ANSYS第十讲_Explicit中的准静态分析解析

V
速度 400 m/s:
局部效应
V
0.1 m
速度 25 m/s:
好的全局结果
L10.12
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载荷速率
• 为什么25 m/sec的速度是合适的？ – 一阶频率 ( f ) 大约为 250 Hz。 – 相应的周期为 t=0.004 秒。 – 在此周期内，刚体圆柱被推向梁 d = 0.1 m。 • 这样，估计的速度 v 为 v = d/t = 0.1/0.004 = 25 m/sec。
工具速度 = 500 m/s 喷注
工具速度对变形形状的影响
工具速度 = 10 m/s
L10.10
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载荷速率
• 例子：板金 – 右图为汽车门标准门梁的撞 击测试的简化模型。 • 圆梁在每个端点固定， 接触刚体圆柱后变形。 • 测试为准静态的。
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第十讲
ABAQUS/Explicit中的准静态分析
ABAQUS/analysis_ ABAQUS/Explicit中的准静态分析
概述
• 简介 • 载荷速率 • 能量平衡 • 质量缩放 • 总结
L10.2
ABAQUS/analysis_ ABAQUS/Explicit中的准静态分析
– 在显式板金成型模拟过程中，过大的工具速度将抑制起皱现象，并 激起非真实的局部拉伸。
– 在屈曲成型过程中，过大的工具速度将引起“喷注”效应—水动力 学响应（下页中有图形）。
L10.9
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载荷速率
喷注 – 考虑下面的屈曲成型过程 （轴对称模型180 的截 面）。 – 当工具速度非常大时，产 生高度局部化的变形（喷 注）。
L10.5
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简介
– 为节省计算时间，可以在模拟过程中人为的增加轧制过程的速度。 – 在增加轧制速度之后，静平衡问题演化为动平衡问题。惯性力的影响将会增加。 – 准静态分析的目标就是：在惯性力的影响较小的前提之下，尽量缩短计算的时间 周期。
*AMPLITUDE, NAME=SSTEP, DEFINITION=SMOOTH STEP 0.0, 0.0, 1.0E-5, 1.0 *BOUNDARY, TYPE=DISPLACEMENT, AMP=SSTEP 12, 2, 2, 2.5
L10.15
ABAQUS/analysis_ ABAQUS/Explicit中的准静态分析
– 比如，金属成型过程中，典型的工具速度大约为1 m/s的数量级。 – 这个速度与金属中的典型波速相比是非常小的（钢中的波速为5000 m/s）。 • 一般推荐的载荷速率为材料中波速的1%。
L10.8
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载荷速率
– 推荐的方法： • 以不同的速率多次模拟（比如，工具的速度为100, 50, 5 m/s）。 • 因为以低的载荷速率进行分析的时间比较长，所以以从高的载荷速度到 低的载荷速度进行分析。 • 检查结果（变形形状、应力、应变、能量），分析不同载荷速率对结果 的影响。
刚体圆柱与可变形梁的碰撞
L10.11
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载荷速率
– 如果碰撞速度很高，400 m/sec，变 形高度局部化，梁没有结构响应。
– 静态测试中的主要响应为梁的一阶模 态。该模态的频率用于预计碰撞速度。
• 一阶频率大约为250 Hz。 • 碰撞在4微秒内完成。 • 利用25 m/sec的速度碰撞，圆柱 在4微秒内向梁推动0.1 m。
L10.14
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载荷速率
– SMOOTH STEP幅值定义两个幅值之 间以5阶多项式过渡。比如，在过渡 开始和结束时一阶和二阶时间导数为 零。
– 在使用SMOOTH STEP定义位移时间 历程时，每个指定的幅值处的速度和 加速度为零。
L10.6
ABAQUS/analysis_ ABAQUS/Explicit中的准静态分析
载荷速率
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载荷速率
• 在模拟过程中，人为的增加准静态成型过程的速度是必要的，它可以让求解过 程更经济。
• 但是，在不使结果退化的前提下，究竟可以把速度提高多少呢？
载荷速率
• SMOOTH STEP幅值曲线 – 通过逐步施加载荷的方式，可以提高准静态解的精度： • 工具中的常速度条件导致金属毛坯遭受突然的冲击载荷。 • 这将导致应力波穿过毛坯，产生不希望发生的结果。 • 以斜坡的方式，使工具速度从零逐步增加，将减小这些不利的效应。 • 出于同样的原因，在分析结束移除工具的过程中，也以斜坡的方式将工 具速度逐步降为零。
简介
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简介
• 显式方法是真正的动力学过程。它最初用于模拟高速碰撞问题。 – 它用于求解结构的动力平衡状态。 – 在求解过程中，惯性力起到决定性的作用。 – 非平衡力以应力波的方式在相邻单元之间传播。 – 稳定时间增量一般较小。
L10.4
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简介
• 显式动力学方法还可以模拟准静态问题，比如金属成型过程，但是需要特殊的 考虑：
– 如果以自然时间周期计算，用显式动力学方法求解准静态问题是不切实际的。 一般需要上百万的时间增量。
对称L型截面的轧制Байду номын сангаас
圆柱钢坯的镦锻
– 金属波速为5000 m/sec，所以碰撞速度25 m/sec为波速的 0.5% 。
• 碰撞速度应该小于材料波速的1%。 – 在分析步内，以光滑缓坡的方式，把碰撞速度从零增加到所施加的碰撞速度 可以得到更加精确的解。
L10.13
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