中北大学2008届毕业论文
束后，点“功能选择”键，切换到“手动”状态，这时下面一排按钮的功能就是键下的字所标明的，然后，点“试样台降”键，使试样台下降一段距离，打开小门，拿出试件，观察其变形情况，并记录。
表3.5 试件的冲击参量
试件编号 1 2 3 落锤质量(kg) 1 2 6 落锤高度(m) 1.276 1.276 1.276 冲击速度(m/s) 5 5 5 冲击能量(J) 12.5 25 75 3.2.5 试验结果
图 3.20 试件1变形图 图 3.21 试件2变形图
图 3.22 试件3变形图
第 26 页 共 53 页
中北大学2008届毕业论文
4 圆环冲击的有限元分析
随着计算机技术的高速发展和以有限元法为基础的工程计算方法的发展已日趋成熟，数值方法已成为碰撞研究的最重要的手段之一。用于碰撞仿真研究的最常用的大型有限元软件是ANSYS/LS-DYNA。本章将重点讨论LS-DYNA软件的基本算法以及仿真研究中与之相关的主要问题的处理方法，如材料性质、单元选择、接触碰撞界面算法等，这些问题的理解和正确处理对于提高仿真结果的可靠性是非常重要的。
4.1 LS-DYNA发展历程
LS-DYNA程序是世界上最著名的通用显式动力分析程序，最初称为DYNA程序，由J.O.Hallquist博士于1976年在美国Lawrence Livermore National Laboratory主持开发完成。能够模拟真实世界的各种复杂的问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。其特点主要包括以下几个方面：
1 强大的分析能力 2 丰富的材料模型库 3 易用的单元库 4 充足的接触方式 5 自适应网格剖分功能 6 ALE和Euler列式 7 SPH算法 8 边界元法 9 隐式求解 10 热分析
11 不可压缩流场分析 12 跌落测试分析 13 强大的软硬平台支持 4.2 LS-DYNA分析的一般流程
与一般的CAE辅助分析软件操作过程类似，ANSYS/LS-DYNA分析过程也包
第 27 页 共 53 页
中北大学2008届毕业论文
括问题的规划、前处理以及后处理四个部分，如图4.1所示。
图4.1 LS-DYNA分析流程
在“分析问题的规划”中要综合考虑问题的特点、计算精度、时间；在“前处理”中要指定单元类型、实常数、材料模型；建立有限元模型；定义接触、边界条件，施加载荷；输出K文件；在“加载与求解”中要设置求解参数并求解。 4.3 求解过程 4.3.1 建立模型
依次建立圆环模型和上下实体模型。圆环尺寸为外直径58mm内直径54mm高度10mm。上下实体尺寸为长100mm宽70mm高70mm。本文采用国际单位制㎏-mm-s-mN-kPa，圆环的密度为7.8E-6，柏松比为0.27，杨氏模量为2.07E8，屈服极限为3E5，切变模量为1E7。上下实体的密度为7.8E-6，柏松比为0.3，杨氏模量为2.07E8。
第 28 页 共 53 页
中北大学2008届毕业论文
图4.2 实体模型
4.3.2 所用单元简介
在本文中对圆环模型进行划分时所用单元类型为SHELL163单元，SHELL163单元是用于3维显式结构实体单元，由4节点构成，图 4.3 描述了SHELL163几何特性、节点位置和坐标系。这个单元只用在动力显式分析，它支持所有的非线性特性。
图4.3 SHELL163实体单元几何特性
第 29 页 共 53 页
中北大学2008届毕业论文
本文中对圆环进行冲击的实体模型进行划分时所用单元类型为3D-SOLID164单元，图 4.4 描述了SOLID164几何特性、节点位置和坐标系。
图4.4 SOLID164实体单元几何特性
依次选择材料模型,通过路径 LS-DYNA>Nolineear>Inelastic>Isotropic Hardening>Bilinear Isotropic，分别输入DENS密度、EX 杨氏模量、泊松比NUXY 、Yield Stress屈服极限、Tangent Moduls切变模量的数值，通过路径LS-DYNA> Lineear>Elastic>Isotropic，分别输入上下实体的DENS密度、EX杨氏模量、NUXY泊松比。利用MeshTool工具分别对圆环、上下实体进行网格划分,得到有限元模型,如图3.6所示。
圆环被划分成1408个单元，590个节点。上下实体各被划分成138个单元，60个节点。
第 30 页 共 53 页