В предыдущей статье я изложил первые шесть шагов, необходимых для создания надежных, быстрых и точных моделей для динамических расчётов в явной постановке (Explicit Dynamics). В этой статье я представлю следующие четыре шага. Хочу обратить ваше внимание на то, что описанные шаги являются довольно общими и применимы практически ко всем динамическим расчётам в явной постановке. Однако в особых случаях, возможно, будут необходимы дополнительные настройки. Например, для расчёта взрывного процесса может быть задана расчётная область в постановке Эйлера для моделирования непосредственно взрыва, а затем включены специальные механизмы связанных расчётов для моделирования взаимодействия детонационных газов и твердых тел.

Пошаговое изложение ключевых аспектов создания моделей для расчёта динамических задач в явной постановке (модули Explicit Dynamics):

7. Создайте сетку.

1. Создайте сетку с относительно равномерным распределением размеров элементов. Зоны модели с очень мелкой сеткой приведут к увеличению времени расчета за счет уменьшения потребного шага по времени. На рисунке 1, приведенном выше, показано сравнение предпочтительных сеток для моделей в явной (explicit) и неявной (implicit) постановках расчёта. В динамическом расчёте высокоэнергетических процессов за счёт перемещения и взаимодействия волн колебаний максимальные напряжения могут возникать практически в любом месте, так что для расчёта в явной постановке наличие мелкой сетки в местах скруглений не представляет большой важности.
   Некоторые инструменты создания сетки в ANSYS Workbench/LS-Dyna, такие как виртуальная топология (virtual topology) и построение сетки с упрощением геометрии (defeaturing), предоставляют возможности для создания сетки без жесткой привязки к геометрическим элементам. Это значит, что сетка не должна совпадать с границами геометрических поверхностей. Ниже на рисунке 2 показан пример, где созданная по умолчанию сетка содержит очень мелкие элементы на узких поверхностях, присутствующих в показанной слева геометрической модели. Относительно равномерная сетка (нижний рисунок справа) значительно предпочтительнее, поскольку она позволяет существенно сократить время расчета за счет увеличения шага по времени.
    

   

   Рисунок 2 – Сетка, созданная по умолчанию, (справа вверху) и более предпочтительная сетка, созданная с помощью виртуальной топологии (справа внизу) – обе созданы на одной и той же геометрии, содержащей узкие грани

    
2.  Используйте как можно больше гексагональных элементов. Элементы в форме тетраэдров не только существенно увеличивают размер модели, но и, как правило, значительно уменьшают потребный шаг по времени.

8. Задайте начальные условия, нагрузки и граничные условия.

1. Задайте начальные условия, такие как начальные скорости поступательного и вращательного движения.
2. Используйте гладкие кривые изменения нагрузки (например, синусоидальный закон) – это помогает сгладить ударные эффекты.
3. Перед запуском решения выведите список и/или выведите графики изменения нагрузок для проверки.
4. Для квазистатических расчётов используйте большую скорость и редуцированный расчёт (reduced transient analysis), чтобы уменьшить время расчета. Более подробную информацию о квазистатическом расчёте вы можете найти в моей статье под названием «Чем может помочь решатель для задач в явной постановке в сложных нелинейных статических расчётах?» (How Can Explicit Solvers Help With Stubborn Nonlinear Statics Models?)

9. Создайте и отобразите контактные взаимодействия.

1. a) Для оболочечных моделей предпочтительнее выбирать те типы контактов, которые позволяют определять статус контакта на обеих сторонах оболочки. К ним относятся автоматические типы контактов в LS-Dyna.
2. b) Не забудьте включить в контактные пары все поверхности, по которым может возникнуть контакт.
3. c) При необходимости используйте тип контакта, который поддерживает контактное взаимодействие при самокасании поверхности. Это может понадобиться при смятии конструкции, что часто возникает при расчёте удара автомобиля или моделировании технологических процессов обработки металлов давлением. На рисунке 3 показан пример такого деформирования – сжатие швеллера.
4. d) По возможности избегайте начального проникновения. Оно может создавать ложные напряжения, погрешности в определении энергии, а также приводить к нежелательным искажениям геометрии оболочки.
    

   

   Рисунок 3 – Смятие швеллера с зоной самоконтакта

    

10. Задайте настройки решателя и запустите расчет.

1. Укажите время переходного процесса.
2. Укажите периодичность вывода результатов. Необходимо использовать достаточное количество точек для того, чтобы были зафиксированы результаты в важные моменты времени, но излишне большое количество точек может привести к переизбытку данных.
   По возможности получайте данные с мелким шагом по времени только для совокупности узлов и элементов в важных и интересующих вас зонах.
3. Запросите вывод таких результатов, как энергия в модели в целом и в каждой детали, силы реакции и силы контактного взаимодействия. Вывод результатов по энергиям является критически важным с точки зрения проверки ошибок. Например, если энергия, соответствующая нефизичному характеру деформирования типа «песочные часы» (hourglass energy), очень высока, то есть на это деформирование уходит существенная доля общей энергии, это говорит о том, что необходимо уделить особое внимание специальным моделям для устранения этого эффекта. Кроме того, сумма первоначальной энергии и работы внешних сил всегда должна быть примерно равна полной энергии системы в любой момент времени.
4. Разумно используйте массовое масштабирование (mass scaling). Массовое масштабирование – это надежный и проверенный метод для сокращения времени квазистатических расчётов, где скорость процесса мала, а кинетическая энергия пренебрежима в сравнении с энергией деформирования. При грамотном применении в определенных случаях его также можно применять для динамических расчетов. Больше информации о массовом масштабировании вы можете найти в моей статье под названием «Что такое массовое масштабирование, и когда его уместно применять для динамических расчётов в явной постановке?» (What is Mass Scaling and When is it Appropriate in Explicit Dynamics Analysis?)

Теперь у вас есть полный список шагов, необходимых для создания надежных, быстрых и точных моделей для динамических расчётов в явной постановке (Explicit Dynamics). Я попытался представить дополнительные подробности для шагов, которые специфичны для расчётов явной динамики. Надеюсь, это описание поможет для первоначального знакомства или для развития ваших навыков в этом типе расчётов.

Источник: https://caeai.com/blog/top-ten-list-explicit-dynamics-analysis-part-2
Автор: Steven Hale

ВОЗМОЖНО ЭТО ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ:

Десять основных шагов расчета динамических задач в явной постановке. Часть первая.

На протяжении своей карьеры я преподавал несколько курсов по расчёту динамических задач в явной постановке