ANSYS/LS-DYNA管道受橫向撞擊分析

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作者：煙淡屏幽

ANSYS的LS-DYNA目前已經是比較完善的顯式計算模塊了，能夠高效的處理幾何非線性，包括大位移、大轉動和大應變的情況，同時也能夠處理材料非線性和接觸非線性。該模塊善於使用Lagrange演算法進行顯式結構動力分析，同時也有ALE和Euler演算法，隱式分析功能，熱分析以及流固耦合分析功能。

本文分析一個簡單的管道撞擊變形的例子，一個直徑為0.8m的圓管，兩端固定，管長為2m、壁厚為0.01m。一個邊長為0.3m的立方體以50m/s的速度撞擊圓管中部。分析撞擊過程。圓管的材料和立方體的材料都是相同的，樣式模量為2E11pa，切線模量為2E9pa，泊松比0.3，密度為7850kg/m^3，屈服應力為2E8pa。模型的建立較為簡單，但是在啟動的時候需要勾選LS-DYNA的選項：

設置模型單元為SHELL163和SOLID164單元，管道設置為SHELL單元，立方體設置為SOLID單元，模型如下圖所示：

由於LS-DYNA與ABAQUS一樣，存在PART的概念，因此將上面的立方體和圓管設置為兩個PART，在ANSYS/LS-DYNA中設置PART的方式主要是通過單元號、實常數號和材料號的不同進行區分，如果這三者都相同，則PART號也相同，因此即便是同樣的單元、材料、實常數，如果需要設置兩個PART也需要分開設置。

設置完PART之後，設置上面立方體的初速度，在Initial Velocity中設置PART的初速度，指定Y方向的初速度為-50，這樣初速度設置完成，之後設置邊界條件，在Constraints中將圓管兩端的邊緣固定死。下一步設置計算時間，計算的時間在Time Controls進行設置，如下圖所示：

此例設置計算時間為0.05s。在計算之前還需要設置輸出項，以及輸出頻率，為了使輸出結果合理但又不至於過大，有必要設置輸出的頻率。

在Output File Types中設置輸出為LS-DYNA，在File Output Freq中設置荷載步輸出數目即可。之後點擊Write Jobname.k輸出計算的k文件，此文件與ANSYS的APDL文件類似，是LS-DYNA計算的標準文件，採用這個文件可以直接使用LS-DYNA Solver進行求解，當然在ANSYS界面中點擊Solve也能求解。對於分析結果的處理，本例採用了較為常用的LS-PrePost後處理軟體，這個軟體可以在ANSYS安裝目錄中ANSYS Incv160ansysbinwinx64找到相應的安裝包，安裝之後即可，打開LS-PrePost軟體，按快捷鍵Ctrl+B打開分析目錄下的d3plot文件，之後可以進行相關的結果查看，下圖給出了分析的塑性應變動態圖：