与ANSYS(隐式)不同,ANSYS/LS-DYNA区分零约束与非零约束。非零约束如载荷那样处理(伴随着载荷曲线,见本章前面的讨论)。仅零约束才能使用 D 命令,也就是说,给定的值必须总是零。其它值无效, D 命令仅用于固定模型的某些部分。可以用零约束来实现对称/反对称边界条件。
用户可以用 EDNROT 命令在旋转节点坐标系中施加零载荷。但首先需用 EDLCS 命令定义局部坐标系。
当模拟几何体的小对称部分时,需定义滑移或循环对称。可以使用 EDBOUND 命令来定义滑移或循环对称的对称边界面。可以用节点组元确定边界或方向矢量来定义法向(滑移对称)或旋转轴(循环对称)。
在ANSYS/LS-DYNA中,可以用 EDCNSTR 命令模拟其它类型的约束。可用的约束类型有附加节点设置(ENS),节点刚性体(NRB),薄壳边界到实体(STS),以及铆接(RIVET)。在GUI中,可以通过下列路径施加这些约束:
Main Menu>Solution>Constraints>Apply>Additional Nodal
附加节点设置约束类型( EDCNSTR ,ADD,ENS)允许在一个已经存在的刚性体上增加节点(通过节点组元),这个刚性体是用 EDMP 命令定义的,该节点组元不能和其它任何刚体连接在一起。在刚体上附加的节点可以放置在模型的任何地方,并且可放置在初始刚体外。ENS选项有许多应用,包括在两个刚体结合的地方设置节点,定义施加节点载荷的节点,还有在指定的位置定义集中质量。
不像用 EDMP 命令定义的典型刚体一样,用 EDCNSTR ,ADD,NRB命令定义的节点刚体不是和一个部件号相联系, 而是与一个节点组元有关。当模拟刚性连接时(焊接),NRB选项是非常有用的。对于一个刚性连接,不同柔性组元(有不同的MAT IDs)的部分作用在一起形成一个刚体。所以说很难用一个单一的MAT ID(和相应的部件号)来定义这种类型的刚体。但是,用一个节点刚体很容易定义刚性连接。因为节点刚体不是和一个部件号相联系,所以使用刚体(例如用 EDLOAD 命令施加的载荷)的其他选项不能用于节点刚体。
薄壳到实体边界选项( EDCNSTR ,ADD,STS)把实体单元区域和薄壳单元区域固连起来,如图4-1所示,Constrained Shell to Solid , 可将一个单独壳节点固连到最多9个实体节点上,这些实体节点定义一个‘fiber‘矢量。定义‘fiber’矢量的实体单元节点在整个分析中保持线性但是在fiber方向上保持相对移动。薄壳节点必须和某个沿fiber方向的实体单元节点位置重合。
图4-1
与用 EDWELD 命令定义的焊接点相似,RIVET( EDCNSTR ,ADD,RIVET)选项在两个不同位置的节点间定义了一个无质量刚性约束。和焊接点不同的是,一个rivet不能定义破坏。当定义了一个rivet时,节点间的距离将在模拟中的任何运动中保持不变。由rivet连接的节点不能是模型中其它约束的一部分。
4.2.2 焊接
在显动态分析中,模拟被焊接在一起的组元是很普遍的。在部件通常是通过焊接装配在一起的汽车应用中,显得尤其普遍。这种情况下,在ANSYS/LS-DYNA中使用 EDWELD 命令来模拟焊接约束。可以模拟两种不同类型的焊接:无质量焊接点和一般焊接。用 EDWELD 命令连接的节点不能用其它方式约束。
对于一个无质量焊接,必须指定两个不同位置的节点。也可以用 EDWELD 命令输入失效参数在焊点内定义失效。失效依据下列关系:
在GUI中,用下列菜单路径来定义一个无质量焊点:
Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Spotweld>Massless Spotwld
一般焊接用于模拟两个部件的长焊接截面。对于一般焊接,你必须指定一个有效的节点组元,可以使用重合节点。但是,如果使用了重合节点,就必须定义输出数据所用的局部坐
标系。一般焊接内的失效也可以用EDWELD命令的失效参数来定义,使用与上述等式相同的关系式。
在GUI中,采用下列菜单路径来定义一般焊接:
Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Spotweld>Genrlizd Spotwld 4.2.3 初始速度
在瞬动态模拟中,经常需要定义初始条件。在ANSYS/LS-DYNA中,可以用 EDVEL 和 EDPVEL 命令定义初始速度。可以使用这些命令对各种实体施加线速度和角速度。用 EDVEL 对节点组元或单个节点施加速度;用 EDPVEL 给部件或部件集合施加速度。
EDVEL 和 EDPVEL 提供了两种定义角速度的方法,Option=VGEN和Option=VELO. VGEN方法围绕指定轴对一个实体(节点组元,部件等)施加刚体旋转。VELO法直接给每个节点的自由度施加角速度。因为只有壳和梁单元有旋转自由度,VELO法的角度输入只适用于SHELL163和BEAM161单元。对于VGEN 和VELO方法,瞬态速度可以相对于整体笛卡尔坐标系来定义。
注 --为了模拟旋转体,不管是否用位移,都应该用Option=VGEN因为此方法施加了刚体旋转。
由于LS-DYNA的结构体系,定义初速度的两种方法Option=VGEN和Option=VELO不能在同一个分析中使用。
定义初速度,可使用下列步骤:
1.定义想要施加初速度的实体。这可以是单个节点,一个节点组元[ CM ],一个部件[ EDPART ]或一个部件集合[ EDASMP ]。
2.确定VGEN 和VELO是否适合你的应用。
3.在GUI中采用下列菜单路径之一定义初始速度[ EDVEL , EDPVEL ]:
Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-w/Nodal Rotate (VELO 选项) Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-w/Axial Rotate (VGEN选项) Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-w/Nodal Rotate(VELO 选项) Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-w/Axial Rotate(VGEN选项)
对于VGEN 和VELO选项,相对于整体坐标系输入平动速度(EDVEL或EDPVEL命令的VX,VY和VZ域)。对于VELO选项,在整体笛卡尔坐标系中输入节点角速度(OMEGAX,OMEGAY和OMEGAZ域)。对于VGEN选项,输入角速度的数量级(OMEGAX)、旋转坐标轴(XC,YC,和ZC域)以及相对于整体X,Y,Z轴的方向角。
如果没有用 EDVEL 或 EDPVEL 命令指定初始速度,则所有的初始速度为零。同样的,如果仅指定 EDVEL (例如, EDVEL ,VGEN,Cname)命令的Cname域或 EDPVEL(EDPVEL ,VGEN ,PID)的PID域,由于这两个命令的其它域缺省值为零,所以此时施加的初始速度为零。
若想改变事先用 EDVEL 命令指定的初始速度,用相同的组元名字或节点号重新定义一个新的速度就可以了。这个新值将覆盖原来的组元或节点值。为了显示或删除事先加在节点或节点组元的初始速度,使用 EDVEL ,LIST和 EDVEL ,DELE 命令(在GUI中,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-List,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-Delete)。
类似的,若想改变事先用 EDPVEL 命令指定的初始速度,可以用相同的部件或部件集合ID来重新定义一个新速度。这个新值将覆盖原来的部件或部件集合的速度。为了显示或删除事先加在部件或部件集合上的初始速度,使用 EDPVEL ,LIST和 EDPVEL ,DELE 命令。(在GUI中,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-List,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-Delete)。
对棒球例子来说,可以用下列命令指定初始速度:
edvel,velo,ball,,,-1600.0 !component ball 以1600in/sec的初始速度沿-z方向运动.
或者,假设component ball 在模型中为部件1,棒球的初始速度可给定如下: edpvel,velo,1,,,-1600.0 ! 部件1沿-z方向的初始速度为1600in/sec。 4.3 耦合和约束方程
CP 系列命令( CP,CPDELE,CPINTF,CPLGEN,CPLIST,CPNGEN,CPSGEN )可用来在一个结构的不同自由度(DOFS)间进行定义、修改、删除、列表和产生耦合。同样, CE 系列命令( CE , CEDELE , CEINTF , CELIST , CERIG )可在一个结构的不同DOF间定义、修改、删除、列出约束方程。在ANSYS/LS-DYNA的显式动态程序中, CP 和 CE 命令仅用于UX,UY和UZ DOFS(不允许旋转DOFS)。