低速冲击作用下LS-DYNA软件中CSCM混凝土材料模型比较研究

CSCM模型是一种弹塑性损伤模型,在模拟混凝土的复杂力学行为方面具有显著优势。本文对低速冲击作用下LS-DYNA软件中的CSCM混凝土材料模型进行了比较研究,介绍了Fujikake等人的落锤试验,基于CSCM模型进行了冲击试验模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比,以期为相关人员提供有益参考。

基于LS-DYNA的某打桩锤机械冲击系统性能仿真

在打桩作业中,机械冲击系统会产生周期性冲击载荷,每一次冲击均产生较大应力,冲击动力特性的研究显得尤为重要。本研究基于ANSYS LS-DYNA软件,建立了打桩锤冲击系统的有限元模型,研究了不同冲击能量下对砧座应力、桩端位移和冲击力大小的影响;研究结果表明:砧座应力集中于上接触面及其圆角处,最大应力达到360.361MPa,能量传递效率为91.86%;最大冲击力和应力与锤芯速度呈线性关系。本研究结果对冲击系统结构设计优化具有重要的指导意义。

基于LS-DYNA的冰材料模型二次开发及重叠冰应用

利用LS-DYNA材料库开发了一种适用于极地海冰的材料模型,该模型基于粘弹-塑性本构关系,采用Drucker-Prager模型作为海冰的屈服准则,同时可计及应变率对海冰材料失效的影响.通过圆台型冰破坏的仿真计算,验证了该材料模型的合理性;将模型用于重叠冰单轴压缩破坏的模拟,结果表明数值模拟的重叠冰破坏现象及冰载荷均与试验结果吻合良好,该模型可用于重叠冰的模拟.

基于ANSYS LS-DYNA水下爆破阻波帘的设计与研究

水下爆破试验危险性大、成本高,在实验室进行相关试验项目对设备和场地的要求非常严格,每次试验都要按照相关程序进行审批。针对目前爆破试验程序繁琐及等待周期长等现状,以水下爆破防护为研究对象,应用碰撞振动仿真技术设计水下爆破阻波帘,使设计的产品在尽可能少的水下试验次数下达到满意的效果。采用ANSYS LS-DYNA模块,使用不同材料做成的阻波帘进行防护仿真。在距爆炸点5 m,压强为7.5 MPa的位置进行数据采集,对比分析帆布阻波帘与其他5种不同材料的阻波帘的爆轰波减小系数。仿真结果表明,阻波性能从高到低排序为:空气泡、多孔铝板、汽车轮胎、泡沫塑料、石棉布。其中空气泡的阻波帘,在1 kg TNT当量工况条件下,距爆炸点5 m,压强为0.22 MPa处,压强降低率达到97%,防护效果最好。

基于ANSYS Workbench/Ls-Dyna的锤片—菌草粉碎系统的功耗模型分析

为了解决锤片式粉碎机在粉碎菌草过程中效率低、耗能高等问题,对菌草的粉碎过程以及功耗变化情况进行研究,设计了一种新型锤片,并利用ANSYS Workbench/Ls-Dyna对锤片与菌草的碰撞粉碎过程进行了数值仿真分析.以转速、斜面倾角以及茎秆直径为影响因素,以最大碰撞力和平均功率为试验指标进行单因素试验,确定各个因素的取值范围;通过多因素试验得到最大碰撞力以及平均功率的回归模型,在茎秆直径为22 mm的条件下以最小平均功率为主要优化目标,以最大碰撞力为次要目标得到最佳参数,即转速2623.18 r·min^(-1),斜面倾角7.12°,在此参数条件下,最大碰撞力95.37 N,平均功率165.15 W.

基于ANSYS/LS-DYNA的镁合金材料某无人机滑橇式起落架的跌落分析

【目的】铝合金起落架在使用过程中,由于其具有质量高的特点会给无人机带来很多不必要的动能损耗。【方法】课题组以某型号的植保无人机为研究对象,通过制作材料的平替和优化结构设计,使其达到使用要求。对无人机起落架进行UG设计建模以及ANSYS有限元分析,得到起落架对应的应力云图和变形云图。材料平替过程中,质量由铝合金的0.86kg下降到了稀土镁合金的0.68 kg,质量降低0.18 kg。【结果】通过LS-DYNA跌落仿真结果可知,最大变形为7.416 mm,最大应力为196.46 MPa,低于材料屈服强度极限,满足强度要求,且跌落速度对起落架的变形影响更大,可以为同类型产品设计提供思路。【结论】1)通过替换镁合金材料作为起落架制作材料,对比铝合金质量减轻了20.9%。2)通过建立滑橇式起落架落震仿真模型,并通过输入合理的材料应力-应变曲线符合起落架着陆过程中的实际情况,准确模拟了起落架的落震试验过程。3)通过仿真计算分析,发现其速度对跌落过程中起落架的变形影响远大于起落架承担载荷多少的影响。研究结果对后续起落架的设计和优化具有较大的工程实际应用价值。

基于LS-DYNA的甘蔗收获机压蔗辊影响研究

为减轻甘蔗收获过程中甘蔗损伤并提高甘蔗收获机收获效率,本文基于有限元方法,分析了甘蔗收获机收获过程中压蔗辊对甘蔗损伤情况,通过对甘蔗收获机切割区域的应力分析表明,切割点和甘蔗-土壤界面有不同的应力表现。甘蔗收获机不带压蔗辊时,甘蔗在切割过程中发生不规则运动导致甘蔗间应力大于其屈服极限极易发生折断导致切割不完整。而压蔗辊可以显著降低甘蔗-土壤界面的应力,减少甘蔗间的运动,提高甘蔗切割质量。

基于ANSYS/LS-DYNA的防凌减灾微差爆破数值模拟

为研究水下爆炸载荷对冰凌的破碎效果及二维双孔微差爆破冰体的损伤裂隙,结合黑龙江呼玛段实际冰水情,运用LS-PREPOST程序系统进行了数据后处理,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了冰体爆破损伤裂隙发展情况与冰凌破碎过程。结果表明:合理延期时间下,随双孔爆破时间增长冰盖爆破面积逐渐变大,在40~45 ms时,冰层裂隙已基本不再扩展,冰层中爆炸冲击波已退化为弱波;受有效应力影响,冰盖形成明显的粉碎区和裂隙区,冰体产生径向裂纹和环向裂纹;爆破坑半径误差在8.4%以内,精度略有提高,验证了误差公式的准确性。

基于Ansys Workbench LS-DYNA的预控破片战斗部成形与飞散特性分析

为了研究预控破片战斗部壳体膨胀破碎后破片群的运动规律,利用Ansys Workbench LS-DYNA有限元软件模块对某型杀伤战斗部壳体爆炸成形和飞散过程进行了仿真分析,得到了战斗部破片群的最大速度为1 323 m/s,破片速度主要集中在1 125 m/s~1 250 m/s之间;单个破片的设计质量为1.4 g,形成破片群后破片质量主要集中在1.1 g~1.3 g之间,破片群质量损失为18.35%;破片群形成后测得静态飞散角为70°。仿真结果表明,破片群中破片的最大速度较改进后的Gurney理论公式计算结果偏低了9.32%,但误差在允许范围之内。同时,其他仿真结果数据也为进一步研究预控破片战斗部提供了理论依据。

基于LS-DYNA动力电池包底部球击失效分析

汽车行驶过程中动力电池包底面受到向上的挤压或撞击极容易造成电池安全风险,通过先进的仿真手段,准确地计算电池变形程度对评估电池的安全健康状态意义重大,而考虑材料失效模型是提高仿真精度的关键。基于GISSMO材料断裂准则,采用LS-DYNA软件进行有限元分析建立实验数值模型,对标单项拉伸等实验,获得应力三轴度与失效应变关系参数,同时优化累积损伤参数以考虑累积损伤因素的影响。基于优化后的材料本构模型进行底部球击仿真模拟分析,开展底部球击实验测试,通过对比分析发现,采用GISSMO材料失效本构模型进行底部球击仿真模拟分析,挤压力与位移曲线基本吻合,失效时间点的预测误差低于17.9%,材料裂纹形式、失效时间点、位置及区域均满足实验精度要求。证明本文研究所得的基于GISSMO材料断裂准则失效计算模型,可以用于LS-DYNA软件预测动力电池包动力学分析中裂纹产生、材料失效问题。

基于LS-DYNA的墩柱碰撞动力响应仿真分析研究

为研究山区桥梁墩柱遭受落石撞击的力学性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件建立墩柱撞击有限元分析模型,通过分析撞击点处材料单元的速度、应力时程结果以及墩底最大主应力云图损坏情况,得出碰撞过程中墩柱在冲击荷载作用下的响应及规律。分析结果表明:撞击荷载作用初期,墩柱混凝土材料迅速开裂,撞击点处材料运动速度与撞击体基本一致;碰撞初期能量较大,材料失效过程短,通过耗能装置可以在一定程度上降低碰撞破坏的程度;墩柱顶部与底部在碰撞前期呈现一侧受拉,一侧受压状态,且受拉面存在一定的开裂趋势,在进行墩柱防护措施时,墩顶、底防护需予以一定的重视。

基于LS-DYNA的智能植保车喷雾仿真分析

本文运用SPACECLAIM、HYPERMESH和LS-PREPOST软件建立了智能植保车喷雾仿真模型,基于LS-DYNA求解器对仿真模型进行求解,对喷雾形成过程进行分析,解决了计算流体动力学方法求解喷雾过程时间长、计算资源消耗大的问题。同时,智能植保车喷雾仿真与物理试验结果相一致,间接说明了该方法的可行性,验证了仿真的有效性,从而为进一步研究智能植保车的喷雾机理以及优化喷雾参数提供了理论支持。

基于液电效应的高压电脉冲岩体致裂特征及机理

基于液电效应的高压电脉冲致裂技术是一种新型的岩体致裂技术,具有安全高效、绿色环保、能量可控等特点,在煤矿井下围岩应力调控方面拥有广阔的应用前景。由于井下岩体往往处在较为复杂的应力环境,为深入研究该技术在井下不同围岩应力环境下对坚硬岩体的致裂效果,通过LS-DYNA软件对基于RHT损伤本构模型建立的岩石试样进行高压电脉冲岩体致裂数值模拟试验,对岩体内部的损伤和有效应力演化过程进行采集,分析岩体的致裂特征及其裂缝扩展机理,通过数值模拟弥补在室内试验中因放电过程快、电磁干扰大而导致的致裂过程中岩体内部难以有效监测的问题。利用自主研发的高压电脉冲岩体致裂试验平台,开展了不同围岩应力条件下的高压电脉冲岩体致裂试验,通过获得的岩体表面破裂特征验证数值模拟结果的可靠性。获得以下结论:①基于RHT本构模型建立了LS-DYNA高压电脉冲岩体致裂数值模型,根据炸药爆破与高压电脉冲的能量等效关系,构建了高压电脉冲数值模拟等效参数。通过实验室试验与数值模拟结果进行对比,验证了数值模型与等效参数的可靠性;②对试样上表面裂纹扩展情况进行分析,发现裂纹会向最大压初始应力方向偏转。在此过程中,裂纹总长度先是逐渐减小。当所有裂纹与最大初始压应力夹角均小于45°时,裂纹总长度开始逐渐增大;③通过数值模拟,发现在致裂初期,高压电脉冲放电产生的动态应力远大于围岩应力,对试样的破坏起主导作用。随着动态应力在传播过程中的快速衰减,初始围岩应力与动态应力的大小逐渐接近,并最终由初始围岩应力主导裂纹的萌生与扩展。研究结果表明,围岩应力是决定岩体裂缝发育和扩展特征的重要因素,特别是对裂缝的扩展方向有显著影响,在采用高压电脉冲致裂技术对深部岩体进行致裂时,应考虑岩体所处应力状态,科学制定致裂方案,以实现对岩体的高效致裂。

基于LS-DYNA仿真的汽车滑移门平顺性优化设计

目前主流的MPV车型,侧门采用滑移门结构是主流配置,滑移门频繁开闭过程中,常出现滚轮与导轨磨损严重、滑动不平顺等品质问题,严重影响客户的使用感知。为了在新车型开发前期能快速地提升滑移门的开关门平顺性品质,该文运用多体动力学理论和有限元仿真优化分析,对某MPV车型滑移门进行优化设计。对车门内外板等部件进行刚性化处理,对滑移门导轨、滚轮及滑轮臂等部件进行柔性化处理,建立滑移门刚柔耦合多体动力学模型。根据有限元模型求解分析,提取滚轮与导轨的接触力及质心加速度等关键指标,评估滑移门开闭过程的动力学特性,基于导轨结构及其倾角优化,提出设计改进方案,揭示影响滑移门平顺性的关键设计要素,以提升滑移门平顺性品质。

基于LS-DYNA的儿童座椅角度对Q3假人伤害分析

文章为解决新车型开发过程中后向安装儿童座椅靠背角度最优设置问题,通过分析某车型实车碰撞试验数据,基于LS-DYNA碰撞仿真分析软件对实车进行对标后,优化分析某两款儿童座椅靠背角度对Q3儿童假人的伤害影响,来阐述不同儿童座椅倾斜角度对儿童乘员的保护情况,为新车型儿童约束系统开发提供参考依据。结果表明:正面100%重叠刚性壁障碰撞试验(FRB)碰撞工况中,儿童座椅靠背倾斜角度,随着倾斜程度的减小,假人伤害总体呈现出逐渐减小的趋势。该研究为整车碰撞动态儿童保护评价,选定儿童座椅安装倾斜角度提供借鉴。

预裂缝宽度对爆破效果影响研究

采用LS-DYNA软件建立数值模型,模拟分析了预裂缝宽度分别为3 cm和5 cm时对爆破效果的影响。结果表明,预裂缝越宽,减振效果越好,相差比例最高可达46%。选择不同孔径预裂爆破进行现场爆破振动监测试验,验证了数值模拟所得规律的正确性。预裂爆破参数的选取需结合现场实际工况和周围建(构)筑物的保护进行综合分析。

极地冰撞载荷作用下船体典型箱型结构极限强度分析方法研究

船舶在极地航行的过程中船体可能受到冰载荷的撞击,北极地区海域的温度最低可达-68℃,因此航行于极地的船舶将面临严重的冰载荷环境和低温环境.由于船体结构是典型的加筋板组合的变截面箱型梁结构,故将船体模型简化为箱型梁模型.基于LS-DYNA对箱型梁-冰碰撞的收敛性分析,在不同温度下对箱型梁-冰碰撞进行非线性有限元数值仿真,得到不同低温下箱型梁结构在冰载荷作用下的极限强度.引入冰厚、速度等敏感性参数,得到一般结论,箱型梁的极限强度随着温度的降低而升高,随着冰厚、温度的增大而增大.研究结果对低温下箱型梁-冰在碰撞的极限强度研究具有一定意义,为极地船舶船体结构的设计提供参考.

新型射孔动态仿真模拟及适用性评价

射孔完井技术的发展与完善对油气田的高效测试和开采具有重要的现实意义和实用价值。但低渗透储层(如低渗煤层)采用常规聚能射孔完井时,存在压实损坏带,导致渗流阻力大、产能降低等问题。为改善低渗透储层的开发效果,提出了自清洁、后效体等新型射孔技术,但其射孔效果、适用性等问题尚不明确。基于LS-DYNA的显示时间积分算法及流固耦合机理,形成地层-水泥环-套管-射孔弹动态射孔有限元模型建立方法,制定了不同射孔技术条件下动态射孔数值模拟方案,建立了不同射孔技术的有限元模型,并开展了不同射孔技术动态射孔仿真模拟研究,基于数值模拟研究结果,对2种射孔技术的适用性进行了分析研究。结果表明:自清洁和后效体射孔较常规射孔孔深有所下降,但孔径较常规射孔扩大15%左右。孔深和孔径与抗压强度、弹性模量、围压成反比,与孔隙率成正比,负压对单一射孔效果的影响较小。针对中孔低渗、低孔低渗油气藏,自清洁、后效体射孔技术孔道容积较常规分别增大9.55%、12.23%左右,射孔效果突出。上述研究结果可为自清洁与后效体射孔技术的设计与应用提供理论支撑,对两种射孔技术的发展及其对低渗储层(如低渗煤层)油气井的增产有着重要的意义。

环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术研究

为解决环境敏感区丹江小三峡特大桥3、4#桥基场平爆破施工难题,研究采用理论计算、试验分析等方式,探究了现场凿岩爆破危险因素的影响,并进一步提出了控制措施。研究结果表明,在景区溶洞及邻近水源保护的敏感环境下,爆破振动与抛掷飞石依旧是爆破作业的主要风险因素,通过采取数码雷管布设孔内分段延时爆破、机械辅助调整抛掷作业面,可有效降低爆破风险因素影响;同时,现场应加强场内弃渣、警戒公告等施工组织管理,避免爆渣污染丹江口水源、景区及航运流动人群受扰动等情况发生。研究从风险分析、设计优化、施工管理等方面总结形成了环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术,为类似环境项目提供施工借鉴。

爆破振动组合降振方法的减震效果研究

为分析预裂爆破+减震沟组合降振方法的降振效果,首先运用LS-DYNA软件分别对单一预裂爆破和预裂爆破+减震沟组合降振方法进行数值模拟,得出预裂爆破+减震沟组合比单一预裂爆破降振效果更好,相差比例最大可达61%;然后进行爆破振动现场监测试验,论证了数值模拟结论的正确性;最后得出结论,认为预裂爆破+减震沟组合降振效果更好,降振方法的选取应结合地质条件、实际工况和周围被保护对象的要求进行综合分析。