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1、1 愛發股份有限公司愛發股份有限公司 CAD CAM CAE 事業部事業部 張維展張維展 wade chang tw 2 Preload 預應力 Stress Initialization 應力初始化 在進行動力計算之前如果考慮前期靜力影響 則需要先 執行一次穩態或是准靜態分析 目的就是將穩態分析結 果中的位移 溫度結果作為體載荷施加到相關節點上 實現相應部件的應力初始化 作為後續分析的初始條件 需要考慮預應力的分析情況 旋轉風扇 渦輪風葉及旋轉飛輪 重力加載 壓力容器 輪胎 緊配物件 螺栓鎖固 3 施加方法 1 動力鬆弛法 Dynamic Relaxation a Explicit b Im
2、plicit 2 隱式求解方法 Implicit Stress Initialization a 兩階段求解 dynain文件 b 一步求解 Implicit to Explicit Switch 3 臨界阻尼法 Transient Stress with Mass Damping 4 螺栓預應力 Bolt Preload a 冷熱收縮 Thermal Stress b 緊配 Shrink Fit c 截面預應力 Initial Stresses in Defined Section d 樑預拉力 Initial Forces in a Beam 4 動力鬆弛法 5 Explicit Dyna
3、mic Relaxation DR DR 為執行暫態分析過程前的一個虛擬的 pseudo time 暫態預加載分析 用來施加preload stresses 預加載 變型過後的應力跟幾何變型會自動導入到第二 階段的暫態分析中 提供應力初始化後的模型 6 Explicit DR 在Explicit DR中 是以模型的distortional kinematic energy來判斷DR是否收斂 current KE peak KE 要小於 convergence tolerance default 0 001 判斷收斂 Peak KE Total KE Rigid Body KE 當符合收斂條件時
4、 DR分析終止並自動轉換到第二階 段暫態分析 此階段加載之預應力及變形會自動當成 第二階段之初始條件 7 Getting Start with DR 啟動DR分析 在 Define Curve裡將SIDR設定為1 or 2 SIDR 0 only for transient analysis SIDR 1 only for DR analysis SIDR 2 for both transient and DR analysis DR使用ramp curve加載到100 保持定值 直到收斂 必須確認preload有加載到100 之後才收斂 加載時間1000 2000 timesteps 在二階
5、段分析中 preload必須持續加載 constant curve 否則物體會 產生震盪 100 100 8 CONTROL DYNAMIC RELAXATION DR分析參數設定 NRCYCK default 250 收斂檢查 KE ratio 幾個cycles檢查一次 DRTOL default 0 001 Ratio of distorsional KE current peak DRFCTR default 0 995 Dynamic Relaxation Factor 0 1 Used to damp the nodal velocities each time step 設定太小會
6、overdamping導致不收斂 DRTERM DR termination time 若有設定 看收斂或終止時間哪個先到達 For implicit DR 通常會設定非0值 9 CONTROL DYNAMIC RELAXATION DR分析參數設定 TSSFDR timestep scale factor Only used in the DR phase Implicit DR此選項無效 IDRFLG 啟動DR phase 若從 Define Curve的SIDR啟動 此選項不需定義 999 關閉所有DR 一次關閉所有Define Curve的DR 1 DR active 2 利用前一步D
7、R結果 drdisp sif 進行初始化 5 Implicit DR 10 CONTROL DYNAMIC RELAXATION IDRFLG參數說明 IDRFLG 1 啟動DR IDRFLG 2 利用前一步DR結果進行應力初始化 需要drdisp sif檔 完成DR後自動輸出 記錄節點位 移及旋轉 在command line加入 m drdisp sif 指令 LS DYNA 會先進行一短暫的分析 100 timesteps 利用didisp sif進行預加載 IDRFLG 5 使用Implicit Solver 需要定義DRTERM設定終止時間 使用 Control Implicit 相關
8、卡片控制Implicit Solver 11 DR結果輸出 ASCII file在DR phase並不會輸出 如glstat matsum rcforc etc 可設IDRFLG 1輸出binary file d3thdt DATABASE BINARY D3THDT DATABASE BINARY D3DRLF d3drlf DR phase結果檔 應力 應變 變型 格式如同D3PLOT 輸出間隔 DT 以convergence check間隔控制 DT 1表示每次 收斂檢查 250cycles 輸出一個結果 relax ASCII file 記錄能量收斂的時間歷程 Convergence
9、plot from relax file Kinetic Energy plot from relax file 12 在DR常見的加載 重力 gravity load 慣性力 centrifugal loads 使用 Load Body option加載 LCID 暫態加載曲線 LCIDDR DR加載曲線 熱應力 thermal stress 使用 Load Thermal Load Curve加載 需要定義熱膨脹係數CTE LCID 暫態加載曲線 LCIDDR DR加載曲線 其他的外力邊界可以使用 Define Curve的SIDR 1 2 加載 Load Segment Boundary
10、 Prescribed Motion 13 To Run Implicit DR 1 在 CONTROL DYNAMIC RELAXATIO裡設定IDRFLG 5跟 DR分析終止時間DRTERM 2 設定 CONTROL IMPLICIT相關卡片來控制Implicit分析 基 本必須設定 CONTROL IMPLICIT GENERAL 的DT0 初始時 間步長 3 使用 DEFINE CURVE設定SIDR 1並給定一條ramp curve 加載時間等於DRTERM 4 建議添加 DATABASE BINARY D3DRIF卡片 輸出Implicit DR過程中的結果 DT 1 5 設 定
11、CONTROL IMPLICIT DYNAMANICS 控 制 分 析 為 Implicit Static or Implicit Dynamics 6 若 在 DR 分 析 後 要 施 加 初 速 如 旋 轉 葉 片 分 析 在 INITIAL VELOCITY GENERATION設定iphase 1對初速進 行初始化 14 隱式求解法 15 Implicit Keywords CONTROL IMPLICIT GENERAL 啟動Implicit求解 IMFLG 1 DT0 控制初始時間步長 CONTROL IMPLICIT AUTO 固定 自動時間步長控制 CONTROL IMPLIC
12、IT DYNAMICS 設定分析為Implicit Static or Implicit Dynamic Dynamics 比較容易收斂 Dynamics問題的時間步長為實際物理時間 16 兩階段求解 執行兩個獨立的分析 第一階段 preload implicit or explicit 第二階段 暫態加載分析 explicit 在preload階段的K檔加入 INTERFACE SPRINGBACK LSDYNA keyword 分析 完後自動輸出dynain文件 ASCII file dynain文件記錄模型的變形 應力 塑性應變 第二階段讀入dynain檔 設定好第二階段邊界條件 執行
13、第二階段分析 dynain檔不包含contact force及節點速度 所以這兩個結 果無法留用到二階段分析 可以利用LS PrePost輸出dynain檔 Output Format dynain ASCII Write 17 一步求解 隱 顯式切換求解 Implicit Explicit Switch 方法 使用同一個input file 利用曲線控制隱 顯示分析切換 1st Stage implicit 2nd Stage Explicit 控制曲線 step function 橫軸 時間 縱軸 1 implicit 0 explicit 設定 Control Implicit Gene
14、ral的IMFLG為 curve ID 18 臨界阻尼法 19 臨界阻尼法 在使用隱式靜力求解 由其是非線性 或DR難收斂時 方法 1 利用模態分析求解出系統最小的圓頻率 及對應的週期T 2 Preload加載 使用ramp function 加載時間需大於最大週期T 3 使用 Damping Global對系統施加臨界阻尼2 利用曲線控制critical damping加載時間 直到preload完成 Critical damping需在下一步暫態力施加前 卸載到0 4 控制暫態力的施加必須在preload完成及damping卸載後 利用曲線或load卡片裡的birth time 5 若後續
15、的分析是由初始速度所主導 可利用 Initial Velocity Generation設定birth time來控制 20 Preload Curve 控制曲線 Load Time Preload Transient Load Mass Damping Coef Time Load Time t1 t1 t2 t2 21 螺栓預加載 22 Bolt Preload 類型 疊代加載類型 需要經由多次的tune load運算來確認Bolt Stress LOAD THERMAL LOAD CURVE 冷熱收縮 熱應力 CONTACT INTERFERENCE 緊配 非疊代加載類型 Bolt St
16、ress可以直接給定加載 INITIAL STRESS SECTION 預應力 只能使用在solid element INITIAL AXIAL FORCE BEAM 預拉力 只能使用在Type 9 beams spot weld MAT100 23 冷熱收縮 Thermal Stress LOAD THERMAL LOAD CURVE 利用冷卻螺栓使其緊配 產生預應力 為了考慮熱脹冷縮效應 螺栓材料需給定熱膨脹係數Coefficient of thermal expansion CTE MAT ADD THERMAL EXPANSION 冷卻溫度曲線 LOAD THERMAL LOAD CURVE LCID temperature vs time for transient phase constant T LCIDDR temperature vs time for DR phase SIDR 1 in DEFINE CURVE Ramp T and then hold constant 透過溫度T或熱膨脹係數 CTE 來估算螺栓所產生的預應力 大小 E CTE T 透過調整T或C
