LS-DYNA动力学分析--炸药在土中爆炸GUI及APDL例子要点.doc

第九章 LS-DYNA动力学分析 第四节 LS-DYNA范例解析——炸药在土壤内部爆炸分析 1．问题描述 如图9-1所示，条形炸药设置在混凝土板下方一定距离处的土壤介质中，引爆炸药，试分析条形炸药爆炸后土壤的鼓包运动及混凝土板的运动过程。 图9-1炸药与混凝土板的位置示意图 2．建模 数值模型由炸药、土壤层、空气和混凝土板4部分组成，其中炸药、土壤和空气3种材料采用欧拉网格建模，单元使用多物质ALE算法，混凝土板采用拉格朗日网格建模，混凝土板与空气和土壤材料间采用耦合算法。由于是条形炸药，在中心线起爆条件下，不考虑端部效应时，可以将模型简化成平面对称问题。为了方便建模，采用单层实体网格建模。数值模型采用cm-g-?s单位制，具体模型尺寸见图9-2所示。 3．分析步骤 （1）进入ANSYS界面 1）启动ANSYS，弹出ANSYS12.0 Launcher窗口。 2）在Launcher对话框的Simulation Environment下拉列表框中选择ANSYS，在License下拉列表框中选择ANSYS/LS-DYNA。 图9-2模型尺寸图/mm 3）在File Management对话框的Working Directory文本框中输入E:\explosion_undergro- und作为工作目录（假设工作目录为E盘），在Job Name文本框中输入explosion_underground作为工作文件名，其他选项用默认值。单击Run按钮，运行ANSYS程序，进入ANSYS的操作界面。 （2）选择单元类型 1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。 2）单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框，在Library of Element Types下拉列表中选择LS-DYNA Explicit和3D SOLID164，单击OK按钮关闭对话框。 3）单击Element Types对话框上的Close按钮，关闭对话框。 （3）定义材料性能参数 1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models命令，弹出Define Material Model Behavior对话框。 2）选择菜单LS-DYNA→Equation of State→Gruneisen→Null命令，弹出Null Properties for Material Number 1对话框。在文本框中，输入以下数据：DENS=0.99821；C=1.647；S1=1.921；S2=-0.096；GAMAO=0.35。其余选项采用默认值。输入完成后单击OK按钮关闭对话框。 3）在Define Material Model Behavior对话框中单击Material→New Model命令，弹出Define Material ID对话框，在文本框中输入2，单击OK按钮关闭对话框。 4）选择菜单LS-DYNA→Nonlinear→Inelastic→Kinematic Hardening→Plastic Kinematic命令，弹出Plastic Kinematic Properties for Material Number 2对话框，在文本框中输入材料本构参数（由于ANSYS前处理所带的材料模型中没有我们所需要的土壤模型，暂用随动硬化塑性材料模型代替，后面将在K文件中对材料模型参数进行修改），单击OK按钮关闭对话框。 5）在Define Material Model Behavior对话框中单击Material→New Model命令，弹出Define Material ID对话框，在文本框中输入3，单击OK按钮关闭对话框。 6）选择菜单LS-DYNA→Equation of Static→Gruneisen→Null命令，弹出Null Properties for Material Number 3对话框。在文本框中，输入以下数据：DENS=0.001252；C=0.03437； GAMAO=1.4。其余选项采用默认值，输入完成后单击OK按钮关闭对话框。 7）在Define Material Model Behavior对话框中单击Material→New Model命令，出现Define Material ID对话框，在文本框中输入4，单击OK按钮关闭对话框。 8）选择菜单LS-DYNA→Nonlinear→Inelastic→Kinematic Hardening→Plastic Kinematic命令，弹出Plastic Kinematic Properties for Material Number 4对话框，在文本框中输入以下数据：DENS=2.65；EX=40；NUXY=0.3；Yield Stress=1.0E-03；Tangent Modulus=4.0E-02；Hardening Parm=0.5；Failure Strain=0.8。其余选项采用默认值，输入完成后单击OK按钮关闭对话框。 9）在Define Material Model Behavior对话框中选择Material→Exit命令，关闭对话框。此时共定义了4种材料。 （4）创建几何模型、划分网格 1）选择菜单Utility Menu:WorkPlane→Change Active CS to→Working Plane命令。 2）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By Dimensions命令，弹出Create Block by Dimensions对话框，输入模型体（包括炸药、土壤和空气域）的坐标，如图9-3所示。 图9-3  Create Block by Dimensions对话框 3）选择菜单Utility Menu:WorkPlane→Offset WP by Increments命令，弹出Offset WP面板，将按钮 下方的角度设置滑动条移到最右，滑动条上方的数值变为90，单击按钮 ，将视窗中的工作平面坐标绕X轴旋转90度。 4）在Offset WP面板中的X，Y，Z Offsets文本框中输入0，0，-6，单击Apply按钮，工作平面向Z轴负向移动6cm。 5）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volu by WrkPlane命令，弹出Divide Vol by Wrk…拾取菜单，拾取视图中的体，单击OK按钮，分割体。 6）按照步骤4）和步骤5）的方法分别将工作平面移至全局坐标点的（0，6，0）和（0，78，0），对体进行分割。 7）将工作平面沿WX方向平移6cm，单击Offset WP对话框中的 ，工作平面绕WY轴旋转90度，选择菜单Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volu by WrkPlane命令，在弹出的Divide Vol by Wr…拾取菜单面板中单击Pick All按钮，将视图中的4个体分割为8个体。 8）选择菜单Utility Menu:WorkPlane→Align WP with→Global Cartesian命令，使工作平面与全局坐标系重合。 9）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By Dimensions命令，在弹出Create Block by Dimensions文本框中输入混凝土板模型体的坐标，如图9-4所示。 图9-4混凝土板的模型尺寸 10）创建完成后的实体全模型如图9-5所示。 图9-5 实体全模型示意图 （5）划分网格 1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Meshing→MeshTool命令，弹出MeshTool对话框，单击Elements Attributes选择栏下侧的Set按钮，弹出Meshing Attributes对话框，在[TYPE]下拉列表框中选择1 SOLID164，在[MAT]下拉列表框中选择1，其他栏用默认值，单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。 2）选择菜单Utility Menu:Select→Entities...命令，弹出Select Entities对话框，将选项依次设置为Volumes、By Num/Pick、From Full，单击Apply按钮，拾取炸药、土壤和空气域的体。 3）将Select Entities对话框中的选项依次设置成Areas、Attached to 、Volumes、From Full，单击Apply按钮。改变Select Entities对话框中的设置，依次设置为Lines、Attached to、Areas、From Full，单击Apply按钮后，再单击Plot按钮。 4）在Mesh Tool对话框中，单击Lines右侧的Set按钮，弹出Element Size on…拾取菜单，单击Pick All按钮，在弹出的对话框的SIZE文本框中输入1.5（即指定单元长度为1.5cm），单击OK按钮，确认选择。 5）在MeshTool对话框Mesh右侧的下拉列表框中选定Volumes，并选取Shape选项的Hex和Mapped两个按钮。单击Mesh按钮，弹出Mesh Volumes拾取菜单，拾取视图中的炸药体，如图9-6所示，单击OK按钮，对炸药体进行映射网格划分。 图9-6炸药域放大 6）用上述同样方法改变[MAT]号分别对图9-7和图9-8中的体进行映射网格划分。 图9-7土壤域 图9-8空气域 7）依次单击Select Entities对话框中的Invert、Plot按钮，视图中显示出混凝土板的轮廓线图。 8）在Mesh Toll对话框中，单击Lines右侧的Set按钮，弹出Element Size on…拾取菜单，单击Pick All按钮，在弹出的对话框的SIZE文本框中输入2（即指定单元长度为2cm），单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。 9）设置[MAT]为4，对混凝土板进行映射网格划分。 10）选择菜单Utility Menu:Select→Everything命令，然后选择Utility Menu:Plot→Elements命令，视图中显示所有材料模型的有限元网格（由于混凝土板的网格与空气网格叠加在一起，看上去好像只有一种颜色），如图9-9所示。 图9-9模型网格（局部） （6）创建PART 选择菜单Main Menu：Preprocessor→LS-DYNA Options→Parts Options命令，弹出Parts Data Writen for LS-DYNA对话框。在Options选项组中激活Create all parts单选按钮，弹出图9-10所示的PART信息框。检查对话框中所有的PART定义是否正确，如有定义错误，需要重新划分网格，并用Updata parts选项更新PART定义，直至PART定义正确为止。 图9-10EDPART Command对话框 （7）施加约束 1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→LS-DYNA Options→Constraints→Apply→On Areas命令，弹出Apply U，ROT on…拾取菜单。拾取如图9-11中所有法线方向与Z轴方向相一致的18个面，单击OK按钮，弹出Apply U，ROT