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1、2023/7/5,ANSYS AUTODYN 基础教程一,2023/7/5,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 13：3017：00,2023/7/5,基础培训一,1、
2、ANSYS 产品介绍2、AUTODYN 简介3、AUTODYN 界面4、一般问题的分析步骤,2023/7/5,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,2023/7/5,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、大应变、接触、塑性、超弹、蠕变等非线
3、性行为,2023/7/5,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,2023/7/5,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,2023/7/5,ANSYS产品介绍,热分析,ANSYS软件的主要功能
4、,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),2023/7/5,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。,2023/7/5,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
5、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),2023/7/5,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,2023/7/5,ANSYS产品介绍,耦合场分析,ANSYS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
6、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,2023/7/5,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,2023/7/5,ANSYS产品介绍,全自动六面体网格,Boeing 747by FAA,2023/7/5,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
7、力小,多学科优化,6Sigma设计,自动循环,多目标优化,2023/7/5,Workbench技术构架,2023/7/5,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,2023/7/5,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
8、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。,2023/7/5,AUTODYN行业应用,2023/7/5,blast effect on building,fragmentation warhead,hypervelocity impact,shaped charge into water,KEP penetration into concrete,hydraulic RAM,bullet impact,reinforced concrete impact,launcher stage separation,Blast-Structure
9、Interaction,AUTODYN应用实例,Explosively Formed Projectile,2023/7/5,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,2023/7/5,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。,2023/7/5,随机破片战斗部,爆轰波、破片形成,2023/7/5,随机破片战斗部,破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。,2023/7/5,随机破片战斗部,爆炸冲击波和破片对目标的毁伤,2023/7/5,全预制破
10、片战斗部,2023/7/5,聚能装药,Explosively Formed Projectile,爆炸成形侵彻体(EFP),2023/7/5,聚能装药,MEFP 战斗部,2023/7/5,聚能装药,射流战斗部(JET),2023/7/5,聚能装药,射流战斗部对目标的毁伤,2023/7/5,半穿甲战斗部,侵彻、爆轰效应,2023/7/5,穿甲战斗部,钻地弹侵彻钢筋混凝土模型,2023/7/5,穿甲战斗部,钻地弹侵彻钢筋混凝土,2023/7/5,穿甲战斗部,仿真结果与试验对比（模拟混凝土）,2023/7/5,反应装甲,爆炸式反应装甲对冲击的响应,2023/7/5,爆轰及冲击波分析,冲击波传播及结构
11、响应内弹道火箭点火、级间分离,2023/7/5,冲击波对钢筋混凝土靶的作用,Beam Reinforcement,Lagrange Concrete,2023/7/5,冲击波对钢筋混凝土靶的作用,Euler-FCT、Lagrange、Beam Coupling,2023/7/5,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,Euler-FCT、Lagrange、Shell Coupling,2023/7/5,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,2023/7/5,内弹道分析,炮膛内弹体所受到的气动载荷,2023
12、/7/5,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,2023/7/5,防护墙耐撞性分析,F-4战斗机撞击钢筋混凝土墙（厚3.66m）,2023/7/5,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),2023/7/5,管式汽车炸弹,2023/7/5,材料的碰撞响应,2023/7/5,典型的碰撞现象,2023/7/5,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
13、的求解过程根据求解器而定。,2023/7/5,材料模型,状态方程 强度模型 失效模型,2023/7/5,AUTODYN 求解器类型,LagrangeEulerALE,SPHShellBeam,2023/7/5,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 ParallelALE 2D&3D 3D ParallelShell/Membrane*2D&3D 3D ParallelBeam/Truss/Spring/Damper*3D 3D Parallel SPH 2D&3D 3D Parallel Euler-FCT 2D
14、&3D 3D Parallel Multi-Material Euler 3D 3D Parallel Fill3D*,*结构和非结构求解器*2D 用拉格朗日,2023/7/5,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,2023/7/5,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。,2023/7/5,空间
15、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。,2023/7/5,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,2023/7/5,Euler网格：基于Eulerian方法,网
16、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,2023/7/5,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,2023/7/5,Lagrange Euler ALE SPH,空间网格对比,2023/7/5,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
17、part；复制和删除多个part。Group其它实体的集合,2023/7/5,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：JoinLagrange-Lagrange作用Euler-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,2023/7/5,求解器之间的联合,2023/7/5,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,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,整体界面,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,202
18、3/7/5,文件处理,视 图,动 画,交 互,AUTODYN 用户界面,工 具 栏,2023/7/5,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,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,对视图进行平移旋转和比例操作,创建视图,视 图 面 板,2023/7/5,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,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,鼠标/键盘操作,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,新建模型和路径,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,my_ident_0.ad 第0步保存
19、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 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,2023/7/5,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 sett
20、ing_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 文 件,2023/7/5,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,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,AUTODYN 用单精度来满足求解效率
21、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,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,消息面板和命令行面板,消息面板,命令行面板,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,上下文帮助,2023/7/5,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,2023/7/5,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
22、一种或三种格式：GIFMPEGAVI,图 像 和 动 画,2023/7/5,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,交互式动画文件,2023/7/5,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,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,系 统 要 求,2023/7/5,AUTODYN 用户界面,编 译 器 要 求（用户子程序需要）,2023/7/5,熟悉菜单,练习,2023/7/5,基础培训一,1、ANSY
23、S 产品介绍2、AUTODYN 简介3、AUTODYN 界面4、一般问题的分析步骤,2023/7/5,一般问题分析步骤,第一步 设置求解类型、单位制,2D 问题,3D 问题,2023/7/5,一般问题分析步骤,第一种方式：材料库材料,第二步 定义材料,2023/7/5,一般问题分析步骤,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,2023/7/5,一般问题分析步骤,常用于对初始速度的设置,第三步 定义初始条件,2023/7/5,一般问题分析步骤,不同的求解器有相适应的边界条件,第四步 定义边界条件,2023/7/5,一般问题分析步骤,一、选择求解器二、对于 Def
24、inition 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)两种都可以；SPH 求解器在后面专门讲解。,2023/7/5,一般问题分析步骤,Part wizard 方式三步曲(形状、网格和材料),第五步 建立模型,2023/7/5,一般问题分析步骤,第五步 建立模型,Manual 方式三步曲(网格、形状和材料),2023/7/5,一般问题分析步骤,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
25、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。,2023/7/5,一般问题分析步骤,连接接触爆炸,第七步 穿甲、爆炸相关操作,连接,接触,起爆,2023/7/5,一般问题分析步骤,求解设置输出设置,第八步 求解与输出设置,2023/7/5,一般问题分析步骤,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,2023/7/5,泰勒杆碰撞试验,练习,Symmetry:2D AxialMaterial:Tantalum(library)Impact Velocity:100 m/sBoundary condition:Rigid(x-vel.limit)Cylinder length:25 mm(33 elements)Cylinder radius:3.81 mm(6 elements)Wrapup:0.06 msSave data:every 100 cycles,
