第2章 LS-DYNA初始条件、边界条件和约束

定义横截面 通过指定定义横截面： »横截面的节点 » 在这些节点上计算力所使用的单元 传送力的符号由这些单元位于这些节点的哪一边来决定 自动 » *DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE 用户指定 » *DATABASE_CROSS_SECTION_SET 指定输出频率 » *DATABASE_SECFORC
*DEFINE_COORDINATE_VECTOR
*DEFINE_CURVE *LOAD_NODE_POINT
*SET_SEGMENT
*BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE
刚墙 目的：定义一个刚性面 »模拟屏障、摆锤和压制机等 阻止节点穿透一个面 » 系列节点、一个BOX中的节点，所选节点外的节点 刚墙能量： GLSTAT 刚墙力： RWFORC or GCEOUT 关键字： *RIGIDWALL_PLANAR *RIGIDWALL_GEOMETRIC *CONTACT_ENTITY
第二章
概要 初始条件 例子：爆炸球 边界条件 载荷：例子：对称失效/加载 刚墙 约束 横截面分析
概 述
• 若FEA模型已具有节点，单元，材料特性和 parts等。则可以： »施加：初始条件、边界条件、载荷和约束 束 »必须具有：boxes，曲线，sets，矢量等 • 当parts间发生碰撞，或与其它问题撞击时： » 刚墙 » 接触 (第三章) • 怎样测定载荷/动量 »接触力 »横截面分析
*CONSTRAINED_GENERALIZED_WELD 方式：
SPOT, FILLET, BUTT, CROSS_FILLET, COMBINED
节点坐标可以相同
输出可以指定于一局部坐标系中
点焊
节点的顺序和局部 坐标系的方向对于 决定焊点失效是很 重要的
Fillet 角焊
对于Fillet 焊，节点 的顺序和局部坐标系的 方向如图
»段 (*LOAD_SEGMENT)
»系列段(*LOAD_SEGMENT_SET) » 壳 (*LOAD_SHELL_ELEMENT)
» 系列壳(*LOAD_SHELL_SET)
正的压力值作用方向为壳/ 段的法向的反方向 压力的激活时间
示例
相关关键字 *BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE
*BOUNDARY_CYCLIC
旋转对称
旋转轴矢量
» x, y 和z 轴矢量 » 矢量必须是全局的 2 条边界线 (使用节点sets)
*DEFINE_VECTOR 定义一个矢量
»矢量ID号 (VID)
»确定尾 (xt, yt, zt) 和头 (xh, yh, zh)坐标
边界条件
仅对体单元 *BOUNDARY_NON_REFLECTING
»固定
»运动: 速度或位移、载荷曲 线、矢量
多个几何体墙可以定义，用来 模拟多种几何体的结合
*CONTACT_ENTITY 一般的具有任意表面的刚体及运动 几何实体 » 圆柱、平板、球、圆环、椭圆、VDA 性能改进 » 对接触实体和可变形体间的接触进行封闭形状接 触计算 精度改进 » 表面与网格划分无关
壳单元节点与坐标相同的体单元节点约束
体单元节点（线矢量）是线性约束 » 节点刚体可以完成相同的功能
破裂单元 *CONSTRAINED_TIE-BREAK
»壳边对壳边界面
»作为塑性应变的一个函数局部失效 » 模拟沿预先定义的线（如缝合线或结构铰）失效的结果
*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE
Butt Weld
对于Butt 焊，节点 的顺序和局部坐标 系的方向如图
Part 连接 *CONSTRAINED_NODE_SET
»两节点或更多节点的平动约束
» x, y, z, 或任意组合 » 失效时间
Part 连接
*CONSTRAINED_SHELL_TO_SOLID » 在壳边和体单元间定义固连
» 每行定义8个节点
*SET_NODE_COLUMN »每行定义1个节点
初始条件
*INITIAL_VELOCITY 对节点和体施加一个初始的平 动和转动速度 » 系列节点
*INITIAL_VELOCITY_GENERATION »对于平动和转动的体 – parts – 系列 parts – 系列节点 » 与前两个初始速度的施加方法不能同 时使用
初始条件
起爆点和动量
初始应力/ 应变 初始温度
初始速度
缺省状态下初始应力、温度和速度为零 边界条件高于初始条件
初始条件
*INITIAL _DETONATION 和*INITIAL_MOMENTUM 用于模拟施加在体单元上的一种脉冲载荷 起爆点:引爆炸药材料(parts)
»
动量: 单元上施加一个初始动量
»系列节点外的节点
» 定义的box中的所有节点
*INITIAL_VELOCITY_NODE
» 单个的节点
爆炸球的例子 *KEYWORD 400000000
*TITLE
an exploding sphere $ $$$$$$ An explosive material is placed inside of a sphere. $$$$$$ The explosive is lit, expands, and impacts the sphere. $$$$$$ The sphere expands, reaches yield, seam lines fail and fragments $$$$$$ fly apart. $$ John D. Reid 6/4/98
» 边界处的应力梯度为零
» 边界随冲击波移动 *BOUNDARY_SLIDING_PLANE
» 约束一系列节点在一任意方位的平面或 矢量上移动 *BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE
» 约束节点于一定义的平面上 » 当周围的单元达到定义的拉应力时节点 成为自由节点
边界条件
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION 对节点、系列节点或刚体施加节点运动(平动或转动) 可适用的自由度运动： » 位移 »速度 »加速度 载荷曲线描述的运动 起始和结束的时间
*CONSTRAINED_RIGID_BODIES
其他的 Part 连接技术
一致的节点 » 扭曲的几何体
» 无失效准则
» 不容易分离parts (如操作，重划分) » 接触厚度冲突
梁
»更复杂的定义 »影响时间步计算
接触 (更新)
» 固连(N2S, S2S) » 固连失效 (N2S, S2S)
横截面分析
»三点 的x, y, z 坐标(与 NODES方式一样) *DEFINE_COORDINATE_VECTOR
» 2 个矢量: 局部 x轴, 局部x-y平面内矢量
载荷
• 目的：定义施加的“力 ” »梁 »体 » 爆炸效果 » 热，温度 » 节点和刚体 » 壳（压力） • 避免单点集中载荷 » 物理上无意义
边界条件
*DEFINE_CURVE 定义一（载荷）曲线 *BOUNDARY_SPC 单点约束
载荷曲线ID号 (CLID)
定义曲线上的点 »横坐标 (x) –纵坐标 (y)
约束一节点的一个或更多的自由度
单个的节点或系列节点 » *BOUNDARY_SPC_NODE
缩放因子
偏移 例子
» *BOUNDARY_SPC_SET
可以在局部坐标系中定义
» 力 vs 变形
» 速度vs 时间
边界条件
局部坐标系的定义： *DEFINE_COORDINATE 定义一局部坐标系
指定坐标系ID号(CID)
*DEFINE_COORDINATE_NODES » 3节点: 局部坐标系原点，沿x轴, 局部 x-y 平面内
*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM
» fillet－角焊, butt－对接焊缝
n = 法向应力 n = 焊接方向剪切力
t =焊接方向法向剪切力
*CONSTRAINED_SPOTWELD 两节点点焊
刚性无质量梁
不能传输壳的法向转动刚度 节点坐标不能一致
焊点连接的节点不能是其他约束设置 中的节点，如约束相同的自由度，固连 的界面，或刚体
接触实体的应用： 冲压成型：凸模和凹模表面 几何实体作为几何表面刚体输入 处理刚体假人和可变形体如气囊和驾驶面板的接触 •耦合刚体假人模型软件 MADYMO. 方向盘中气囊的放置.
约束
约束 目的：约束P a rts 之间的自由度 » 铆接和焊接 »约束壳与壳 »约束壳与体
»各种刚体约束
» 防止沙漏模式
避免阶跃载荷 要求一载荷曲线
载荷能缩放
载荷
*LOAD_BEAM *LOAD_BODY
沿梁单元局部轴(r,s,t)定义 牵
引载荷
施加指定的体载荷
» 重力加速度 – 概念上是加速指定的坐标系，所以 ，施加在模型上的惯性载荷是反方向 的 – 因重力产生的预应力，与动力松弛 结合 » 角速度 自由度： X, Y, Z, RX, RY, RZ 所有的节点或系列 parts
$$ Units: unknown - possibly gm, cm, micros, 1E7N, Mbar, 1E7Ncm
$
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
边界条件
*BOUNDARY_OPTION 目的：定义施加在边界节点上的运动 » 对流、通量、辐射和温度 » 循环对称 » 无反射边界、滑动边界和具有失效准则的 对称 (固体) » 强制运动载荷 » SPC约束
梁单元或系列梁单元
每单位长度上的力
载荷
*LOAD_NODE 和*LOAD_RIGID_BODY 施加一载荷于一节点，系列节点或刚体上 x, y, or z 力 x, y, or z 力矩 Follower 力 或力矩 »力作用方向为平面的法向 坐标系可为总体坐标或局部坐标
载荷
分布压力载荷： 施加一个分布压力载荷于一个表面:
节点坐标不能一致
失效时间
焊接失效
焊接失效 失效时间 » 在指定的时间自动失效
拉伸失效
» 因塑性应变
有效节点塑性应变> 失效塑性应变
» 焊点外的金属板撕裂失效，因为塑性发生在焊接 处周围的材料中
焊接失效 脆性失效 » 点焊 Sn = 失效的法向力 Ss =失效的剪切力 fn = 法向界面力 fs =剪切界面力 f = 失效应力 = 失效参数
节点必须有质量 节点不能属于多重，无关或可能冲突的约束
SPC边界不能与约束冲突
*CONSTRAINED_RIVET
焊接
两节点铆接
刚性无质量束 作用与一球铰链相似
*CONSTRAINED_SPOTWELD
*CONSTRAINED_GENERALIZED_W ELD » 点焊 » fillet－对接焊缝 » butt－角焊 » 组合焊
初始条件
*SET – 节点 定义节点组 » set ID号(SID) » 节点的ID号 (NID’s) *SET_NODE_LIST
*DEFINE_BOX 定义一个BOX形状的体， BOX 内的任何事物都可以作为输入 BOX的ID号 (BOXID) 定义BOX 的范围： » Xmin - Xmax » Ymin - Ymax » Zmin - Zmax
*RIGIDWALL_PLANAR 有限或无限 运动条件： » 固定 » 运动: 质量和速度 Soft wall 方式 » 到0速度的循环数 由特定的节点跟踪刚墙 Ortho各向异性摩擦 »两种法线方向互相垂直的摩擦系数 » 如：旋转物体：横向的摩擦系数更大
*RIGIDWALL_GEOMETRIC 平板、棱柱、圆柱、球 运动条件
»固连的节点set (节点必须坐标一致) »可有多个节点 （大于2） (如4个壳的角节点）
» 可变形的薄壳和honeycomb材料的体单元
» 基于塑性应变的wenku.baidu.com效
刚体的Part连接 刚体
» 由动力学方程控制运动
»无失效准则 » 允许转动
*CONSTRAINED_EXTRA_NODES
*CONSTRAINED_JOINT *CONSTRAINED_NODEL_RIGID_BODY
在结构的不同部位定义横截面 » 传送力（界面力或截面力） » 力矩 » 质心位置 » 面积 ===> 所有的量为时间的函数 很好的分析工具，而不是实验方式 全面了解结构怎样作用 可对个别的部件进行分析，了解某一事件下的载荷传送，变形和 能量吸收 精确的校核模型
通过中间结构的力分析