47、如何實現(xiàn)ANSYS/Ls-dyna中物體按指定軌跡運動

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

1、準(zhǔn)備工作
1.1 確定施加載荷對象
    確定欲施加位移載荷的實體,獲取實體的 part ID;
    如果是多個實體,可以通過定義一個part 集,這樣在添加載荷時可以節(jié)省不少時間。
    如果位移載荷是作用在多個節(jié)點上,必須定義節(jié)點集,關(guān)于節(jié)點集的定義可以用命令 cm,具體請查閱 help。
1.2 確定軌跡。
    首先分析你的運動類型,是一維運動問題,或者是二維平面運動問題,抑或三維空間運動問題。

其次,獲取物體在不同時間段的位移。

第三,約束多余的自由度。

    一方面保證物體確實按設(shè)定軌跡運動,防止由于碰撞等改變物體的軌跡;另一方面節(jié)省存儲空間,提高求解速度。
1.3 適當(dāng)簡化問題
    如果對物體的變形、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,,具體用法請查閱 help。
2、定義數(shù)組
    如果是一維運動問題,比如沿 x 軸運動,可以通過兩組參數(shù)來定義運動,并可以約束該物體在其他方向的自由度(包括轉(zhuǎn)動)。
    或者不約束其他方向的自由度,通過數(shù)組定義物體在其他方向的位移和轉(zhuǎn)動均為 0,即不隨時間變化。這個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算量要大,會導(dǎo)致計算速度變慢。
    我們采用約束自由度,通過定義數(shù)組來實現(xiàn)物體的運動。兩個數(shù)組分別為時間數(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)組的長度,兩者必須相等,也就是說時間和位移是一一對應(yīng)的關(guān)系。位移為負(fù)值表示物體運動方向與坐標(biāo)軸方向相反。
    如果是二維運動問題,需要再定義一個數(shù)組,即隨時間變化沿 Y 軸方向運動的軌跡。
    同樣可以通過與上面類似的命令來實現(xiàn)。時間數(shù)組可以與定義 x 軸運動時一致,也可以另外再定義。若采用相同的時間數(shù)組,y 軸方向的位移數(shù)組的長度就必須和 x 軸方向的一致。若兩者長度不一致,可以另外再定義一個時間數(shù)組。這里采用與 x 軸運動一致的時間數(shù)組。
        *dim,Ydisp ,LengthOfYdisp
        Ydisp(1)=0,8,-4,0
    對于三維問題依次類推。
   需要說明的幾點:
        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 /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)組名稱必須一一對應(yīng);
        2 如果位移變化比較復(fù)雜,比如說不斷來回方向運動,那么時間數(shù)組的步長要盡可能的小。因為 lsdyna 會根據(jù)數(shù)組進(jìn)行插值,如果時間數(shù)組步長較大,插值出來的位移數(shù)組不一定完全是你定義的載荷曲線,會有些偏差,可能會影響到物體運動跡。

    在定義其他曲線時也是一樣的道理,比如定義應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線時,盡可能的使數(shù)組的步長小。
        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,因為如果載荷曲線比較多,很容易混淆不同載荷曲線的意義,導(dǎo)致載荷添加錯誤。如果要添加,可以通過 Edcurve 命令實現(xiàn),然后在施加載荷時指定載荷曲線就可以了。Edcurve 命令的具體用法請查閱 help 手冊。這里不添加載荷曲線,載荷通過數(shù)組直接定義。
        4、施加載荷
        施加載荷是通過 edload 來實現(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 EDLOAD, ADD, RBUX, , compont, TIME, XDISP 來實現(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。因為我們前面沒有定義載荷曲線,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)點集的名稱。
        對于 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)作載荷來處理的。對于施加其他載荷,比如轉(zhuǎn)動、速度、加速度、力和轉(zhuǎn)矩等也可以用類似的辦法添加,對于剛體也是用同樣的方法處理。順便提一句,在 abaqus/explicit 中,同樣可以實現(xiàn)物體按指定軌跡運動,不過在 abaqus/explicit 中位移條件是當(dāng)邊界條件處理的。

圖7機架沿軋制方向的位移分布圖

4 結(jié)論

(1)該立輥軋機由于沒有壓下螺母孔,采用全液壓壓下,機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,這說明作為精軋機整體剛度的提高就意味著產(chǎn)品質(zhì)量的提高和市場競爭力的提高。

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

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