47、如何實(shí)現(xiàn)ANSYS/Ls-dyna中物體按指定軌跡運(yùn)動(dòng)

2016-09-25 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1、準(zhǔn)備工作
1.1 確定施加載荷對(duì)象
    確定欲施加位移載荷的實(shí)體,獲取實(shí)體的 part ID;
    如果是多個(gè)實(shí)體,可以通過(guò)定義一個(gè)part 集,這樣在添加載荷時(shí)可以節(jié)省不少時(shí)間。
    如果位移載荷是作用在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上,必須定義節(jié)點(diǎn)集,關(guān)于節(jié)點(diǎn)集的定義可以用命令 cm,具體請(qǐng)查閱 help。
1.2 確定軌跡。
    首先分析你的運(yùn)動(dòng)類型,是一維運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,或者是二維平面運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,抑或三維空間運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。

其次,獲取物體在不同時(shí)間段的位移。

第三,約束多余的自由度。

    一方面保證物體確實(shí)按設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng),防止由于碰撞等改變物體的軌跡;另一方面節(jié)省存儲(chǔ)空間,提高求解速度。
1.3 適當(dāng)簡(jiǎn)化問(wèn)題
    如果對(duì)物體的變形、應(yīng)力等不關(guān)心,可以將該物體定義為剛體,提高求解速度。定義剛體可以用命令 edmp,rigid,,具體用法請(qǐng)查閱 help。
2、定義數(shù)組
    如果是一維運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,比如沿 x 軸運(yùn)動(dòng),可以通過(guò)兩組參數(shù)來(lái)定義運(yùn)動(dòng),并可以約束該物體在其他方向的自由度(包括轉(zhuǎn)動(dòng))。
    或者不約束其他方向的自由度,通過(guò)數(shù)組定義物體在其他方向的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)均為 0,即不隨時(shí)間變化。這個(gè)方法相比之下比約束自由度麻煩些。而且我認(rèn)為比上一種方法的計(jì)算量要大,會(huì)導(dǎo)致計(jì)算速度變慢。
    我們采用約束自由度,通過(guò)定義數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)數(shù)組分別為時(shí)間數(shù)組和 x 軸方向的位移數(shù)組。
    定義數(shù)組可以用如下命令。
        *dim, time, ,LengthOfTime
        *dim, Xdisp, ,LengthOfXdisp
        Time(1)=0,1,2,3
        Xdisp(1)=5,10,-5,2
    其中 time 和 Xdisp 是數(shù)組名,可以根據(jù)各自喜好設(shè)定,最好是能表示數(shù)組的含義;
    LenthOfTime 和 LengthOfXdisp 分別是t ime 和 Xdisp 數(shù)組的長(zhǎng)度,兩者必須相等,也就是說(shuō)時(shí)間和位移是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。位移為負(fù)值表示物體運(yùn)動(dòng)方向與坐標(biāo)軸方向相反。
    如果是二維運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,需要再定義一個(gè)數(shù)組,即隨時(shí)間變化沿 Y 軸方向運(yùn)動(dòng)的軌跡。
    同樣可以通過(guò)與上面類似的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。時(shí)間數(shù)組可以與定義 x 軸運(yùn)動(dòng)時(shí)一致,也可以另外再定義。若采用相同的時(shí)間數(shù)組,y 軸方向的位移數(shù)組的長(zhǎng)度就必須和 x 軸方向的一致。若兩者長(zhǎng)度不一致,可以另外再定義一個(gè)時(shí)間數(shù)組。這里采用與 x 軸運(yùn)動(dòng)一致的時(shí)間數(shù)組。
        *dim,Ydisp ,LengthOfYdisp
        Ydisp(1)=0,8,-4,0
    對(duì)于三維問(wèn)題依次類推。
   需要說(shuō)明的幾點(diǎn):
        1 如果數(shù)組比較大,可以寫在另外的 txt 文件中,在定義數(shù)組名之后添加載荷曲線之前通過(guò) /input,命令讀入 ansys 中就可以了。需要注意的是,定義的數(shù)組名稱和 txt 文件中的數(shù)組名稱必須一一對(duì)應(yīng);
        2 如果位移變化比較復(fù)雜,比如說(shuō)不斷來(lái)回方向運(yùn)動(dòng),那么時(shí)間數(shù)組的步長(zhǎng)要盡可能的小。因?yàn)?lsdyna 會(huì)根據(jù)數(shù)組進(jìn)行插值,如果時(shí)間數(shù)組步長(zhǎng)較大,插值出來(lái)的位移數(shù)組不一定完全是你定義的載荷曲線,會(huì)有些偏差,可能會(huì)影響到物體運(yùn)動(dòng)跡。

    在定義其他曲線時(shí)也是一樣的道理,比如定義應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線時(shí),盡可能的使數(shù)組的步長(zhǎng)小。
        3、添加載荷曲線
        載荷曲線可以添加,也可以不添加。建議不添加,因?yàn)槿绻d荷曲線比較多,很容易混淆不同載荷曲線的意義,導(dǎo)致載荷添加錯(cuò)誤。如果要添加,可以通過(guò) Edcurve 命令實(shí)現(xiàn),然后在施加載荷時(shí)指定載荷曲線就可以了。Edcurve 命令的具體用法請(qǐng)查閱 help 手冊(cè)。這里不添加載荷曲線,載荷通過(guò)數(shù)組直接定義。
        4、施加載荷
        施加載荷是通過(guò) edload 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

載荷類型分為兩大類:

(1) 一種是將載荷施加在剛體上。若前面定義了該物體為剛體,可以通過(guò) EDLOAD, ADD, RBUX, , compont, TIME, XDISP 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

其中:

RBUX 為剛體沿 x 軸方向的位移,類似的還有沿 y 軸方向的位移 RBUY,沿 z 軸方向的位移 RBUZ。

            后面一項(xiàng)為載荷曲線的名稱。若定義了載荷曲線,就將相應(yīng)載荷曲線的 id 填上,后面的數(shù)組就不需要填寫了。因?yàn)槲覀兦懊鏇]有定義載荷曲線,所以載荷曲線 id 空著不填,依次在后面填上時(shí)間數(shù)組名稱和 x 軸方向位移數(shù)組名稱。
            Componnt 為欲施加載荷的 part 的 id 或者是節(jié)點(diǎn)集的名稱。
        對(duì)于 y 軸方向和 z 軸方向的位移可以采取同樣處理方式,只需將 XDISP 替換為所定義的 y 軸或者 z 軸方向位移的數(shù)組名稱即可。
        (2) 另一種是將載荷施加在非剛體上。操作基本類似。比如定義物體沿x 方向的位移,只需
將RBUX 改為UX 即可。其他的依此類推。
       5、其他
        在 lsdyna 中位移條件是當(dāng)作載荷來(lái)處理的。對(duì)于施加其他載荷,比如轉(zhuǎn)動(dòng)、速度、加速度、力和轉(zhuǎn)矩等也可以用類似的辦法添加,對(duì)于剛體也是用同樣的方法處理。順便提一句,在 abaqus/explicit 中,同樣可以實(shí)現(xiàn)物體按指定軌跡運(yùn)動(dòng),不過(guò)在 abaqus/explicit 中位移條件是當(dāng)邊界條件處理的。

圖7機(jī)架沿軋制方向的位移分布圖

4 結(jié)論

(1)該立輥軋機(jī)由于沒有壓下螺母孔,采用全液壓壓下,機(jī)架的受力情況得到明顯的改善,最大應(yīng)力值為35.8MPa,該應(yīng)力位于孔邊的應(yīng)力集中。

(2)機(jī)架的變形情況主要是壓下方向和軋制方向的變形,窗口沿壓下方向增加0.308mm,窗口沿軋制方向減小0.298mm,整體剛度較好,這說(shuō)明作為精軋機(jī)整體剛度的提高就意味著產(chǎn)品質(zhì)量的提高和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提高。

(3)機(jī)架的材質(zhì)為ZG270—500,其強(qiáng)度極限=500MPa從有限元分析結(jié)果可以看出,機(jī)架的等效應(yīng)力最大值為35.8MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限,其機(jī)架的靜態(tài)安全系數(shù)為13.97,說(shuō)明該機(jī)架結(jié)構(gòu)合理,在目前要實(shí)施的最大軋制負(fù)荷下具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。

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