生机械一班摘要:本文基于材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型,采用有限元仿真技术,利用有限元软件ANSYS,对二维正交金属切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真。
从计算结果中提取应力应变云图显示了工件及刀具的应力应变分布情况,以此对切削过程中应力应变的变化进行了分析。
关键词:有限元模型;切削力;数学模型;二维模型;ANSYS1 绪论1.1金属切削的有限元仿真简介在当今世界,以计算机技术为基础,对于实际的工程问题应用商业有限元分析软件进行模拟,已经成为了在工程技术领域的热门研究方向,这也是科学技术发展所导致的必然结果。
研究金属切削的核心是研究切屑的形成过程及其机理,有限元法就是通过对金属切屑的形成机理进行模拟仿真,从而达到优化切削过程的目的并且可用于对刀具的研发。
有限元法对切屑形成机理的研究与传统的方法相比,虽然都是对金属切削的模拟,但是用有限元法获得的结果是用计算机系统得到的,而不是使用仪器设备测得的。
有限元法模拟的是一种虚拟的加工过程,能够提高研究效率,并能节约大量的成本。
1.2研究背景及国内外现状最早研究金属切削机理的分析模型是由Merchant [1][2],Piispanen[3],Lee and Shaffer[4]等人提出的。
1945 年Merchant 建立了金属切削的剪切角模型,并确定了剪切角与前角之间的对应关系这是首次有成效地把切削过程放在解析基础上的研究,成功地用数学公式来表达切削模型,而且只用几何学和应力-应变条件来解析。
但是材料的变形实际上是在一定厚度剪切区发生的,而且它假设产生的是条形切屑,所以该理论的切削模型和实际相比具有很大的误差。
1951 年,Lee and Shaffer 利用滑移线场(Slip Line Field)的概念分析正交切削的问题。
LS_Dyna初学者常见问题
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LS_Dyna初学者常见问题LS-DYNA初学者常见的问题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。
以下为LS-DYNA初学者常见的问题:一、LS-DYNA与市面上其它的前处理软件兼容性如何?解答:由于LS-DYNA是全球使用率最高的结构分析软件,因此其它的前处理软件与LS-DYNA是完全兼容的。
在此要强调的是:LS-DYNA的官方前处理程序为FEMB,因为FEMB是专门为LS-DYNA量身订作的前处理程序,有许多设定条件及架构逻辑是其它前处理软件所难望其项背的,为了避免在学习LS-DYNA的过程及操作上产生困扰,强烈建议使用者采用原厂出品的FEMB来做为LS-DYNA的前处理工具,使用者必定更能体会LS-DYNA直觉式的设定与强大的分析能力。
. 二、LS-DYNA似乎很重视「Contact Algorithm」,这是为什么?解答:是的,LS-DYNA很早以前就已经发展「接触算法」,这是因为基础力学所分析的对像均只考虑「力的受体」,故输入条件皆为外力量值。
然而在真实情况下,物体受力通常是因为与其它的物体发生「接触」(Contact)才受力,此时外力量值是无法预期的,应该输入的条件往往都是几何上的接触条件。
金属切削有限元模拟
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(1 )
(2 )
(3)
ai x j ym xm yi bi y j ym ci xm x j
f N
e
(7)
e
式中: f :单元位移列阵 :单元节点位移列阵
N :把节点位移转换为单元位移的转换矩阵
位移与应变的关系:
u v v u , y , xy x y x y
x
(8)
将(5),(6)式带入上式 (9)Байду номын сангаас
5
6
k11
①
k12
①+②+③
k13
①+③
②+ ③
k21
①
k22
①+③
k23
①+②+③
k24
k25
③+ ④ ④
K
k31
k32
②
k33
②
k35
②
k36
k42
②+③ ③+④
k44
( 17)
弹塑性问题中:
e d (对弹性区) D d p d D d (对塑性区)
(18)
位移增量来表示应变增量
e D d B d (对弹性区) p d B d (对塑性区) D
基于SPH方法的钛合金切削仿真分析
![基于SPH方法的钛合金切削仿真分析](https://img.taocdn.com/s3/m/eb02d807fd4ffe4733687e21af45b307e871f9d3.png)
-机械研究与应用•2020年第4期(第33卷,总第168期)研究与试验doi:10.16576/ki.1007-4414.2020.04.001基于SPH方法的钛合金切削仿真分析朱留宪1-2-3,孙勇,张永盛“,武友德",冯颖珊3(1.四川省高温合金切削工艺技术工程实验室,四川德阳618000;2.西南交通大学机械工程学院,四川成都610031;3.四川工程职业技术学院机电工程系,四川德阳618000)摘要:运用SolidWorks、hypermesh和Is-prepost软件建立了切削仿真模型,基于光滑流体动力学方法对Ti6A14V钛合金切削进行了仿真,对切屑形成过程以及切削力进行了分析。
仿真分析结果表明:SPH方法解决了切削仿真过程中的网格畸变造成的无法求解问题,同时,切削仿真锯齿形切屑形貌与试验相一致,验证了SPH方法切削仿真的有效性。
从而为进一步研究钛合金切削机理以及优化切削参数提供了理论支持。
关键词:SPH;钛合金;仿真;锯齿形切屑中图分类号:TH161文献标志码:A文章编号:1007-4414(2020)04-0001-03Simulation Analysis of Titanium Alloy Cutting Based on the SPH Method ZHU Liu-xian1,2,3,SUN Yong1,3,ZHANG Yong-sheng1,3,WU You-de1,3,FENG Ying-shan3(1.Sichuan Provincial Engineering Laboratory qf Super Alloy Cutting Technology,Deyang Sichuan618000,China;2.School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan610031,China;3.Department of Mechanical Electrical Engineering,Sichuan Engineering Technical College,Deyang Sichuan618000,China)Abstract:A model of cutting simulation was established with the Solidworks,hypermesh and ls-prepost software in this paper.The process of Ti6Al4V Titanium alloy cutting was simulated based on the smoothed particle hydrodynamics method;the process of chip formation and cutting force were analyzed.The results show that the SPH method avoid the element distortion problem which always occurs in the process of cutting simulation,and the shape of serrated chip in cutting simulation also is consistent with the test,thus the validity of the cutting simulation is verified by means of the SPH method.Therefore,this research provides a theoretical support for the further study on the cutting mechanism of Titanium alloy and optimization of the cutting parameters.Key words:SPH;Titanium alloy;simulation;serrated chip0引言钛合金因其具有高比强度、高比刚度以及良好的耐腐蚀性等特点,在航空、航天、国防、医疗、电子等领域应用广泛。
lsdyna使用方法2
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第1章ANSYS/LS-DYNA基石出知识有限元2009-05-12 20:06:17 阅读62 评论0 字号:大中小订阅近年来,非线性结构动力仿真分析方面的研究工作和工程应用取得了很大的发展。
20世纪90年代中后期,著名的通用显式动力分析程序LS-DYNA被引入中国,在相关的工程领域中迅速得到广泛的应用,已成为国内科研人员开展数值实验的有力上具。
LS-DYNA的显式算法特别适合于分析各种非线性结构冲击动力学问题,如爆炸,结构碰撞、金属加工成形等高度非线性的问题,同时还可以求解传热、流体以及流固耦合问题。
LSTC公司和ANSYS公司合作推出的ANSYS/LS-DYNA软件,结合了LS-DYNA强大的显式动力分析方法与ANSYS的前后处理功能。
对于曾经接触过ANSYS结构分析的读者而言,谊程序无疑是最理想的辅助动力分析工具。
本章的目的在于全面介绍ANSYS/LS-DYNA的基础知识,包括下面的几个主题:+ LS-DYNA计算程序的发展过程☆LS-DYNA的分析功能与应用范围+ ANSYS/LS-DYNA的工作环境+ ANSYS/LS-DYNA的一般分析过程+ ANSYS~S-DYNA的程序组织和丈件系统+ LS-DYNA显式动力分析的基本概念1.1 LS—DYNA计算程序的发展过程1976年,美国LawrenceLivermore国家实验室J.O.Hallquist博士主持开发完成了DYNA程序系列,主要目的是为武器设计提供分析工具。
1986年部分DYNA源程序在Public Domain(北约局域网)发布,从此在研究和教育机构广泛传播,被公认为是显式有限元程序的先导,是目前所有显式求解程序的基础代码。
1988年,J.O.Hallquist创建LSTC公司(LivermoreSoftwarenchnolOWCorporation),推出LS-DYNA 程序系列,主要包括显式LS-DYNA2D、LS-DYNA3D,隐式LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D,前后处理LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS等商用程序,逐步规范和完善程序的分析功能,陆续推出930版(1993年)和936版(1995年),同时增加了汽车安全性分析、金属板的冲压成形以及流固耦合(ALE算法和Eluer算法),使得LS-DYNA程序系统的应用范围不断扩大,并建立起完备的软件质量保证体系。
LS-DYNA使用指南
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ANSYS/LS-DYNA 使用指南前言本资料来源于互联网,据说来源于安世亚太,基本上是ANSYS 的帮助文件的翻译。
本人遂排版整理,对原文中的公式进行了编辑排版,并对部分错误进行了修改,当然,错误在所难免,仅供自己查阅学习。
版权归原作者所有!如有人非法用于商业用途,与本人无关。
人就一个字2009-5-7目录第一章引言 (1)1.1 显式动态分析求解步骤概述 (1)1.2 显式动态分析采用的命令 (1)1.3 本手册使用指南 (4)1.4 何处能找到显式动态例题 (5)1.5 其它信息 (5)第二章单元 (6)2.1 实体单元和壳单元 (7)2.1.1 SOLID164 (7)2.1.2 SHELL163 (8)2.1.3 通用壳单元算法 (8)2.1.4 薄膜单元算法 (9)2.1.5 三角型薄壳单元算法 (9)2.1.6 PLANE162 (12)2.2 梁单元和杆单元 (13)2.2.1 BEAM161 (13)2.2.2 LINK160 (14)2.2.3 LINK167 (14)2.3 离散单元 (15)2.3.1 COMBI165弹簧-阻尼单元 (15)2.3.2 MASS166 (16)2.4 一般单元特性 (16)第三章建模 (17)3.1 定义单元类型和实常数 (17)3.2 定义材料特性 (18)3.3 定义几何模型 (18)3.4 网格划分 (18)3.5 定义接触面 (20)3.6 建模的一般准则 (20)3.7 PART的定义 (21)3.7.1 Part集合 (24)3.8 自适应网格划分 (24)第四章加载 (28)4.1 一般载荷选项 (28)4.1.1 组元 (29)4.1.2 数组参数 (30)4.1.3 施加载荷 (31)4.1.4 数据曲线 (34)4.1.5 在局部坐标系中定义载荷 (36)4.1.6 指定Birth和Death时间 (37)4.2 约束和初始条件 (37)4.2.1 约束 (37)4.2.2 焊接 (39)4.2.3 初始速度 (39)4.3 耦合和约束方程 (41)4.4 非反射边界 (42)4.5 温度载荷 (42)4.6 动力松弛 (44)第五章求解特性 (46)5.1 求解过程 (46)5.2 LS-DYNA终止控制 (46)5.3 共享存储器并行处理 (47)5.4 求解控制和监控 (48)5.5 显示小尺寸单元 (50)5.6 编辑LS-DYNA的输入文件 (50)5.6.1 方法A (51)5.6.2 方法B (51)5.6.3 使用预先存在的FILE.K (52)第六章接触表面 (54)6.1 接触的定义 (54)6.1.1 列表,显示和删除接触实体 (57)6.2 接触选项 (58)6.2.1 定义接触类型 (59)6.2.2 定义接触选项 (60)6.3 接触搜索方法 (63)6.3.1 网格连接跟踪 (63)6.3.2 批处理方法 (63)6.3.3 限制接触搜索域 (63)6.4 壳单元的特殊处理 (64)6.5 接触深度控制 (64)6.6 接触刚度 (65)6.6.1 罚因子的选择 (65)6.6.2 对称刚度 (66)6.7 2D接触选项 (66)第七章材料模型 (67)7.1 定义显示动态材料模型 (69)7.2 显式动态材料模型的描述 (70)7.2.1线弹性模型 (70)7.2.2非线性弹性模型 (72)7.2.3 非线性无弹性模型 (74)7.2.4 压力相关的塑性模型 (86)7.2.5 泡沫模型 (90)7.2.6 状态方程 (94)7.2.7 离散单元模型 (104)7.2.8 刚性体模型 (107)第八章刚性体 (109)8.1 定义惯性特性 (109)8.2 加载 (111)8.3 变形体和刚性体部件间的转换 (111)8.4 节点刚体 (112)第九章沙漏 (113)第十章质量缩放 (115)第十一章子循环 (117)第十二章后处理 (119)12.1 输出控制 (119)12.1.1 结果文件(Jobname.RST)和时间历程文件(Jobname.HIS)的比较 (119)12.1.2 生成POST26的ComponentS (120)12.1.3 为POST26记录输出文件 (120)12.2 使用ANSYS/LS-DYNA的POST1 (121)12.2.1 动画结果 (121)12.2.2 单元数据输出 (122)12.2.3 自适应网格划分的处理结果 (123)12.3 在ANSYS/LS-DYNA中使用POST26 (124)第十三章重启动 (125)13.1 重启动Dump文件 (125)13.2 EDSTART 命令 (125)13.2.1 新分析 (126)13.2.2 简单重启动 (126)13.2.3 小型重启动 (126)13.2.4 完全重启动 (128)13.3 输出文件的影响 (130)第十四章显式-隐式顺序求解 (132)14.1 显式-隐式顺序求解 (132)第十五章隐式-显式顺序求解 (137)15.1 预载荷结构的隐式-显式顺序求解 (137)第十六章跌落测试模块 (142)16.1 简介 (142)16.2 选择DTM模块启动ANSYS (142)16.3 典型的跌落分析步骤 (143)16.3.1 基本的跌落测试分析步骤 (143)16.3.2 屏幕坐标的定义 (146)第一章引言ANSYS/LS-DYNA将显式有限元程序LS-DYNA和ANSYS程序强大的前后处理结合起来。
LS-DYNA使用指南
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第七章材料模型ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型,它们可以表示广泛的材料特性,可用材料如下所示。
本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。
对于每种材料模型的详细信息,请参看Appendix B,Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第十六章(括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA材料号)。
线弹性模型·各向同性(#1)·正交各向异性(#2)·各向异性(#2)·弹性流体(#1)非线弹性模型·Blatz-ko Rubber(#7)·Mooney-Rivlin Rubber(#27)·粘弹性(#6)非线性无弹性模型·双线性各向同性(#3)·与温度有关的双线性各向同性(#4)·横向各向异性弹塑性(#37)·横向各向异性FLD(#39)·随动双线性(#3)·随动塑性(#3)·3参数Barlat(#36)·Barlat各向异性塑性(#33)·与应变率相关的幂函数塑性(#64)·应变率相关塑性(#19)·复合材料破坏(#22)·混凝土破坏(#72)·分段线性塑性(#24)·幂函数塑性(#18)压力相关塑性模型·弹-塑性流体动力学(#10)·地质帽盖材料模型(#25)泡沫模型·闭合多孔泡沫(#53)·粘性泡沫(#62)·低密度泡沫(#57)·可压缩泡沫(#63)·Honeycomb(#26)需要状态方程的模型·Bamman塑性(#51)·Johnson-Cook塑性(#15)·空材料(#9)·Zerilli-Armstrong(#65)·Steinberg(#11)离散单元模型·线弹性弹簧·普通非线性弹簧·非线性弹性弹簧·弹塑性弹簧·非弹性拉伸或仅压缩弹簧·麦克斯韦粘性弹簧·线粘性阻尼器·非线粘性阻尼器·索(缆)(#71)刚性体模型·刚体(#20)7.1定义显示动态材料模型用户可以采用ANSYS命令 MP, MPTEMP, MPDATA, TB, TBTEMP和 TBDATA以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP来定义材料模型。
LS-DYNA 动态仿真
![LS-DYNA 动态仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/6135a61855270722192ef745.png)
ANSYS/LS-DYNA前处理操作步骤在ANSYS Launcher界面中,选择ANSYS Mechanical/LS-DYNA1、菜单过滤Main Menu→Preprocessor→LD-DYNA Explicit→OK2、设置文件名及分析标题Utility Menu→File→change Jobname→cutting→New log and error file :YES→OK Utility Menu→File→change Title→cutting analysis →OK3.定义单元类型Main Menu| Preprocessor| Element Type| Add/Edit/Delete选择3D SOLID164 →OK→options→选择const.stress;Lagrangian→OK 4.输入材料性能Main Menu| Preprocessor| | Material Props| Material Models在窗口中选择Rigid Material定义刀片材料在DENS中输入5.2e3EX中输入4.1e11NUXY中输入0.3Translation Constrain Parameter处选择Y and Z disps.Rotational Constraint Parameter处选择All rotation,单击OK按钮然后在该界面的Material中选择New Models定义工件材料(45#)LS-DYNA→Equation of state→Gruneisen→Johnson-Cook按如下数据输入DENS=7.8e3(kg/m 3);EX=2.06e11Pa;NUXY=0.3;A=507MPa;B=320 MPa;C=0.28;n=0.064;m=1.06D1=0.1;D2=0.76;D3=1.57;D4=0.005;D5:-0.845.建立几何模型( 3D )(1)创建工件模型Main menu→preprocessor→Create→Areas→Rectangle →By Dimensions→输入:X1,X2:0,5;Y1,Y2:0,3.4→OK (2)创建刀片模型Main menu→preprocessor→Create→Keypionts→In Active CS→依次输入:keypoint number:5,X、Y、Z :5.1,2.9,0;keypoint number:6,X、Y、Z :6,3.228,0;keypoint number:7,X、Y、Z :6,4,0;keypoint number:8,X、Y、Z :5.294,4,0→OK6.划分网格(1)刀片划分Utility Menu| PlotCtrls| Numbering将V olume numbers设置为On,单击OK按钮。
基于ANSYS_LS_DYNA的螺旋刀具土壤切削的数值模拟
![基于ANSYS_LS_DYNA的螺旋刀具土壤切削的数值模拟](https://img.taocdn.com/s3/m/0b44d417cc7931b765ce1546.png)
从 2001 年开始 , 国内学者使用有限元法研究土壤切 削问题迅速增加, 主要包括研究进展的综合论述以 及方法的探讨等[ 3- 7] 。 从 1977 年开始 , 国外学者分别采用二维有限元 和三维有限元法对宽、 窄齿耕作部件进行土壤切削 模拟 , 并采用 有限元 法研 究深 耕铲的 土壤 切削 性 能[ 8- 9] , 有的还研究了动力影响时土壤切削的有限元 分析方法[ 10- 11] 。近年来用有限元方法研究土壤切削 特征取得了较大的进展。有限元法已成为研究耕作 部件对土壤高速切削问题的有效工具 , 但运用有限 元法在螺旋刀具切屑土壤的研究还鲜有报道。笔者 运用 ANSYS/ L S_DYNA 进行螺 旋刀具切削土 壤 的显示动力学分析, 探讨了其切削过程 , 分析了切削 功耗的大小及螺旋刀具力学特性 , 旨在揭示螺旋刀 具- 土壤的工作机理, 为螺旋式开沟机的动力选型 和结构参数的优化设计提供科学依据。
3 [ 13]
1. 2
螺旋刀具切削土壤的简化和假设 由于切削过程的复杂性, 伴随着应力、 应变的急
剧变化, 包括弹、 塑性和断裂的变形 , 因此, 为准确反 映切削的过程, 假设如下 : . 螺旋叶片和空心圆柱轴的材料为各向同性 的线弹性材料; . 如果让螺旋叶片同时做水平和旋转运动, 则 螺旋叶片做复杂的三维运动, 在有限元中难以实现 在弹性体上同时加载两种运动 , 因此将模型简化为 螺旋刀具的旋转运动和土壤的水平运动 ; . 根据土壤材料模型发展的现状和计算机运
第2期
马爱丽 等 : 基于 A N SY S/ L S_D YN A 的螺旋刀具土壤切削的数值模拟
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线成 90 沿导线运动形成。螺旋线的参数方程为 x = r cos 2 k y = r sin 2 k z = e ( 2 r ) k + ( 2 r tg 式中 e= h 1 - 2 r k 0 tg 2 ( 2 rk 0 )
基于ANSYS LS-DYNA的金属切削技术研究
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基于ANSYS/ LS-DYNA的金属切削技术研究摘要:运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行有限元仿真。
分析了建立有限元模型时的关键技术,研究了切削的应力变化过程,并对切削速度、切削厚度和刀具前角对切削力的影响进行了分析,可为金属切削技术的研究提供参考。
关键词:金属切削;应力;切削力0 引言金属切削加工是指利用金属切削刀具从毛坯或半成品上切去多余的材料,从而获得符合预定技术要求的零件或半成品的一种加工技术。
计算机技术的发展推动了金属切削加工模拟技术的进步,有限元法应用于加工过程的模拟,具有动态性、高度非线性等特点。
仿真结果能够达到所需的精度,可靠性高,还能得出许多在试验中很难测量的数据。
本文利用ANSYS/LS-DYAN软件建立金属的正交切削有限元模型,对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行分析。
1 有限元模型1.1 建立几何模型在ANSYS/LS-DYNA中有Lagrange、Euler和ALE 3种算法,本文采用Lagrange法。
采用这种方法时,物体结构形状的变化和单元网格的变化是完全一致的,材料不会在单元与单元之间发生流动。
在ANSYS的前处理器中建立二维模型,刀具的几何参数为:前角=12°,后角=15°,工件取长15mm,高7mm的矩形。
定义有限单元类型为PLANE162。
1.2 建立材料模型在金属切削过程中,材料的行为是非线性的,工件模型采用Johnson-Cook模型,刀具可看成线性弹性模型。
刀具材料为WC硬质合金,密度为15700kg/m3,弹性模量为652GP a,泊松比为0.22;工件材料为45钢,材料参数如表1。
Johnson-Cook模型如下:1.3 网格划分网格划分是有限元模拟的基础,它关系到有限元计算的速度和精度,以至计算的成败。
将工件进行切分,分为上下两部分,上半部分高3mm,为切削区。
切削区网格进行细分,得到工件的网格数为6000,刀具网格数为400。
基于ANSYS和LS-DYNA的钢弹侵彻钢板数值数字模拟
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基于ANSYS/LS-DYNA的钢弹侵彻钢板数值模拟摘要:利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件Lagrange算法,对钢弹以一定的角度斜侵彻厚钢板进行了全过程的数值模拟,求解着速度为1000m/s左右的钢弹侵彻钢板的动力响应时间历程,获取钢弹侵彻钢板的速度、加速度和Von-Mises应力云图,帮助我们分析高速碰撞过程并量化碰撞过程中物质内部的变化。
关键词:有限元分析ANSYS LS-DYNA钢弹侵彻数值模拟0 引言钢弹侵入是十分复杂的固体动力学问题,其大量的中间过程如弹、靶的相对速度,弹靶接触面运动规律,应力分布与传播,能量和动能的转化等难以通过理论分析与计算得到。
数值分析方法为研究钢板侵彻问题提供了良好的教学手段,通过对钢弹及钢板在侵彻过程中网格变化,记录钢弹与钢板作用过程的全部信息,从而反映真实的侵彻过程。
1 ANSYS/LS-DYNA有限元软件ANSYS/LS-DYNA是由美国公司开发的一款软件,由于ANSYS/LS-DYNA程序有强大的数值模拟功能,它在民用和国防工业领域有广泛的应用。
主要涉及爆破工程的安全分析流体结构相互作用;战斗部结构的设计分析;内弹道发射对结构的动力响应分析;侵彻过程及爆炸成坑模拟分析;军用设备和结构设施受碰撞和爆炸冲击加载的结构动力分析;超高速碰撞模拟分析等。
本文采用了ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对钢弹侵彻钢板进行数值模拟、仿真与分析。
2 有限元模型2.1 钢弹侵彻3cm钢板计算机算法和材料模型选择本试验属于典型的钢弹侵彻钢板问题,钢弹速度中等,属于中速撞击范围。
钢弹及钢板计算模型如图1所示。
图1 模型示意图钢弹尺寸(直径1.5cm ,长度5.0cm )与钢板尺寸(厚度3.0cm,长度30.0cm 宽度30.0cm)相比要小得多,可以认为钢板是无限域。
在这种情况下,钢板可视为轴对称体,由于钢弹也为轴对称体,为了简化问题的计算,在分析的过程中只建立二分之一个模型。
ANSYSLS-DYNA二次开发及其在侵彻模拟中的应用
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ANSYS/LS-DYNA二次开发及其在侵彻模拟中的应用[范斌1,2马壮1,2范群波1,2,*金福生1祝威1][1.北京理工大学,100081 2.冲击环境材料技术国家级重点实验室,100081]*通讯作者Email:fanqunbo@[ 摘要] 针对利用商用软件ANSYS/LS-DYNA建立弹靶有限元模型及K文件修改的复杂性,运用编程语言C#进行了ANSYS/LS-DYNA的二次开发,建立了装甲防护领域的专业软件——装甲防护效能仿真评估平台。
该软件通过定制专用前后处理界面,实现了参数化的前处理过程,K文件自动提交计算过程,以及高效的后处理过程。
该软件针对无较多有限元分析经验的普通研究人员使用,可高效完成弹靶侵彻过程的模拟及装甲的抗弹性能的定量评估,避免了大量的重复性工作,提高了分析效率。
[ 关键词]二次开发;数值模拟;抗弹性能;侵彻Secondary Development of ANSYS/LS-DYNAand Application in Numerical Simulation of Penetration [FAN Bin1,2, MA Zhuang1,2, FAN Qun-bo1,2,*, JIN Fu-sheng1, ZHU Wei1 ][1.Beijing Institute of Technology, 100081 2.National Key Laboratory of Science andTechnology on Materials under Shock and Impact,100081][ Abstract ] Armor ballistic performance simulation evaluating platform, a professional software in armor ballistic performancing area, has been developed to deal with the complexity in building the finite element model and modifying the keyword file when using the commercial software ANSYS/LS-DYNA. Parametric pre-processing, keyword file automatically submitting, as well as efficient post-processing are achieved by designing special pre-processing and post-processing user interface. To those ordinary researchers lacking FE analysis experience, this software can efficiently simulate the penetrating process and quantificationally evaluate the ballistic performance,thus avoiding the vast repeatability and improving the analyzing efficiency.[ Keyword ] secondary development; numerical simulation; ballistic performance; penetration1 前言侵彻是指高速运动的弹体侵入甚至穿透目标靶板的过程,它是一种普遍存在的物理力学现象,研究弹体与靶板的相互作用过程,具有重要的民用价值和军事应用背景。
基于ANSYS_LS_DYNA的金属切削过程有限元模拟_李国和
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2007年12月农业机械学报第38卷第12期基于ANSYS /LS -DYNA 的金属切削过程有限元模拟李国和 王敏杰 段春争 【摘要】 利用A N SYS /L S -DY NA 进行了金属切削过程的模拟研究,模拟了切屑的形成过程,得到了变形区应力和应变分布,并研究了残余应力和切削力的变化。
模拟结果表明,在第1变形区和第2变形区,应力、应变较大,且较集中,前刀面的最大应变出现在距刀尖一定距离的地方;在切削过程中,切削力逐渐增大,最后保持在某一个值附近波动,达到稳定状态;在加工表面上存在着残余应力和残余应变,且残余应力和残余应变随着与刀尖和已加工表面之间距离的增大而减小。
关键词:金属切削 有限元模拟 应力 应变中图分类号:T G 501文献标识码:AFinite Element Simulation of the Process of OrthogonalMetal Cutting Based on the ANSYS /LS -DYNALi Guohe Wang M injie Duan Chunzheng(Dalian Univer sity o f Technology )AbstractThe finite element simulation study of metal cutting pro cess has been carried out w ith the finite element so ftw are ANSYS /LS -DYNA .The fo rming process o f chip w as simulated and the distr ibution of strain and stress w as acquired .In addition ,the change of rem nants stress ,strain and cutting force has been studied.The results of simulatio n show ed that the str ain and stress is larger and m ore intense in the first and second deformation zone and the larg est stress o f rake face appeared in position that had a displacement to the too l tip .In the process of metal cutting ,the cutting fo rce has been increased g radually and then held wav e nearby a constant value.T here w er e remnants str ain and stress in the finished surface and the r em nants strain and stress decr eased w ith the distance of too l tip and the finished surface increased .Key words Metal cutting ,Finite element simulatio n ,Stress ,Strain收稿日期:2006-09-05李国和 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 博士生,116024 大连市王敏杰 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 教授 博士生导师段春争 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 讲师 引言为了研究金属切削的机理,使切削参数的选取、刀具的设计更加合理,学者们已经做了大量的研究工作。
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在ANSYS Launcher界面中,选择ANSYS Mechanical/LS-DYNA1、菜单过滤Main Menu→Preprocessor→LD-DYNA Explicit→OK2、设置文件名及分析标题Utility Menu→File→change Jobname→2D cutting→New log and error file :YES→OKUtility Menu→File→change Title→cutting analysis →OK3、选择单元类型Main menu→preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add→2D solid 162→OK→options→选择const.stress ;Lagrangian→OK4、定义材料模型(1)定义刀具材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→rigid material→输入:DENS:5.2e3 ;EX:4.1e11 ;NUXY:0.3 ;选择“Y and Zdisps” ;“All rota tions”→OK(2)定义工件Johnson-cook材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→Gruneisen→Johnson-cook→输入:DENS:7.8e3 ;EX:2.06e11 ;NUXY:0.3A:507;B:320;C:0.28;n;0.064;m=1.06D1:0.15;D2:0.72;D3:1.66;D4:0.005;D5:--0.84yangmeng112010-8-30 17:43:435、创建几何模型(1)创建工件模型Main menu→preprocessor→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions→输入:X1,X2:0,5;Y1,Y2:0,3→OK(2)创建刀片模型Main menu→preprocessor→Create→Keypionts→In Active CS→依次输入:keypoint number:5,X、Y、Z :5.1,2.9,0;keypoint number:6,X、Y、Z :6,3.228,0;keypoint number:7,X、Y、Z :6,4,0;keypoint number:8,X、Y、Z :5.294,4,0→OKyangmeng112010-8-30 17:44:006、网格划分(一)(1)对刀片进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines :By Num/Pick→Apply→选取刀片边线→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV:10→OK(2)对刀尖半圆进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines :By Num/Pick→Apply→选取刀尖半圆→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV:3→OK(3)确定刀片的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取刀片→Apply→确定材料号和单元类型号为1→OK(4)刀片网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh:Aeras;shape:Tri;free→Mesh→选取刀片→OK(二)(5)对工件进行网格划分切分工件Utility menu →Workplane→Wp settings→Grid and Triad→Minimum ,maximum:-5,5 ; Spacing:1.0→OK平移和旋转工作平面并用其切分工件Utility menu →Workplane→Offset wp by increm ens→X,Y,Z offsets:0,2.5,0;XY,YZ,ZX angle:0,90,0→OKMain menu→preprocessor→Modeling→operate→Booleans→Divide→Areas by wkplane→选取工件→OK取消工作平面显示Utility menu→workplane→Display workingplane→等分接触区域相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines :By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段(两条)→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV:10→OK等分接触区域相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines :By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段(两条)→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV:40→OK等分接触区域不相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines :By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段(两条)→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV:25→OK等分接触区域不相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines :By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段(底边)→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV:30→OK确定工件的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取工件→Apply→确定材料号为2和单元类型号为1→OK工件网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh:Aeras;shape:Quad;mapped→Mesh →选取工件→OKyangmeng112010-8-30 17:44:227、建立partMain menu→preprocessor→LS-DYNA options→part options→create all part→OK(part1:刀具;part2:工件)Plot→parts(不同颜色显示单元)8、定义接触信息Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→contact→Define contact→surface to surf;Eroding;静、动摩擦系数为0.15、0.10→OK→弹出contact options对话框,确定接触件(工件),目标件(刀片)→OK9、施加边界条件Utility menu→select→Entities→Nodes :By Location :X Coordinates→Min,Max:-0.01,0.01;From Full→Apply(选中左侧边所有节点)Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pick All→All DOF→OKUtility menu→select→Entities→Nodes :By Location :Y Coordinates→Min,Max:-0.01,0.01;From Full→Apply(选中底边所有节点)Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pick All→All DOF→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything10、对刀片施加初速度Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Initial Velocity→on parts→w/Nodal Rotate→选择part1,VX:-100→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything11、设置能量控制选项Main menu→Solution→Analysis options→Energy options→打开所有能量控制选项→OK12、设置人工体积粘性选项Main menu→Solution→Analysis options→Bulks viscosity→Quadratic Viscosity Coefficient:1.0→OK13、设置时间步长因子Main menu→Solution→Time controls→Time step ctrls→Time step scale factor:0.6→OK14、设置求解时间Main menu→Solution→Time controls→Solution time→1e-3→OK15、设置结果文件输出步数Main menu→Solution→Output Controls→File output Freq→Number of steps→[EDRST]:50;[EDHTIME]:50→OK16、设置结果文件的输出类型Main menu→Solution→Output Controls→Output File Types→Add:ANSYS and LS-DYNA→OK 17、输出K文件Main menu→Solution→Write jobname.K18、求解Main menu→Solution→Solve19、后处理(暂时不管)。