ANSYS/LS-DYNA工程結構抗撞擊分析

撞擊問題(又稱沖擊問題)是一類特殊的動力問題。結構在撞擊作用下的材料強度以及變形是在相關工程設計中必須考慮的重要因素。ANSYS/LS-DYNA作為大型通用顯示動力分析有限元程序,在撞擊領域內應用廣發。其最開始的應用是分析簡單的碰撞問題,后來逐漸發展,在計算飛行器的鳥撞、重點彈道、侵透與開坑等領域均得到廣泛應用。

      在ANSYS/LS-DYNA分析是應注意以下問題:

(1)    采用正確的材料分析模型

(2)    對撞擊區域,需要細分網格,在非撞擊取悅,網格可以適當的放大

(3)    對于可能發生接觸的界面之間,需要正確定義接觸算法來反映真實情況。ANSYS/LS-DYNA的分析難點也在于接觸的正確定義和選用。

在工程中,被動柔性防護系統是一種新穎、有效的落石災害防治技術,其主要是由鋼絲繩網、固定系統、減壓環和鋼柱組成。被動柔性防護系統在落石沖擊過程中主要通過各構件耗散落石能量,其中鋼絲繩網是最主要的耗能構件。本文利用ANSYS/LS-DYNA分析了落石沖擊鋼絲繩網過程中的動力響應分析。

ANSYS/LS-DYNA分析的步驟一般為利用ANSYS建立有限元模型,生成K文件,然后提交給LS-DYNA SOLVER進行求解,而后利用ANSYS或者ls prepost進行結果的查看。

一、模型的建立

如下圖所示為我們建立了模型的示意圖。模型主要防護系統和落石組成。防護系統由鋼絲繩、支撐繩、鋼柱組成。模型的建立我們用ANSYS/LS-DYNA的APDL語言編寫而成。鋼絲繩和支撐繩我們采用link60單元簡歷模型,鋼柱采用beam161單元建立模型,落石采用solid164單元建立模型,同時落石采用剛性單元。


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二、網格的劃分

因為使用的有限元單元類型很簡單,所以對網格的劃分在此文中不是重點。

三、載荷的施加和求解

本模型的施加的載荷主要包括約束鋼柱的端點以及給落石施加初速度,考慮到重力的影響,也對模型施加了重力加速度。

在LS-DYNA中定義接觸分為四個步驟:1、選擇合適的接觸類型2、選擇接觸實體、3、選擇需要控制的接觸參數4、指定高級接觸控制。本文模擬中主要涉及落石和鋼絲繩之間的接觸,選擇LS-DYNA中的單面接觸類型,單面接觸時不需要事先指定接觸面。

利用EDWRITE寫入K文件然后提交給LS-DYNASOLVER進行求解。LS-DYNA求解輸出兩種類型的文件供給不同的后處理軟件使用:一種是d3plot和d3thtd類型的文件,提供給Ls-prepost后處理;另一種是rst和his類型的文件提供給ANSYS進行一般后處理和時間歷程后處理。兩者類型都可以同時輸出。

四、結果的分析

結構變形過程中的位移圖如下圖2所示。

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