1、2019/6/1,ANSYS AUTODYN 基础培训一,2019/6/1,AUTODYN课程安排,第一天：ANSYS产品介绍AUTODYN简介AUTODYN界面一般问题分析过程 第二天： Lagrange求解器模型生成Lagrange之间的作用 第三天：Euler求解器起爆设置流固耦合,第四天：特色技术材料模型 第五天：ALE求解器SPH求解器SPH与Lagrange作用(注)上课安排：上午主要用来讲课，配以课堂练习；下午继续未讲完的内容，然后做当日练习，并就当日的内容进行答疑。 上课时间：上午 09：3012：00 下午 13：3017：00,2019/6/1,基础培训一,1、ANSYS
2、产品介绍 2、AUTODYN 简介 3、AUTODYN 界面 4、一般问题的分析步骤,2019/6/1,ANSYS产品介绍,ANSYS 是被世界各地各领域的工程师所广泛使用的有限元软件包: 结构 热 流体,包括CFD (计算流体动力学) 电场 / 静电 电磁 ANSYS应用的部分工业领域列表：,ANSYS软件的主要功能,航空航天 核工业 石油化工 铁道,机械制造 能源 汽车交通 国防军工,电子及器具 土木工程 生物医学 水利,2019/6/1,ANSYS产品介绍,结构分析,ANSYS软件的主要功能,结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反力。 静力分析 用于静力载荷条件 可以模拟诸如大变形、
3、大应变、接触、塑性、超弹、蠕变等非线性行为,2019/6/1,ANSYS产品介绍,结构分析,ANSYS软件的主要功能,动力学分析 包括质量和阻尼效应 模态分析 计算固有频率及振型 谐响应分析 确定结构对已知幅值和频率的正弦载荷的响应 瞬态动力学分析 确定结构对随时间变化载荷的响应，可以包括非线性行为 其他结构功能 谱分析 随机振动 特征值屈曲 子结构, 子模型 疲劳、断裂力学、复合材料,2019/6/1,ANSYS产品介绍,结构分析,ANSYS软件的主要功能,显示动力学 ANSYS/LS-DYNA 侧重惯性力占主导的大变形模拟 用于模拟冲击、碰撞、跌落、爆炸、快速成型等高度非线性问题,2019
4、/6/1,ANSYS产品介绍,热分析,ANSYS软件的主要功能,热分析用于确定物体的温度分布。其他感兴趣的包括热损失或获得的量，热梯度、热通量等也可以获得。 所有三种主要的传热方式都可以模拟：传导、对流及辐射,稳态 时间相关效应可以忽略 瞬态 确定温度等时间相关的量 可以模拟相变(熔化或凝固),2019/6/1,ANSYS产品介绍,电磁分析,ANSYS软件的主要功能,电磁分析用于计算电磁装置的电磁场 静态及低频 电磁场 模拟直流电源操作装置，低频AC或低频瞬态信号,例如: 螺线管制动器、电机、变压器 感兴趣的量如磁通量密度、场强磁力及磁矩、阻抗、电感、涡流、功率损失及通量泄漏等。,2019/6
5、/1,ANSYS产品介绍,电磁分析,ANSYS软件的主要功能,高频 电磁场 模拟装置的电磁波传播 例如: 微波及RF passive 部件, 波导, 同轴连结器 感兴趣的量包括S-参数，Q-因子, 返回损失，电介质和传导损失，及电场和磁场,同轴电缆中的电场(EFSUM),2019/6/1,ANSYS产品介绍,流体分析,ANSYS软件的主要功能,计算流体动力学 (CFX) 确定流体的流动及温度分布 ANSYS/CFX 应用: 航空航天,电子封装，汽车设计 典型量包括速度、压力、温度及对流换热系数,足球上的压力分布,导管中的流速,飞机气动分析,2019/6/1,ANSYS产品介绍,耦合场分析,AN
6、SYS软件的主要功能,耦合场分析考虑两种或多于两种场之间的相互作用。每一种场都依赖于另一种场使得不可能对每个场单独求解，因此需要一个能够将物理问题综合在一起考虑计算的程序。,例如: 热应力分析 压电分析 (电及结构 ) 声学 (流体及结构) 热电分析 导热 (磁和热) 静电结构分析,双金属杆由于加热产生变形,2019/6/1,ANSYS产品介绍,世界顶级前后处理器 ICEM CFD 几何处理/修补/简化 表面网格 四面体/高级六面体网格 网格编辑与修改 输出所有CAE/CFD格式,六面体网格,抽中面,结构网格,网格加密和粗化,2019/6/1,ANSYS产品介绍,全自动六面体网格,Boeing
7、 747 by FAA,2019/6/1,多学科优化,多学科流程集成； 多目标优化； 六西格玛设计。,重量轻 成本低 RCS小 升力大 阻力小 内力小 应力小,多学科优化,6Sigma设计,自动 循环,多目标优化,2019/6/1,Workbench技术构架,2019/6/1,基础培训一,1、ANSYS 产品介绍 2、AUTODYN 简介 3、AUTODYN 界面 4、一般问题的分析步骤,2019/6/1,AUTODYN发展概述,AUTODYN由美国Century Dynamics 公司于1985年开发成功，该软件从开发至今一直致力于军工行业的研发。2005年1月该公司加盟ANSYS公司，现正
8、融入ANSYS协同仿真平台； 1995 开发出高精度 Euler-FCT、Euler-Godunov 求解器，专门用来模拟爆炸冲击波的传递 ； 2000 引入由欧洲航空局开发的 SPH 求解器，专门用来模拟超高速条件下的接触碰撞分析； 在国际军工行业占据80以上市场。,2019/6/1,AUTODYN行业应用,2019/6/1,blast effect on building,fragmentation warhead,hypervelocity impact,shaped charge into water,KEP penetration into concrete,hydraulic RA
9、M,bullet impact,reinforced concrete impact,launcher stage separation,Blast-Structure Interaction,AUTODYN应用实例,Explosively Formed Projectile,2019/6/1,破片 聚能装药 穿甲与半穿甲 反应装甲,战斗部设计及侵彻效应,2019/6/1,随机破片战斗部,破片战斗部及对目标毁伤 (计算模型),87 kg TNT； 距离混凝土5m； 战斗部直径330mm； 高度910mm。,2019/6/1,随机破片战斗部,爆轰波、破片形成,2019/6/1,随机破片战斗部,破
10、片数量 每块破片的体积 重量 质心位置 速度矢量等,破片信息统计,战斗部的威力和效果可以清楚的知道。,2019/6/1,随机破片战斗部,爆炸冲击波和破片对目标的毁伤,2019/6/1,全预制破片战斗部,2019/6/1,聚能装药,Explosively Formed Projectile,爆炸成形侵彻体 (EFP),2019/6/1,聚能装药,MEFP 战斗部,2019/6/1,聚能装药,射流战斗部 (JET),2019/6/1,聚能装药,射流战斗部对目标的毁伤,2019/6/1,半穿甲战斗部,侵彻、爆轰效应,2019/6/1,穿甲战斗部,钻地弹侵彻钢筋混凝土模型,2019/6/1,穿甲战斗部
11、,钻地弹侵彻钢筋混凝土,2019/6/1,穿甲战斗部,仿真结果与试验对比（模拟混凝土）,2019/6/1,反应装甲,爆炸式反应装甲对冲击的响应,2019/6/1,爆轰及冲击波分析,冲击波传播及结构响应 内弹道 火箭点火、级间分离,2019/6/1,冲击波对钢筋混凝土靶的作用,Beam Reinforcement,Lagrange Concrete,2019/6/1,冲击波对钢筋混凝土靶的作用,Euler-FCT、 Lagrange、 Beam Coupling,2019/6/1,冲击波对建筑物破坏,1、窗户和屋顶被冲击波破坏；2、门被完全破坏；3、整个砖墙被冲击波打坏，在重力作用下坍塌,Eul
12、er-FCT、 Lagrange、 Shell Coupling,2019/6/1,地雷爆炸对装甲车的冲击作用,装甲车受到地雷攻击的响应分析,2019/6/1,内弹道分析,炮膛内弹体所受到的气动载荷,2019/6/1,火箭级间点火分离,要求：既要满足分离功能，又要减小对火箭主体结构及内部设备或控制仪器的冲击,2019/6/1,防护墙耐撞性分析,F-4战斗机撞击钢筋混凝土墙（厚3.66m）,2019/6/1,防护墙耐撞性分析,对1m厚度防护墙的冲击 (墙体完全洞穿),对3m厚度防护墙的冲击 (没有穿过墙体),2019/6/1,管式汽车炸弹,2019/6/1,材料的碰撞响应,2019/6/1,典型
13、的碰撞现象,2019/6/1,连续介质力学,连续介质运动方程： 质量守恒 动量守恒 能量守恒 材料模型 初始条件 边界条件 在AUTODYN中，这些方程通过显示积分和不同的求解技术来求解； 对于不同的求解器，方程都是相同的；具体的求解过程根据求解器而定。,2019/6/1,材料模型,状态方程 强度模型 失效模型,2019/6/1,AUTODYN 求解器类型,Lagrange Euler ALE,SPH Shell Beam,2019/6/1,AUTODYN求解器,求解器使用技术：有限差分、有限体积、有限元和无网格粒子方法。,Lagrange * 2D & 3D 3D Parallel ALE
14、2D & 3D 3D Parallel Shell/Membrane * 2D & 3D 3D Parallel Beam/Truss/Spring/Damper * 3D 3D Parallel SPH 2D & 3D 3D Parallel Euler-FCT 2D & 3D 3D Parallel Multi-Material Euler 3D 3D Parallel Fill 3D *,* 结构和非结构求解器 * 2D 用拉格朗日,2019/6/1,AUTODYN要求所有的数值技术将复杂的问题分解成有限的更小、更简单的问题，这个过程称为离散化过程；方程离散化方法： 时间 空间时间离散化
15、对于所有的求解器是相同的；不同的是空间离散化(比如：几何定义和数值积分)。,离散化,2019/6/1,时间离散,整个求解时间域被分成若干个时间步长（经常是数千上万个）； 在AUTODYN中所有的求解器用显示积分方法： 根据前一个时间步长值通过积分求变量的值； 计算简单。,2019/6/1,空间离散,根据问题，需要将物理几何模型需要被分成许多个连续的或不连续的部分（单元、粒子）； 两种基本方案： Lagrangian 依据材料, 离散部分与材料一起移动； Eulerian 依据空间，离散部分在空间上保持固定。 所有的求解器(SPH除外)用网格来离散几何模型； 网格定义节点(顶点)、边 (线)和单
16、元-连通性固定； 根据求解器，网格可以是结构化或非结构化网格； SPH 用粒子建立模型，每一个粒子通过核函数作用-连通性不固定。,2019/6/1,Lagrange网格：基于Lagrangian方法,拉格朗日网格,网格在材料里面,外面空间 不需要网格,2019/6/1,Euler网格：基于Eulerian方法,网格固定在空间材料在网格中流动,外面空间需要空物质网格,欧拉网格,2019/6/1,SPH ：粒子(无网格) 基于Lagrangian方法,由粒子来组成几何模型,外面空间 不需要粒子,SPH网格,2019/6/1,Lagrange Euler ALE SPH,空间网格对比,2019/6/
17、1,模型相关概念,Part 采用相同求解器的一组节点和单元的集合； 相同的求解器可以使用多个part； 可用于结构和非结构求解器。 component 可选择； Part组； 一个component可以包含多个part。 用来帮助模型结构和参数设置 对多个part进行速度、初始条件和材料的设置； 边界条件的施加； 平移、旋转和放大/缩小多个part； 复制和删除多个part。 Group 其它实体的集合,2019/6/1,求解器之间的联合,每一次计算可以有多个PART； 同一个模型不同的PART之间以及模型与模型之间通过以下方式作用： Join Lagrange-Lagrange作用 Eule
18、r-Lagrange作用 复杂模型可以通过此种方式建立。,对于每一个问题 选择最适合的求解器,2019/6/1,求解器之间的联合,2019/6/1,基础培训一,1、ANSYS 产品介绍 2、AUTODYN 简介 3、AUTODYN 界面 4、一般问题的分析步骤,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,整体界面,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,2019/6/1,文件处理,视 图,动 画,交 互,AUTODYN 用户界面,工 具 栏,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,控制视图,建立模型,开始/停止 一个计算,导 航 面 板,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,对视
19、图进行平移旋转和比例操作,创建视图,视 图 面 板,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,对话面板,对话框,帮助 取消 确定,打开窗口按钮,对话面板和对话框,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,鼠标/键盘操作,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,新建模型和路径,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,my_ident_0.ad 第0步保存文件 my_ident_428.ad 第428步保存文件 my_ident_0.ad_formatted 第0步格式保存文件my_ident.his 历史文件(gauges)my_ident.sum 概要文件my_ident.prt
20、打印文件my_ident.log 记录文件my_ident.uhs 用户历史文件my_ident.fil 映射文件my_ident.frg 破片数据文件,文件名字与含义,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,autodyn.ini 初始化文件matlib_name.mlb 材料库文件partlib_name.slb Part 库文件setting_name.set Plot 设置文件sequence_name.seq 幻灯片顺序文件slide_name_nn.gif 演示文件animation_name.gif gif动画文件animation_name.gfa gfa动画文件,其 它
21、文 件,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,所有 AUTODYN 的文件是以二进制文件格式保存： 旧版本保存的执行文件自动转变成新版本执行文件 AUTODYN的其它版本保存的执行文件能够方便地倒入到AUTODYN v6中进行计算。,独立的二进制执行文件,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,AUTODYN 用单精度来满足求解效率和内存的需要，所以单位制的选择相当重要： 避免出现压力低于10-6的单位制； 避免出现单元质量低于10-6的单位。 缺省的单位制如下：,单 位 制,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,消息面板和命令行面板,消息面板,命令行面板,2019/6/1,A
22、UTODYN 用户界面,上下文帮助,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,初 始 界 面 定 制,通过GUI改变选项或者编辑初始化文件autodyn.ini,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,图像输出格式： GIF、TIFF 和JPEG 三种格式 动画： 创建.gif 幻灯片格式 用创建视图菜单来调整每张幻灯片的顺序和显示时间等 可以创建下面一种或三种格式： GIF MPEG AVI,图 像 和 动 画,2019/6/1,文件扩展名为.gfa 创建单张图片 在AUTODYN动画播放器中播放 在播放中操作： 大小 旋转 平移 快进/快退 控制动画速度,AUTODYN 用户界面,交
23、互式动画文件,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,标准的应用程序 运行不需要license 播放.gif和.gfa动画格式 Gif格式的动画,动 画 播 放 器,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,系 统 要 求,2019/6/1,AUTODYN 用户界面,编 译 器 要 求 （用户子程序需要）,2019/6/1,熟悉菜单,练习,2019/6/1,基础培训一,1、ANSYS 产品介绍 2、AUTODYN 简介 3、AUTODYN 界面 4、一般问题的分析步骤,2019/6/1,一般问题分析步骤,第一步 设置求解类型、单位制,2D 问题,3D 问题,2019/6/1,一般问题分析
24、步骤,第一种方式：材料库材料,第二步 定义材料,2019/6/1,一般问题分析步骤,自定义材料 状态方程 强度模型 失效模型 侵蚀类型,第二步 定义材料,第二种方式,2019/6/1,一般问题分析步骤,常用于对初始速度的设置,第三步 定义初始条件,2019/6/1,一般问题分析步骤,不同的求解器有相适应的边界条件,第四步 定义边界条件,2019/6/1,一般问题分析步骤,一、选择求解器 二、对于 Definition 有两种方式：Manual 和 Part wizard,第五步 建立模型,大多数求解器两种方式都可以； 对于 Shell (2D) 求解器使用 Manual ，Shell (3D)
25、 两种都可以； SPH 求解器在后面专门讲解。,2019/6/1,一般问题分析步骤,Part wizard 方式 三步曲 (形状、网格和材料),第五步 建立模型,2019/6/1,一般问题分析步骤,第五步 建立模型,Manual 方式 三步曲 (网格、形状和材料),2019/6/1,一般问题分析步骤,边界条件的施加/删除 测量点的添加/删除 ALE 运动的施加 求解器的调整 IJK 范围的调整 模型的激活与抑制 模型重命名,第六步 模型相关操作,用 Part 构成 Component 对 Component 进行操作： 用材料、速度和初始条件进行填充； 边界条件的施加； 移动和放大/缩小； 复
26、制和删除。,用一组节点和单元组成 Group 对 Group 进行操作： 边界条件的施加； 用材料、速度和初始条件进行填充； 移动和放大/缩小； 复制和删除。,2019/6/1,一般问题分析步骤,连接 接触 爆炸,第七步 穿甲、爆炸相关操作,连接,接触,起爆,2019/6/1,一般问题分析步骤,求解设置 输出设置,第八步 求解与输出设置,2019/6/1,一般问题分析步骤,第九步 计算与后处理,通过导航栏上 Run 进行计算,历史曲线的相关处理,动画和幻灯片的制作,2019/6/1,泰勒杆碰撞试验,练习,Symmetry: 2D Axial Material: Tantalum (library) Impact Velocity: 100 m/s Boundary condition: Rigid (x-vel. limit) Cylinder length: 25 mm (33 elements) Cylinder radius: 3.81 mm (6 elements) Wrapup: 0.06 ms Save data: every 100 cycles,
