沖擊仿真的案例
運(yùn)用小型重啟動（small restart）方法進(jìn)行多次沖擊仿真
<p>1、目的：以一個簡單模型為例，通過小型重啟動（small restart）方法進(jìn)行多次沖擊仿真，為后續(xù)完成電池包多次機(jī)械沖擊仿真做準(zhǔn)備。</p><p>2、舊國標(biāo)要求（GB/T 31467.3-2015）:對電池包施加25g、15ms的半正弦沖擊波，z軸方向沖擊3次，前一次沖擊完成待電池包穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次沖擊。</p><p>3、使用到的仿真軟件如下，前處理：HYPERMESH、LSDYNA；求解器：ANSYS APDL；后處理：HYPERVIEW。</p><p>4、現(xiàn)狀：進(jìn)行一次沖擊仿真，并考慮多次沖擊的影響，采用0.2倍的斷后伸長率或馮米塞斯應(yīng)力小于許用應(yīng)力作為評判標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>5、方法：（1）生成.K文件進(jìn)行第一次沖擊仿真分析；（2）完成后修改載荷生成.r文件，并添加關(guān)鍵字*Control_Dynamic_Relaxation，并輸入Dump01文件，通過小型重啟動進(jìn)行動力松弛仿真分析，以消除第一次沖擊動能及彈性應(yīng)變；（3）完成后再次修改載荷生成.r文件，并輸入Dump02文件，通過小型重啟動進(jìn)行第二次沖擊仿真分析；（4）依次類推，達(dá)到國標(biāo)要求的沖擊次數(shù)。</p><p>6、使用MAT_24材料，關(guān)注累計塑性應(yīng)變情況；使用MAT_15材料，關(guān)注累計損傷情況。</p>
展開 不同沖擊速度及沖擊方式對薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
不同沖擊速度及沖擊方式對薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
1仿真背景
眾所周知，基于各種動力學(xué)仿真軟件進(jìn)行沖擊與跌落的仿真實驗一直備受重視。而對于薄壁鋼管材料的沖擊仿真實驗由于沖擊速度與沖擊方式不同，便會帶來差異化結(jié)果。因此，針對不同的工況，需要合理采取不同的沖擊方式設(shè)置，以期得到合理的結(jié)果。本文旨在建立恒定式沖擊速度、正弦式交變沖擊速度、三角波式沖擊速度、鋸齒波沖擊速度及矩形波沖擊速度5種不同沖擊速度及方式對鋼管的沖擊仿真模型，為沖擊仿真實驗提供理論參考。
2模型建立
薄壁鋼管的截面是矩形的對稱面，因此本文建立矩形薄壁鋼管的四分之一軸對稱模型，薄壁鋼管采用shell單元，不銹鋼材料選用各向同性材料本構(gòu)，設(shè)置沙漏能以控制整體的能量平衡設(shè)置。不銹鋼的四分之一模型在ANSYS/LSDYNA中建立，模型的前處理也在其中完成，在完成前處理后生成K文件，分別在LSPP中進(jìn)行后處理及載荷曲線的設(shè)置。不銹管的四分之一模型如圖1所示。
圖1不銹管的四分之一模型設(shè)置
3沖擊速度的影響
在分析沖擊方式對不銹管變形的影響前，需要考慮沖擊速度對其影響。不同的沖擊速度勢必會導(dǎo)致的不同的變形。因此本文首先建立了三種不同的工況，沖擊速度分別為50m/s、100m/s、150m/s。從較低速度到一個較高速度的過渡來分析不銹管的變形情況。圖2給出了3種不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況。可以看出：沖擊速度小不銹管的變形小，沖擊速度的增大會導(dǎo)致變形增大，在大沖擊下不銹管的變形程度可以看成是小沖擊下變形的累積。因此可以得出沖擊速度是造成不銹管變形的主要原因，不同的沖擊速度大小可以看成是小沖擊速度的不斷累積對不銹管的破壞。
圖2不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況
4幾種不同的沖擊方式
沖擊方式的定義是通過定義不同的載荷曲線來實現(xiàn)的。
展開 液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)沖擊仿真研究
理論分析了同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。通過MATLAB/Simulink 建立同步發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)和準(zhǔn)同期鎖相模塊仿真模型，采用AMESim 軟件建立液壓調(diào)速系統(tǒng)模型，采用聯(lián)合仿真的方法，對液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)同期并網(wǎng)過程進(jìn)行研究，分析了系統(tǒng)并網(wǎng)沖擊特性。在實驗室搭建30kVA 實驗臺，實驗驗證了仿真模型和仿真結(jié)果的正確性。研究表明定量泵-變量馬達(dá)液壓調(diào)速系統(tǒng)能將同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在準(zhǔn)同期并網(wǎng)條件范圍內(nèi)，同時能有效控制系統(tǒng)并網(wǎng)沖擊，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組平穩(wěn)并入電網(wǎng)。
010-液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)沖擊仿真研究.part1.rar
010-液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)沖擊仿真研究.part2.rar
展開 層合板低速沖擊仿真
關(guān)鍵詞：ABAQUS VUMAT，低速沖擊，接觸力，失效，層合板
復(fù)合材料無論是從仿真角度還是從試驗角度，都是個金字塔式的研究。Step by step，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。
最近遇到很多學(xué)生都在做復(fù)合材料低速沖擊失效的分析。而在做沖擊分析之前，還得把材料的各個方向的靜強(qiáng)度、模量分析好，或者通過試驗得到準(zhǔn)確的參數(shù)。
這樣拉伸、壓縮、剪切，不同方向都來一遍，工作量還是很大的。拿到這些基本參數(shù)后，才能開展沖擊仿真。
沖擊仿真，無論是想把失效形式、失效分布模擬出來，還是把接觸力響應(yīng)曲線模擬出來，都很有難度。這是由接觸問題本身的復(fù)雜性以及試驗的分散性決定的。并且，顯示動力學(xué)求解速度慢，計算耗時長，仿真結(jié)果影響因素多。
因此，想把各個參數(shù)或者邊界條件都摸清楚，讓仿真能夠復(fù)現(xiàn)試驗，需要足夠的耐心，足夠的時間，和一臺配置還不錯的計算機(jī)。
本文我們結(jié)合一個論文的算例，采用ABAQUS VUMAT 給出低速沖擊下的層合板失效分析結(jié)果。
模型與參數(shù)
鋪層：16層，單層厚度0.1325mm。[0/±22.5/±45/±77.5/90]s。
層合板尺寸：150mm×100mm。
沖頭：2.077kg，R=8mm。
編輯
跳轉(zhuǎn)
材料是碳纖維復(fù)合材料，參數(shù)如下：
邊界條件與載荷
沖擊能量：11J，換算成沖擊速度是3.2546m/s。
約束：實際試驗中，板子被放在一個鏤空的工裝上，125mm×75mm。因此仿真中，約束125mm×75mm之外的底部節(jié)點的厚度方向位移。
圖來源：譚建設(shè).復(fù)合材料層合板低速沖擊響應(yīng)的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學(xué),2014.
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基于lsdyna電池包加速度沖擊仿真模擬
本案例基于lsdyna軟件對電池包進(jìn)行機(jī)械沖擊的仿真模擬。電池包的機(jī)械沖擊仿真分析是為了評價純電動汽車在減速、加速、駛過顛簸路面等工況下，電池包抵抗變形和破壞的能力，根據(jù)計算得到的應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果，來判定電池包抵抗機(jī)械沖擊載荷的能力是否滿足國標(biāo)要求。根據(jù)GB/T 31467.3－2017《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測試方法》中的規(guī)定，對電池包施加25g、15ms的半正弦沖擊波，z軸方向沖擊3次，觀察2h。要求電池包系統(tǒng)無電解液泄漏、著火或爆炸的現(xiàn)象。這就要求電池包的底板和模組安裝筋要有足夠的強(qiáng)度，在25g的加速度作用下變形量不能過大，否則會造成電池包內(nèi)部的零部件破壞。
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展開 鋼管沖擊碰撞仿真分析
PIPE-WALL.mp4
簡介：生活中管材類結(jié)構(gòu)最為常見，通常作為支撐結(jié)構(gòu)件存在于各種汽車、機(jī)器以及建筑行業(yè)中，這些作為結(jié)構(gòu)支撐的管類材料在受到沖擊時會產(chǎn)生不同程度的變形，為了分析這些支撐管在撞擊作用下的應(yīng)力分布、變形程度以及薄弱區(qū)域，使用有限元軟件進(jìn)行預(yù)研究就變得十分重要。通過建立一個簡單點的方形結(jié)構(gòu)鋼材料在受重力沖擊時薄弱區(qū)域的變形模型，對重物沖擊下的受力變形進(jìn)行分析，以及對類似情況進(jìn)行歸納，可以演化出多種沖擊和跌落仿真模型。
仿真：通過建立Q235鋼的有限元模型，對方管受到重物沖擊碰撞時產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變情況以及材料薄弱位置行為進(jìn)行分析。由于右側(cè)墻體視為剛性體，為了加速計算仿真結(jié)果，材料屬性進(jìn)行簡化設(shè)置，分析步設(shè)置為顯示動力學(xué)分析，歷史輸出中主要是分析左側(cè)沖擊重物的位移和方管撞擊剛性墻時的沖擊力。在接觸屬性中，對分析中的剛體進(jìn)行定義，對方管和左側(cè)重物之間進(jìn)行綁定，對方管和右側(cè)剛性墻使用面面接觸屬性。由于是沖擊載荷，因此在載荷分析模塊中，除了定義邊界條件以外，還要在預(yù)定義場中定義初始的速度沖擊，通常在跌落和沖擊仿真中都是預(yù)定義場定義載荷。網(wǎng)格劃分就比較簡單了，兩個剛體進(jìn)行簡化處理，方管進(jìn)行sweep網(wǎng)格畫法，都做好就可以計算了。
分析：從圖中和視頻中可以看出來，左邊是建立的一個剛性面，這個剛性面既可以假設(shè)為一個墻體，也可以假設(shè)為是地面，右邊是一個200kg的重物，也可以假設(shè)為是運(yùn)動中的汽車，此時中間的方形鋼管不能用來跳鋼管舞只能是受到擠壓作用產(chǎn)生形變，實際生活中也可能是汽車的框架結(jié)構(gòu)。
展開 某SUV前擋風(fēng)玻璃沖擊破壞仿真分析
由于該車身尺寸大，對仿真模型進(jìn)行簡化，建立僅包含粘結(jié)劑與夾層玻璃的簡化模型。前擋風(fēng)玻璃組成如下圖所示。
基于前擋風(fēng)玻璃網(wǎng)格模型，重新建立包含內(nèi)聚力單元（cohesive elements）的夾層玻璃模型。設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸為20mm，接觸區(qū)域網(wǎng)格尺寸為2mm。考慮沖擊破壞仿真模型的簡化，約束膠粘連接單元的底面的全部自由度，模擬與車窗邊緣的連接。完成的前擋風(fēng)玻璃沖擊破壞仿真有限元模型如下圖所示，共有節(jié)點數(shù)約30萬個，單元數(shù)約14萬個。
在玻璃單元之間內(nèi)嵌一層單元作為內(nèi)聚力單元，如下圖所示。
文中玻璃內(nèi)聚力模型材料的定義參考論文[6]中所參考，中間層材料定義為彈塑性類型來源于網(wǎng)絡(luò)。夾層玻璃斷裂行為歷程，如下圖所示。
論文[5]，深入研究中間層材料的力學(xué)性能，更詳細(xì)的描述了中間層材料對擋風(fēng)玻璃的沖擊破壞性能影響顯著。
[1] 周志強(qiáng). 粘結(jié)構(gòu)件粘結(jié)性能的內(nèi)聚力模型分析[D].浙江大學(xué),2006.
[2] 黃劉剛. 內(nèi)聚力模型的分析及有限元子程序開發(fā)[D].鄭州大學(xué),2010.
[3] 屈鵬. 纖維/樹脂復(fù)合材料多尺度結(jié)構(gòu)對力學(xué)性能的影響[D].山東大學(xué),2012.
[4] 蔡鵬. 金屬橡膠元件粘接強(qiáng)度與破壞的有限元數(shù)值模擬研究[D].湘潭大學(xué),2017.
[5] 徐曉慶. 高聚物中間層對夾層玻璃力學(xué)特性及斷裂機(jī)理的影響研究[D].清華大學(xué),2017.
[6] 林德佳. 基于固有內(nèi)聚力模型的汽車風(fēng)擋玻璃沖擊破壞仿真研究[D].華南理工大學(xué),2018.
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圖2 2D多物質(zhì)ALE算法的沖擊起爆模型
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計算結(jié)果動畫展示：
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2006年會msc.dyran--典型水面艦船沖擊環(huán)境仿真研究
典型水面艦船沖擊環(huán)境仿真研究
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模型分享011——水下爆炸沖擊仿真 ￥29.9
最后是對整個歐拉體的材料屬性進(jìn)行分配，此步驟是完成仿真的關(guān)鍵。通過預(yù)定義場中的材料分配功能，如下圖中所示，分別對歐拉體的材料進(jìn)行分配，圖中左側(cè)的1表示歐拉體所賦予的材料屬性。
建模過程中，最后是對歐拉體的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，網(wǎng)格尺寸根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，如果計算機(jī)性能較好可以適當(dāng)?shù)脑黾泳W(wǎng)格數(shù)量。
最后對仿真模型進(jìn)行計算，如下圖所示為計算后的仿真結(jié)果，通過模型的后處理功能，可以得到不同角度、不同視圖和不同物理場的仿真可視化結(jié)果。
水下爆炸點、爆炸氣泡、空氣域和水域圖
爆炸氣泡、蘑菇云和空氣場應(yīng)力圖（主視圖）
爆炸氣泡、蘑菇云和空氣場應(yīng)力圖（斜視圖）
水面應(yīng)力波、波浪和水域應(yīng)力圖（主視圖）
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