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1、AUTODYNAUTODYN基础教程五基础教程五添加标题添加标题5-2 基础培训五1、ALE求解器求解器2、SPH求解器求解器3、SPH与与Lagrange作用作用2024/7/27添加标题添加标题5-3 ALE (任意拉格朗日欧拉任意拉格朗日欧拉)：材料边界是拉格朗日，内部：材料边界是拉格朗日，内部单元可以是拉格朗日、欧拉或者其它指定的运动方式来单元可以是拉格朗日、欧拉或者其它指定的运动方式来自动重分网格；自动重分网格；材料模型可以是连续的固体、液体和气体，包括流体材料模型可以是连续的固体、液体和气体，包括流体/结结构作用。构作用。ALE 求解器2024/7/27添加标题添加标题5-4 AL
2、E 求解器ALE 计算循环等同于拉格朗日计算循环等同于拉格朗日 + 内部节点重新分布；内部节点重新分布；内部节点根据指定的运动约束方式重新分布，分布结果影内部节点根据指定的运动约束方式重新分布，分布结果影射到新网格中；射到新网格中；ALE Part 所有的节点在缺省情况下为拉格朗日所有的节点在缺省情况下为拉格朗日 运动约运动约束需要明确地施加给网格。束需要明确地施加给网格。ALE 计算特点计算特点2024/7/27添加标题添加标题5-5 ALE 求解器ALE Cycle计算计算单元面积、应变率单元面积、应变率单元压强、应力单元压强、应力调整速度、重新调整速度、重新计算单元压强计算单元压强节点力
3、节点力节点加速度节点加速度节点位移节点位移边界条件和接触力边界条件和接触力动量守恒动量守恒力力/质量质量是否使用是否使用ALE？否否是是积分积分节点速度节点速度材料模型材料模型积分积分2024/7/27添加标题添加标题5-6 ALE 求解器Free (缺省缺省)：每一个节点与拉格朗日运动方式相同；：每一个节点与拉格朗日运动方式相同；Fixed (欧拉欧拉)：每一个节点固定在：每一个节点固定在 (x , y) 空间；空间；Equal spacing in X：移动每一个节点的：移动每一个节点的 x 坐标到四周节点坐标到四周节点X 坐标的平坐标的平均位置，均位置，y ,z方向不变；方向不变；Equ
4、al spacing in Y：移动每一个节点的：移动每一个节点的 y 坐标到四周节点的平均位置，坐标到四周节点的平均位置，x ,z方向不变；方向不变；Equal spacing in Z：移动每一个节点的：移动每一个节点的 Z 坐标到四周节点的平均位置，坐标到四周节点的平均位置，x ,y方向不变；方向不变；Equally spaced I(J,K)：每一个节点移到：每一个节点移到 I(J,K) 方向的等距离位置；方向的等距离位置；Geometric spaced I(J,K)：对：对I(J,K)施加几何比率；施加几何比率；用户定义：用户子程序用户定义：用户子程序 EXALE 定义。定义。AL
5、E 运动约束运动约束2024/7/27添加标题添加标题5-7 ALE 求解器ALE 选项：选项：BLOCK：通过指标空间对一个：通过指标空间对一个 BLOCK 施施加运动约束；在同一个加运动约束；在同一个 Part 里，不同的里，不同的 BLOCK 施加不同的约束方式；施加不同的约束方式；I Line：沿着：沿着 I 方向对节点施加运动约束；方向对节点施加运动约束；J Line：沿着：沿着 J 方向对节点施加运动约束；方向对节点施加运动约束；K Line：沿着：沿着 K 方向对节点施加运动约束；方向对节点施加运动约束；Node：对一个节点施加运动约束。：对一个节点施加运动约束。施加施加 ALE
6、 运动运动 2024/7/27添加标题添加标题5-8 ALE 求解器ALE 设置：设置：Spacing：I-line ratio：设置：设置 I 方向几何比率；方向几何比率；J-line ratio：设置：设置 J 方向几何比率；方向几何比率；K-line ratio：设置：设置 K 方向几何比率；方向几何比率；Frequency：Cycle Frequency：定义：定义ALE重分网格重分网格频率频率(缺省为每迭代一步重分一次缺省为每迭代一步重分一次)；Iterations per cycle：每一：每一 cycle 重分重分次数次数(除除欧拉方式欧拉方式)；Relaxation coeff
7、icient：重分松弛系：重分松弛系数，数， 缺省为缺省为1：表示节点完全移动到新位置：表示节点完全移动到新位置(适合大适合大多数情况多数情况)；小于；小于1：表示节点移动位移：表示节点移动位移系数。系数。 调整调整 ALE 设置设置 2024/7/27添加标题添加标题5-9 爆炸载荷对结构墙爆炸载荷对结构墙的冲击作用；的冲击作用；爆炸载荷用爆炸载荷用 1D 模型，模型，将结果映射到将结果映射到 3D 模模型；型；结构模型用拉格朗结构模型用拉格朗日方式；日方式；气体模型用欧拉运气体模型用欧拉运动方式和等位运动动方式和等位运动方式；方式；3D 流固耦合作用。流固耦合作用。储存存设备中的多点起爆中
8、的多点起爆ALE 求解器2024/7/27添加标题添加标题5-10 储存存设备中的多点起爆中的多点起爆ALE 求解器结构位移结构位移压力载荷压力载荷2024/7/27添加标题添加标题5-11 储存存设备中的多点起爆中的多点起爆ALE 求解器Structures: Lagrange Gases: Euler/Equipotential2024/7/27添加标题添加标题5-12 ALE 求解器Gas Flow using Euler Gas flow using Equipotential 储存存设备中的多点起爆中的多点起爆2024/7/27添加标题添加标题5-13 舰船结用壳单元舰船结用壳单元爆
9、轰波传到船体的压力云图爆轰波传到船体的压力云图ALE 求解器水下爆炸水下爆炸对舰船的作用船的作用2024/7/27添加标题添加标题5-14 ALE 求解器轴对称模型；轴对称模型；拉格朗日方式拉格朗日方式 (默认默认)；绿色为边界条件。绿色为边界条件。泡沫材料碰撞泡沫材料碰撞刚性性墙2024/7/27添加标题添加标题5-15 ALE 求解器计算结果：计算结果：泡沫材料碰撞泡沫材料碰撞刚性性墙2024/7/27添加标题添加标题5-16 ALE 求解器ALE 方式：方式：Equal Spacing I泡沫材料碰撞泡沫材料碰撞刚性性墙2024/7/27添加标题添加标题5-17 ALE 求解器计算结果：
10、计算结果：泡沫材料碰撞泡沫材料碰撞刚性性墙2024/7/27添加标题添加标题5-18 ALE 求解器平面模型；平面模型；半径为半径为0.71cm；模型以模型以1cm/us的速度向右移的速度向右移动。动。Equally spaced (I,J) 方式方式2024/7/27添加标题添加标题5-19 ALE 求解器计算计算20 cycle结果：结果：Equally spaced (I,J) 方式方式2024/7/27添加标题添加标题5-20 ALE 求解器两个两个 1/4 模型；模型；左边模型用拉格朗日求解；左边模型用拉格朗日求解；右边模型中水和炸药用右边模型中水和炸药用ALE求解，使用求解，使用
11、Equipotetial 运动方式。运动方式。水中爆炸水中爆炸2024/7/27添加标题添加标题5-21 ALE 求解器计算结果：计算结果：拉格朗日求解导致拉格朗日求解导致网格变形太大，引网格变形太大，引起求解时间的增加，起求解时间的增加，甚至求解失败。甚至求解失败。水中爆炸水中爆炸2024/7/27添加标题添加标题5-22 ALE 求解器总结优势优势计算速度快；计算速度快；减减少耗散；少耗散；自动重分区；自动重分区；材料界面清晰；材料界面清晰；容易计算材料强度，后容易计算材料强度，后处理方便。处理方便。不足不足材料与拉格朗日一样会材料与拉格朗日一样会变形；变形；薄单元时间步长小。薄单元时间步
12、长小。2024/7/27添加标题添加标题5-23 练习流体与固体耦合；流体与固体耦合；使用使用ALE求解器求解器(二维平面问题二维平面问题)；对节点使用两种运动约束：对节点使用两种运动约束：LagrangeEquipotentialALE (2D)2024/7/27添加标题添加标题5-24 基础培训五1、ALE求解器求解器2、SPH求解器求解器3、SPH与与Lagrange作用作用2024/7/27添加标题添加标题5-25 SPH求解器欧空局开发的无网格欧空局开发的无网格 Lagrange 算法；算法；SPH 处理超高速大变形问题非处理超高速大变形问题非常有优势；常有优势；SPH在处理高速在处
13、理高速/超高速碰撞和超高速碰撞和混凝土材料的破坏时非常有效。混凝土材料的破坏时非常有效。2024/7/27添加标题添加标题5-26 SPH求解器处理连续动力学问题比较新的技术；处理连续动力学问题比较新的技术；优点：优点：没有网格变形问题没有网格变形问题 (与拉格朗日相比与拉格朗日相比)；不需要失效模型；不需要失效模型；物质界面清晰物质界面清晰 (与拉格朗日相同与拉格朗日相同)；非常有效非常有效 (仅仅材料存在的区域需要模型仅仅材料存在的区域需要模型)。 SPH 粒子与拉格朗日、壳单元和粒子与拉格朗日、壳单元和ALE联合求解。联合求解。2024/7/27添加标题添加标题5-27 SPH求解器SP
14、H使用粒子，但不是简单的质量粒子，而是差值点；使用粒子，但不是简单的质量粒子，而是差值点；使用权重函数使用权重函数 W和光滑长度和光滑长度 h。SPH 技技术其中，其中，MJ为例子为例子J的质量；的质量；WIJ为权为权重函数；重函数；X为粒子中心点的位置；为粒子中心点的位置；h为光滑长度或粒子尺寸。为光滑长度或粒子尺寸。2024/7/27添加标题添加标题5-28 SPH求解器几何模型；几何模型；材料和粒子。材料和粒子。SPH 模型生成方法模型生成方法2024/7/27添加标题添加标题5-29 SPH求解器SPH 2D生成方式：生成方式：Box CircleManualSPH 2D模型生成方法模
15、型生成方法2024/7/27添加标题添加标题5-30 SPH求解器SPH 2D模型生成方法模型生成方法SPH 2D生成方式：生成方式：Box CircleManualBoxCircleManual2024/7/27添加标题添加标题5-31 SPH求解器SPH 3D生成方式：生成方式：Box CylinderSphereSPH 3D模型生成方法模型生成方法2024/7/27添加标题添加标题5-32 SPH求解器SPH 3D生成方式：生成方式：Box CylinderSphereSPH 3D模型生成方法模型生成方法SphereCylinder2024/7/27添加标题添加标题5-33 SPH求解器
16、对于复杂的对于复杂的 SPH 模型：模型：第一步：使用拉格朗日第一步：使用拉格朗日/Fill Part 创建模型；或者可以倒创建模型；或者可以倒入入 ICEM CFD 的的 geo 模型模型文件、文件、TrueGrid 的的 zon 模模型文件。型文件。几何模型几何模型复复杂3D模型生成方法模型生成方法 2024/7/27添加标题添加标题5-34 SPH求解器复复杂3D模型生成方法模型生成方法 第二步：将建立的或倒入的模型第二步：将建立的或倒入的模型重新命名；重新命名；自动删除体，创建三角形面网格。自动删除体，创建三角形面网格。2024/7/27添加标题添加标题5-35 SPH求解器复复杂3D
17、模型生成方法模型生成方法 第三步：填充光滑粒子。第三步：填充光滑粒子。2024/7/27添加标题添加标题5-36 SPH求解器复复杂3D模型生成模型生成练习 拉格朗日拉格朗日 PartSPH Part2024/7/27添加标题添加标题5-37 SPH求解器速度边界条件的施加；速度边界条件的施加；施加方式：施加方式：区域施加和清除区域施加和清除；交互式施加和清除。交互式施加和清除。SPH边界条件界条件 通过通过X、Y和和Z(3D)的最的最小和最大的坐标围成四小和最大的坐标围成四边形或六面体边形或六面体(3D)区域区域来施加速度边界条件。来施加速度边界条件。2024/7/27添加标题添加标题5-3
18、8 SPH求解器速度边界条件的施加；速度边界条件的施加；施加方式：施加方式：区域施加和清除区域施加和清除；交互式施加和清除。交互式施加和清除。选择速度边界条件；选择速度边界条件；创建多边形区域：创建多边形区域：Alt+鼠标左键选择点；鼠标左键选择点；Shift+鼠标左键删除点；鼠标左键删除点；Control+鼠标左键确定。鼠标左键确定。SPH边界条件界条件 2024/7/27添加标题添加标题5-39 SPH求解器弹丸打丸打击陶瓷装甲板陶瓷装甲板2024/7/27添加标题添加标题5-40 SPH求解器高高 速速 碰碰 撞撞2024/7/27添加标题添加标题5-41 SPH求解器3D 高速碰撞高速
19、碰撞 垂直垂直倾斜倾斜2024/7/27添加标题添加标题5-42 Expt. UDRISPH求解器3D 高速碰撞高速碰撞2024/7/27添加标题添加标题5-43 SPH求解器SPH (3D) 例子例子2024/7/27添加标题添加标题5-44 基础培训五1、ALE求解器求解器2、SPH求解器求解器3、SPH与与Lagrange作用作用2024/7/27添加标题添加标题5-45 SPH与拉格朗日作用SPH 求解比拉格朗日代价高；求解比拉格朗日代价高；SPH 模拟要求大小一样的粒子；模拟要求大小一样的粒子；SPH 与拉格朗日作用的求解方法：将模型中低速变形的区与拉格朗日作用的求解方法：将模型中低
20、速变形的区域才用拉格朗日求解器求解，高速区域采用域才用拉格朗日求解器求解，高速区域采用SPH求解，这求解，这样求解的优点：样求解的优点：变形小的区域用拉格朗日求解准确；变形小的区域用拉格朗日求解准确；求解速度快，采用变网格速度更快。求解速度快，采用变网格速度更快。作用方式作用方式：连接和：连接和SPH与与Lagrange接触接触。2024/7/27添加标题添加标题5-46 SPH与拉格朗日作用使用使用“Box”类型，通过类型，通过“Edge packing ”方方式。式。SPH与拉格朗日与拉格朗日连接接节点与粒子连接节点与粒子连接 粒子与边中点连接粒子与边中点连接粒子与节点任意连接粒子与节点任
21、意连接2D 和和 3D2024/7/27添加标题添加标题5-47 SPH与拉格朗日作用All Simulations were run on a 600Mhz Pentium III PC under Windows 98SPH与拉格朗日与拉格朗日连接接 (2D)2024/7/27添加标题添加标题5-48 SPH与拉格朗日作用SPH与拉格朗日与拉格朗日连接接 (3D)2024/7/27添加标题添加标题5-49 SPH与拉格朗日作用弹丸和陶瓷模型用弹丸和陶瓷模型用 SPH；背面铝板模型用拉格朗日；背面铝板模型用拉格朗日；SPH/拉格朗日接触。拉格朗日接触。钢弹撞撞击靶板靶板SPH与拉格朗日接触与拉格朗日接触 (3D)2024/7/27添加标题添加标题5-50 SPH与拉格朗日作用SPH与拉格朗日、梁接触与拉格朗日、梁接触子子弹侵侵彻钢筋混凝土筋混凝土2024/7/27添加标题添加标题5-51 SPH与拉格朗日作用材材 料料 切切 割割Cutter Design #1Cutter Design #22024/7/27添加标题添加标题5-52 SPH与拉格朗日作用例子2024/7/27结束结束
