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1、跌落测试模块(DTM)第 12 章Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) 本章目标本章涵盖了ANSYS/LS-DYNA Drop Test Module (DTM)的内容。讨 论了物体跌落测试，以及利用DTM去模拟它们的具体步骤。主题: 物体跌落测试 虚拟的跌落测试分析 跌落测试分析的运用 ANSYS/LS-DYNA 跌落测试模块 典型的DTM处理过程 跌落测试模块（DTM）习题Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块
2、 (DTM) A. 物理跌落测试物体跌落测试的研究内容是：在重力场中（1g）物体从高处跌落时，它所能 承受冲击的能力。物体的初始位置可能会影响试验结果。跌落的目标表面通常认为是刚性的平面。在承受这种假定的载荷后，产品必须要符合设计要求的功能。这种跌落产生 的原因可能是物体的标准使用所至，也可能是意外事件（比如说是对物体的 错误操作）。通常在产品最终设计的原型上进行物体跌落测试，因为产品以及操作物体跌 落测试所需的测试设备的成本都是相当高的。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) B. 虚拟的跌落测试
3、分析FEA 软件可以用来进行虚拟的跌落测试分析，这样既省时又省钱。此类计算 机模拟仍然必须与实际的物体跌落测试相关联，从而验证材料属性、许用应 力、设定载荷、边界条件等的准确性。进行虚拟的跌落测试模拟有许多好处：跌落测试可以在产品设计的早期阶段进行，这样就可以消除因为开发不适用产品 或在设计的最后阶段修改较差设计而发生的费用。在虚拟世界中，跌落测试的不同初始方位和跌落高度都可以很方便的确定。而在 在现实世界中，这往往会受到经济上的限制。分析完早期设计，在进行新的设计之前，可以评估提议的设计修改方案。这样节 省了制造那些注定失败的原型的时间和资金。Explicit Dynamics with A
4、NSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) C. 跌落测试分析运用许多类型的产品都需要进行跌落测试。在充满竞争的市场中，易碎的设计是不 可能获得成功的。根据当前的法律规定，即使产品在实际使用中发生了意外跌 落，也应该在设计中保证其至多是无害的失效。需要进行跌落测试检验的产品包括： 工具：锤子、钳子、螺丝起子、圆形锯、钻子等。 电子产品：电话、便携电脑、电视、CD播放机等。 家用电器：冰箱、洗衣机、干衣机、微波炉等。 工业容器：有毒的化学物质储罐等。 消费产品储存器：牛奶包装盒、罐头产品、清洁剂等。Explicit Dynamics with ANSY
5、S/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) D. ANSYS/LS-DYNA 跌落测试模块ANSYS/LS-DYNA 跌落测试模块 (DTM) 是一个ANSYS/LS-DYNA的可选附 加部分。它能够大大简化与操作跌落测试模拟相关的任务。方便地定位跌落物体迅速地建立重力场 自动构造和约束刚性目标表面直接输入物体跌落高度方便计算冲击速度DTM 的设计目标是允许没有经验的用户快速地建立复杂的跌落测试模拟， 求解该模型并观察结果。DTM在本质上讲是一个改进了的图形用户界面程序，它通过必要的步骤来指 导你进行跌落测试模拟。 ANSYS 的用户界面设计语言 (UID
6、L) 和工具命令 语言及工具箱 (Tcl/Tk) 在该GUI程序中都得到了运用。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . ANSYS/LS-DYNA 跌落测试模块作为一个附加的产品，DTM的运行需要一个单独的许可密码，但是环境变量 ANSYS60_PRODUCT仍然保持不变。例如，如果你拥有 ANSYS/Multiphysics/LS-DYNA，那么输入：ansys60 p ANE3FLDS dtm g参数 “-dtm”将通知程序去寻找一个DTM的许可授权，并在找到后启动该模块 。DTM 在ANS
7、YS 6.0的 CD上，它将和ANSYS/LS-DYNA程序一起自动安装 ，因此你所需要的全部东西只是能够使它运行的附加许可密码。在此，只讨论典型的DTM操作程序，有关的详细细节，请参考第16章 ANSYS/LS-DYNA Users Guide的内容，这可以通过在线帮助得到。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) E. 典型的DTM程序在一个典型的DTM问题中包含以下步骤：导入或创建模型进入DTM并初始化模型完成Basic选项卡的信息完成 Velocity选项卡的信息完成 Target选项卡的信息
8、检查Status选项卡并运行Solution对计算结果进行后处理DTM 默认是在一个连续的操作过程中运行的。如果你中途离开过DTM又重 新进入，一些变量将被重新初始化，你过去的设置将被删除。因此，当进入 DTM时，总是将以原始数据开始。但不用担心，因为DTM的用法很简单，你 可以迅速地重新输入先前的跌落测试设置。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第 1步:导入或创建模型 :你必须首先创建或导入要进行跌落测试的物体的模型。该模型可以从CAD包 中导入或者用在本课程中先前描述的
9、方法创建（比如要避免四面体，小单元， 尖角等问题）在进入ANSYS主菜单的跌落测试部分之前必须完整定义物体。 所有的单元和 材料属性，包括阻尼，都需要被指定。而且，在进入DTM之前，一定要保存 模型。模型中应该只包括与 LS-DYNA (ELEM160-167)协调的单元。这些单元在 ANSYS/LS-DYNA Users Guide中都有讨论。而且一些隐式的ANSYS命令 （比如SF,F,IC等）都不能包括在数据库中。一个从已存在的数据库中删除这 些命令的方法是编辑ASCII 码格式的.CDB 文件。 (CDWRITE/CDREAD).Explicit Dynamics with ANSYS
10、/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第2步: 进入 DTM 并且初始化模型 :一旦模型被定义，则可以进入跌落测试模块:ANSYS Main Menu Drop Test Set Up在进入DTM之前要注意 保存你所做的模型，以 防止你进行另一个跌落 测试分析时丢失数据。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第3步: 完成 Basic 选项卡的信息:现在填写Basic 选项卡要求的数据：选择预定义的公共的重力值（或输
11、入要求的值）输入跌落高度和用来测量此高度的参考点（例如物体中的最低点或模型的重心）确定要做跌落测试的物体运动方向（动态旋转或通过两节点的向量）指定分析开始时刻和碰撞后运行时间指定写入结果文件的输出频率记住要用协调单元！混合单 元是DTM中最常见的一种错 误。要利用初始的角速度，你必 须选择 “Start analysis at drop time” = slower run time12345Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序对于 “Set Orientation,”你有两
12、种选择 : “Rotate” 或 “Pick Nodes”对于 Rotate, 将会出现 Pan-Zoom-Rotate GUI box. 这是唯一的激活菜单， 运用Dynamic Viewing或其他按钮定位模型后，你必须在运行DTM之前关闭 Pan-Zoom-Rotate对话框。注意+Y 的屏幕坐标将是自由落体的反方向。我们 不会用到物体坐标。对于 Pick Nodes，图形用户界面将会提示你 定义+Y方向的屏幕坐标系统的方法，先定义 矢量的尾部，然后定义其首部（该方向与自 由落体的方向相反）。 缺省条件下，向量的 首部指向物体的重心（CG）。希望的跌落方向确定模型中最低点的位置。物体坐标
13、系屏幕坐标系Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第4步: 完成Velocity选项卡的信息:初始的平移速度可以在屏幕或物体坐标系统中确定。如果在跌落开始时进行分 析，上面指定的速度就可以被直接调用。如果在接近碰撞时开始，DTM将把这 些速度分量加入到那些由跌落高度和加速载荷求得的分量中。初始的角速度可以在任何一种坐标系中指定，但是要激活它，分析必须在跌落 时开始。而且，只有带旋转自由度的 单元才可以用该特性。如果 该特性在模型中不存在，它 将变灰。指定一个角速度会显著增加 C
14、PU时间 Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第 5 步: 完成 Target 选项卡的信息 :接下来，通过Target选项卡创建刚性的目标表面。你可以选择物体的最低点或 物体的重心来作为其中心。你也可以按比例确定SOLID164 刚体的长度和厚度 （很少要求这样）。你也可以指定在接触计算中目标表面的角度和材料的属性。而且你可以选择 ASSC 或 AG 接触，指定静态或动态的摩擦系数。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Traini
15、ng Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第 6 步: 检查Status选项卡并运行 Solution :现在点击Status 选项卡，回顾一下主要信息，以确信你的所有输入数据都正确 。其中termination time 是碰撞前后时间的总和。如果你选择了 “start analysis near impact time”， 与从跌落点开始运行相比，该分析所需的CPU 时间将很大大减少。确信该选项卡上显示了如下信息: “Successful Set-Up. Ready to drop.”当你确信了所有的事情后， 点击OK按钮。此时，Drop Test 菜单将激 活Sol
16、ve命令，如下图所示 。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序在点击Solve选项之前，你最好能再次保存一下你的数据库。事实上，你可以用 ftp把你的数据传到另外一台机器上，并在它上面运行。你也可以在不影响你的 DTM的情况下，对数据进行微小的改动。例如，你可以增加终止时间，添加质 量缩放比例等。 如果你需要利用DTM中的选项来改变设置的话，利用原始的数据，按前面所说 的方法进行即可。在你选择了Solve选项 后，DTM将把头文件写 入到结果文件中，生成 名为.K的输入文件，并 把它提交给LS-DYNA 求解器。Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual跌落测试模块 (DTM) . 典型的DTM程序第7步:
