ANSYS/LS-DYNA模拟管道横向撞击的深入分析

ANSYS的LS-DYNA目前已经是比较完善的显式计算模块了，能够高效的处理几何非线性，包括大位移、大转动和大应变的情况，同时也能够处理材料非线性和接触非线性。该模块善于使用Lagrange算法进行显式结构动力分析，同时也有ALE和Euler算法，隐式分析功能，热分析以及流固耦合分析功能。
 
本文分析一个简单的管道撞击变形的例子，一个直径为0.8m的圆管，两端固定，管长为2m、壁厚为0.01m。一个边长为0.3m的立方体以50m/s的速度撞击圆管中部。分析撞击过程。
 

圆管的材料和立方体的材料都是相同的，样式模量为2E11pa，切线模量为2E9pa，泊松比0.3，密度为7850kg/m^3，屈服应力为2E8pa。
 

模型的建立较为简单，但是在启动的时候需要勾选LS-DYNA的选项：
 

设置模型单元为SHELL163和SOLID164单元，管道设置为SHELL单元，立方体设置为SOLID单元，模型如下图所示：

由于LS-DYNA与ABAQUS一样，存在PART的概念，因此将上面的立方体和圆管设置为两个PART，在ANSYS/LS-DYNA中设置PART的方式主要是通过单元号、实常数号和材料号的不同进行区分，如果这三者都相同，则PART号也相同，因此即便是同样的单元、材料、实常数，如果需要设置两个PART也需要分开设置。

设置完PART之后，设置上面立方体的初速度，在Initial Velocity中设置PART的初速度，指定Y方向的初速度为-50，这样初速度设置完成，之后设置边界条件，在Constraints中将圆管两端的边缘固定死。
 

下一步设置计算时间，计算的时间在Time Controls进行设置，如下图所示：
 

此例设置计算时间为0.05s。在计算之前还需要设置输出项，以及输出频率，为了使输出结果合理但又不至于过大，有必要设置输出的频率。

在Output File Types中设置输出为LS-DYNA，在File Output Freq中设置荷载步输出数目即可。之后点击Write Jobname.k输出计算的k文件，此文件与ANSYS的APDL文件类似，是LS-DYNA计算的标准文件，采用这个文件可以直接使用LS-DYNA Solver进行求解，当然在ANSYS界面中点击Solve也能求解。
 
对于分析结果的处理，本例采用了较为常用的LS-PrePost后处理软件，这个软件可以在ANSYS安装目录中ANSYS Inc\v160\ansys\bin\winx64找到相应的安装包，安装之后即可，打开LS-PrePost软件，按快捷键Ctrl+B打开分析目录下的d3plot文件，之后可以进行相关的结果查看，下图给出了分析的塑性应变动态图：
 

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