顯式與隱式方法對比

1、顯式與隱式方法對比顯式與隱式方法對比:隱式時間積分不考慮慣性效應(yīng)(CandM)。在t+t時計算位移和平均加速度：u=F/K。線性問題時，無條件穩(wěn)定，可以用大的時間步。非線性問題時，通過一系列線性逼近(NewtonRaphsorj)來求解；要求轉(zhuǎn)置非線性剛度矩陣k;收斂時候需要小的時間步；對于高度非線性問題無法保證收斂。顯式時間積分用中心差法在時間t求加速度：a=(F(ext)-F(int)/M。速度與位移由：v=v0+at,u=u0+vt新的幾何構(gòu)型由初始構(gòu)型加上X=X0+U非線性問題時，塊質(zhì)量矩陣需要簡單的轉(zhuǎn)置；方程非耦合，可以直接求解；無須轉(zhuǎn)置剛度矩陣，所有的非線性問題(包括接觸)都包含在

2、內(nèi)力矢量中；內(nèi)力計算是主要的計算部分；無效收斂檢查；保存穩(wěn)定狀態(tài)需要小的時間步。關(guān)于文件組織：jobname.klsdyna輸入流文件，包括所有的幾何，載荷和材料數(shù)據(jù)jobname.rst后處理文件主要用于圖形后處理(post1),它包含在相對少的時間步處的結(jié)果。jobname.his在post26中使用顯示時間歷程結(jié)果，它包含模型中部分與單元集合的結(jié)果數(shù)據(jù)。時間歷程ASCII文件一一包含顯式分析額外信息，在求解之前需要用戶指定要輸出的文件，它包括：GLSTA除局信息，MATSUM材料能量，SPCFORC?點約束反作用力，RCFORC®觸面反彳用力，RBDOUT剛體數(shù)據(jù)，NODOUT

3、節(jié)點數(shù)據(jù)，ELOUTI元數(shù)據(jù)在顯式動力分析中還可以生成下列文件：D3PLOT類似ansys中jobname.rstD3THDT時間歷程文件，類似ansys中jobname.his關(guān)于單元：ANSYS/LSDYNA7中單元(所有單元均為三維單元)：LINK160顯式桿單元；BEAM161:顯式梁單元；SHELL163顯式薄殼單元；SOLID164顯式塊單元；COMBI168顯式彈簧與阻尼單元；MASS166顯式結(jié)構(gòu)質(zhì)量；LINK167:顯式纜單元顯式單元與ansys隱式單元不同：每種單元可以用于幾乎所有的材料模型。在隱式分析中，不同的單元類型僅僅適用于特定的材料類型。每種單元類型有幾種不同算法，

4、如果隱式單元有多種算法，則具有多個單元名稱。所有的顯式動力單元具有一個線性位移函數(shù)，目前尚沒有具有二次位移函數(shù)的高階單元。每種顯式動力單元缺省為單點積分。不具備額外形函數(shù)和中間節(jié)點的單元以及P單元。單元支持ansys/lsdyna中所有的非線性選項。簡化積分單元的使用：一個簡化積分單元是一個使用最少積分點的單元，一個簡化積分塊單元具有在其中心的一個積分點；一個簡化殼單元在面中心具有一個積分點。全積分塊與殼單元分別具有8個和4個積分點。在顯式動力分析中最消耗CPU的一項就是單元處理。由于積分點的個數(shù)與CPU時間成正比，所有的顯式動力單元缺省為簡化積分。簡化積分單元有兩個缺點：出現(xiàn)零能模式（沙漏）

5、；應(yīng)力結(jié)果的精確度與積分點直接相關(guān)。沙漏：一種比結(jié)構(gòu)響應(yīng)高的多的頻率震蕩的零能變形模式。它在數(shù)學(xué)上是穩(wěn)定的,但在物理上是不可能的狀態(tài)。它們通常是沒有剛度，變形時候呈現(xiàn)鋸齒形網(wǎng)格。單點積分單元容易產(chǎn)生零能模式；它的出現(xiàn)會導(dǎo)致結(jié)果無效，應(yīng)盡量避免和減小。如果總的沙漏能大于模型內(nèi)能的10%,這個分析就有可能是失敗的。避免沙漏的方法：1,避免單點載荷，因為它容易激發(fā)沙漏。2,用全積分單元，全積分單元不會出現(xiàn)沙漏，用全積分單元定義模型的一部分或全部可以減少沙漏。3,全局調(diào)整模型體積粘性，可以通過使用EDBVIS命令來控制線性和二次系數(shù)，從而增大模型的體積粘性。4,全局增加彈性剛度，用命令EDHGLSi曾

6、加沙漏系數(shù)。建議剛度系數(shù)不超過0.15。5,局部增加彈性剛度。有時只需要用EDMP,HGLS令增加某些特定潮流或區(qū)域單元的剛度即可達到目的。使用單元注意：避免使用小的單元，以免縮小時間步長。如果要用，則同時使用質(zhì)量縮放。減少使用三角形/四面體/棱柱單元。避免銳角單元與翹曲的殼單元，否則會降低計算精度。需要沙漏控制的地方使用全積分單元，全積分六面體單元可能產(chǎn)生體積鎖定（由于泊松比達到0.5）和剪切鎖定（例如，簡支梁的彎曲）。關(guān)于PART一個PAR說具有相同的單元類型，實常數(shù)和材料號組合的一個單元集。通常，Part是模型中的一個特定部分，在被賦予一個partID號后，可以用于一些命令中。一些需要應(yīng)

7、用part的操作：定義和刪除兩個實體之間的接觸（EDCGENSEDCDELE定義剛體載荷與約束（EDLOA山EDCRB讀取時間歷程材料數(shù)據(jù)（EDREAD向模型的組元施加阻尼（EDDAMP使用PART投驟：1,建立模型，直到遇到需要使用PART勺命令。2,創(chuàng)建PART列表（EDPART,CREATE列出（EDPART,LIST3,使用列表中適當(dāng)?shù)腜ART號。4,在以后的模型中需要使用PART勺命令時，先更新（EDPART,UPDATE口列表（EDPART,LI$Tf前的PART5,對于所有用到PARTt的命令時重復(fù)步驟4。使用PARTS意：如果使用EDPARTCREATED復(fù)創(chuàng)建PARTJ表，P

8、ARTJ表被重復(fù)覆蓋，這有可能對先前定義的一些參考PAR怖令產(chǎn)生影響（如接觸等）。為了避免這種情況，可以使用update更新part列表。更新后的part不會改變part順序，它可以將新產(chǎn)生的單元加到相應(yīng)的part組中。用EDPART,UPDATE行part更新。關(guān)于材料模型相對于隱式分析，ANSYS/LSDYNA供了implicit中不具備的特性：1,應(yīng)變率相關(guān)塑性模型。2,溫度敏感塑性材料。3,應(yīng)力和應(yīng)變失效準(zhǔn)則模型。4,空材料模型(如應(yīng)用于鳥撞)。5,狀態(tài)方程模型。概述：LinearElastic:isotropic(withFluidOption),Orthotropic,Anisot

9、ropicNonlinearElastic:Blatz-KoRubber,Mooney-Riviln,ViscoelasticPlasticity:RateIndependent(3),RateSensitive(8)Foam:Isotropic,OrthotropicCompositeDamageConcreteEquationofState:Temp.&strainratedependentplasticity,NullmaterialsOther:Rigidbodies,Cables,Fluid線彈性：彈性（各向同性）：所有方向材料特性相同。大多數(shù)工程金屬都是各向同性的（

10、如鋼鐵）。簡單由DENS,EX,NUXY義。正交各向異性：特性具有3各相互垂直的對稱面。一般用9各獨立參數(shù)和DENS定義。定義需要根據(jù)特定的坐標(biāo)系來定義。各向異性：材料中各個點處的特性是獨立的。需要21個獨立參數(shù)和DENS定義。非線彈性：可以經(jīng)受大的可恢復(fù)的彈性變形Blatz-Ko用于象橡膠一樣的可壓縮材料。泊松比ansys自動設(shè)置為0.463,只需要DENS?口GXY材料響應(yīng)通過應(yīng)變能量密度函數(shù)確定。MooneyRivlin:用于定義不可壓縮橡膠材料。需要輸入DENS,NUXY和Mooney-Rivlin常數(shù)C10和C01。為了保證不可以壓縮行為，NUXY的值設(shè)在0.49和0.5之間。材料響

11、應(yīng)通過應(yīng)變能量密度函數(shù)確定。Viscoelastic定義玻璃類材料。需輸入G0,G,K等參數(shù)。塑性：有11中塑性模型，模型選擇取決于要分析的材料和可以得到的材料參數(shù)。要得到好的分析結(jié)果，需要使用精確的材料參數(shù)。塑性模型可分為3大類位于不同的類別內(nèi)的材料模型之間區(qū)別很大，但在一個類別內(nèi)的材料模型差別不大，通常只是可獲得的材料參數(shù)不同。類別1:各向同性材料應(yīng)變率無關(guān)塑性材料模型（3種）a,經(jīng)典雙線性隨動硬化（BKIN）。b,經(jīng)典雙線性各向同性硬化（BIS。c,彈性塑性流體動力（HYDRO。這些模型都用彈性模量（EX）和切線模量（ETAN來表示材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)變率無關(guān)的模型通常用于象板金成型

12、一類的總的成型過程相對長的計算中。所有3個模型可以用于大多數(shù)工程金屬材料。BKIN與BISO模型之間的唯一區(qū)別是硬化假設(shè)，隨動硬化假定二次屈服在2（ry時出現(xiàn)，而等向硬化出現(xiàn)在26max。它們輸入?yún)?shù)類似：DENS,EX,NUXYeldStress（ry）,TangentModulus（Etan）HYDRO®用于經(jīng)受大變形乃至失效的材料，如果沒有指定有效的真實應(yīng)力與應(yīng)變，則認為是等向硬化，需要指定YieldStres47）,TangentModulus(Etan)。類別2：各向同性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型（5種）。a,塑性隨動（plastickinematic）:帶有失效應(yīng)變的Cowper

13、-Symonds模型。b,率敏感：帶有強度和硬化系數(shù)的Cowper-SymondS模型。c,分段線性：帶有多線性曲線和失效應(yīng)變的Cowper-Symondsd,率相關(guān)：用載荷曲線和失效應(yīng)力定義的應(yīng)變率。e,幕法則：用于總塑性成型的Ramburgh-Osgood模型。模型ac使用CowperSymonds模型在應(yīng)變率的基礎(chǔ)上縮比屈服應(yīng)力。由于彈性模量，屈服應(yīng)力，切線模量和失效應(yīng)力都可以作為應(yīng)變的函數(shù)輸入，模型2d是最普通的應(yīng)變率模型。卞K型a-d可以用于一般的金屬和各向同性材料塑性成型分析。卞K型e是專用于超塑性成型的特殊材料模型。類別3:各向異性應(yīng)變率相關(guān)塑性模型（3種）。使用材料注意：對于每

14、種單元類型，未必能夠使用所有的材料模型，因此使用時要參考單元手冊來確認可以用哪種模型。對于每種材料模型，并非所有的常數(shù)與選項都要輸入。在定義材料屬性時，確保使用一致的單位制，不正確的單位制不僅會影響材料的響應(yīng)，而且會影響接觸剛度的計算。不要低估準(zhǔn)確材料數(shù)據(jù)對結(jié)果的重要性，盡量花費額外的時間與金錢去獲得準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)。關(guān)于邊界條件，載荷與剛體載荷與邊界條件概述與大多數(shù)隱式分析不同，顯式分析中所有的載荷都必須作為時間函數(shù)施加。因此，在顯式分析中只能通過定義數(shù)組參數(shù)來施加載荷，一列為時間值，另一列為載荷值。耦合（C?與約束方程命令集（C6在顯式分析中僅對位移和旋轉(zhuǎn)自由度有效，在大變形分析時使用CP和

15、CE要注意。初始速度（EDIVELO與剛體定義（EDMPRIGID）是顯式分析所獨有的。施加載荷時，如果不定義時間與載荷軸，可以使用預(yù)先定義的載荷曲線LCID（viaEDCURVE來定義載荷?？梢允褂肧CAL舔數(shù)對載荷數(shù)據(jù)進行放縮。定義完載荷曲線后，可以用EDPLB一下確認?？梢酝ㄟ^solution>loadingoptions。得到載荷的參考號。與隱式不同，lsdyna區(qū)分零約束與非零約束，所有的非零約束被處理為載荷（EDLOAD。只有零約束可以使用D命令，因為它被用來固定模型的一部分。除了標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點約束，可以用EDNROT命令施加旋轉(zhuǎn)節(jié)點坐標(biāo)約束。constrains&

16、;gt;apply>rotatednodal用EDBOUN時令可以使用滑移和循環(huán)對稱，能大大減少模型尺寸。需要一個無限域時候，為限制模型規(guī)模，可使用非反射邊界條件來表示（只能用SOLID164。非反射邊界阻止應(yīng)力波從模型的邊界反射。要定義非反射邊界時，首先創(chuàng)建物體外表面節(jié)點的組元，然后EDNB命令施加非反射邊界，可以指定沿著指定的組元是否消除膨脹波與剪切波的反射。solution>constraints>apply>non-reflbndry.瞬態(tài)動力問題，需要定義初始速度時候，用EDIVELO0T令施加旋轉(zhuǎn)與平動速度于節(jié)點組元上。注意：

17、在相同節(jié)點組元上用EDIVELO0T令定義初速度會覆蓋以往的定義。剛體定義模型中較硬的部分能夠大大減少顯式動力分析的計算時間。，所有的剛體將自由度耦合在質(zhì)心，因此無論有多少節(jié)點，單個剛體PART只有6個自由度。質(zhì)量，質(zhì)心和慣性矩由程序根據(jù)剛體的體積與單元密度自動計算。作用在剛體上的力與力矩在每個時間步由各節(jié)點值相加而成。剛體的運動首先在質(zhì)心處計算，然后轉(zhuǎn)換到各個節(jié)點上。剛體不需要網(wǎng)格連續(xù)。由于要計算接觸剛度，剛體材料參數(shù)值要用實際的值。由于約束應(yīng)該施加在剛體的質(zhì)心，所以輸入正確的轉(zhuǎn)動與平動約束值是非常重要。利用EDLOA階剛體施加位移和速度，但是所有的剛體載荷施加在part號上,而不是節(jié)點組元

18、。兩個剛體可以利用EDCRB合并，使其行為一致。注意不要多次具有相同參考號的EDCRB命令。當(dāng)合并兩個剛體時，從剛體則屬于主剛體，任何以后對從剛體的參考都沒有意義。與ansys隱式不同，不用大的EX值來硬化某一部分，而使之成為剛體。需要輸入準(zhǔn)確的材料特性來計算接觸剛度。不能在剛體上的節(jié)點處施加約束（D命令）。所有的約束必須施加在剛體的質(zhì)心。兩個剛體不能共節(jié)點。但可用EDCR時令來連接剛體。對模型中變形結(jié)果不重要的部分使用剛體，從而能夠大量地節(jié)約CPU時間。阻尼阻尼是在顯式動力分析中阻止非真實震蕩的方法。質(zhì)量加權(quán)（alpha）和剛度加權(quán)（beta）阻尼可以用EDDAMP命令施加。當(dāng)part=al

19、l或指定了曲線ID時，模型自動使用alphadamping。與質(zhì)量成比例的阻尼對于低頻率十分有效。當(dāng)CurveID=O并且指定了阻尼常數(shù)，beta阻尼被用于特定的part。剛度阻尼對于高頻震蕩有效。點焊類似于具有旋轉(zhuǎn)慣性的兩個節(jié)點之間的約束方程。節(jié)點之間的連接是無質(zhì)量和剛性的。節(jié)點不能重合，而且不能再有任何其他的約束。可以用來模擬聯(lián)接失效。preprocessor>lsdynaoptns>spotwelds關(guān)于接觸ansys/lsdyna不使用單元定義接觸，使用接觸面定義。有22種的接觸類型，為了選擇合適的接觸類型，往往需要對接觸集合和算法有深入的理解。接觸算法是程

20、序用來處理接觸面的方法。有3種：1,singelsurfacecontact.2,nodestosurfacecontact.3,surfacetosurfacecontact一個接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合。有9種：1,general2,automatic3,rigid4,tied5,tiedwithfailure6,eroding7,edge8,drawbead9,forming單面接觸用于當(dāng)一個物體外表面與自身接觸或和另一個物體的外表面接觸時使用。是最通用的接觸類型。程序會搜索模型中的所有外表面，檢查其間是否相互發(fā)生穿透。不需要定義接觸面與目標(biāo)面。大多數(shù)沖擊與碰撞問題需要定

21、義單面接觸。當(dāng)接觸面之間的穿透超過接觸單元厚度40%時，單面接觸自動釋放接觸，對下面問題造成威脅。如：超薄部分，具有低剛度的軟體，高速運動物體之間的接觸。單面接觸在ASCIIrcforc文件中不記錄所有的接觸反作用力，如果需要接觸反力，可以使用點到面或面到面的接觸。點面接觸發(fā)生在一個接觸節(jié)點碰到目標(biāo)面時。由于它是非對稱的，所有是最快的算法，只考慮沖擊目標(biāo)面的節(jié)點。對于點面接觸，必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點組元或PARTto當(dāng)使用點面接觸時，注意：平面與凹面為目標(biāo)面，凸面為接觸面。粗網(wǎng)格為目標(biāo)面，細網(wǎng)格為接觸面。對于drawbead接觸，壓延筋總是節(jié)點接觸面，工件為目標(biāo)面。當(dāng)一個面穿透另一個物體

22、的面時，使用面面接觸算法。它完全對稱，因此接觸面與目標(biāo)面選擇時任意的。也是要用節(jié)點組元和PARTt來定義接觸面和目標(biāo)面的。節(jié)點可以從屬多個接觸面。自動接觸與普通接觸的區(qū)別在于對殼單元接觸力的處理方式不同。普通接觸在計算接觸力時不考慮殼的厚度。自動接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元的兩側(cè)。侵蝕接觸時當(dāng)單元可能失效時候使用。目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后，剩下的單元依然可以能夠考慮接觸。剛體接觸時，接觸RNTR和ROTR與NTS和OST朋似，除了前者是用線性剛度來阻止穿透，后者是采用用戶定義的力-變形曲線來阻止穿透。變形體與剛體之間的接觸必須用automatic或erodingcontacts。edg

23、econtact用于殼單元的法線與碰撞方向正交時。用EDCGENSE自動選擇所有的邊線。周連接觸是接觸被粘在一起，當(dāng)網(wǎng)格互相不匹配時使用。經(jīng)常用于銷栓連接。drawbead拉延筋接觸通常用于板料成型，用于約束板料的運動。在類似沖板的板料成型過程中，通常會出現(xiàn)工件與模具之間失去接觸（如起皺）。它允許使用彎曲和摩擦阻力，用于確保工件在整個沖壓過程中與壓延筋始終保持接觸。鉞金成型類接觸中FNTS,FSTS,FOSSf選類型。對于這些，沖頭與模具通常定義為目標(biāo)面，而工件則定義為接觸面。對于這些接觸類型中的模具無需網(wǎng)格貫通，因此減小接觸定義的復(fù)雜性。使用時，模具網(wǎng)格方向必須一致。接觸四步驟：1,選擇合適

24、的接觸類型。2,標(biāo)定接觸實體(對于單面接觸不需要)。3,指定需要的額外參數(shù)。4,指定高級接觸控制。畫接觸面可以使用接觸定義號以及EDP0T令。用EDLIS怖令歹出接觸，然后用接觸參考號和EDP0T令畫出接觸對。高級接觸控制選項：option1:controllingthecontactsearchmethodoption2:controllingcontactdepthoption3:controllingcontactstiffnessoption4:contactsurfacebirthanddeathtimes(EDCGENcommand)option1:控制接觸搜索方法兩種方法：網(wǎng)格連

25、貫性搜索(defaultforNTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS方法(defaultforallothertypes)在網(wǎng)格連貫搜索中，接觸算法使用相鄰單元共用的節(jié)點進行搜索，當(dāng)一個目標(biāo)面與一個接觸節(jié)點脫離接觸后，相鄰的面被檢查。meshconnectivity方法非?？欤蠼佑|面的網(wǎng)格是連續(xù)的。在bucketsort方法中，由接觸面所占據(jù)的三維空間被分為許多立方體(buckets)o節(jié)點可以接觸同一立方體中的任何部分或者相鄰的bucket。接觸節(jié)點可接觸在相同的bucket中或相鄰的bucket中接觸任何目標(biāo)面的部分。bucketsort算法功能十分強大，但是在某種程度上比meshconnectivitytracking要慢，尤其對于大的模型。option2：控制接觸搜索深度又t于STS,NT辱口OSTS的普通選項，ansys/lsdyna假定搜索的接觸深度為10的10次方，當(dāng)接觸點穿過目標(biāo)面時，就會產(chǎn)生一個與接觸深度成比例的接觸力。當(dāng)模型的組件處于連續(xù)的相對運動時由于產(chǎn)生假接觸，從而帶來不穩(wěn)定，如果接觸深度很大，