泡沫块钢球冲击模拟实例教程

本教程通过泡沫块受钢球冲击过程的仿真模拟，演示如何使用RADIOSS Block LAW70进行粘弹性材料的建模，以及如何输出冲击反力，模型如图16-25所示。本教程的要点是如何定义粘弹性材料和刚度相差很大的部件之间的接触的定义技巧。

图16-25 泡沫块钢球冲击

启动HyperMesh并加载RADIOSS求解器模板

（1）在开始菜单中选择所有程序，并选择HyperMesh。

（2）在User Profiles中，选择RADIOSS模板并选择Block100格式。

（3）打开练习文件Drop on Foam.hm。

为钢球创建材料和单元类型

（1）在页面上方的Materials下拉菜单中，选择Create。

（2）在弹出的Create material窗口的Type中选择ELASTO-PLASTIC，在Name文本框中输入material1，Card image选择为M2_PLAS_JOHNS_ZERIL，如图16-26所示。

图16-26 创建钢球的材料

（3）单击Create。

（4）在弹出的材料属性输入窗口中，按图16-27所示内容填入钢的材料参数。

图16-27 钢球材料卡片

（5）在主菜单的Properties下拉菜单中，选择Create，Properties。

（6）在弹出的单元类型输入窗口的Type中选择SURFACE，在Name文本框中输入PSHELL648，在Card image中选择P1_SHELL，如图16-28所示。

图16-28 创建钢球的Shell属性

（7）单击Create。

（8）在弹出的单元类型编辑窗口中，按图16-29所示内容，输入Shell单元的相关属性。

图16-29 钢球Shell单元属性卡片

（9）单击return，完成单元类型的创建。

为钢球创建Part信息

（1）单击工具栏中的Part按钮。

（2）在弹出的界面中，选中update。

（3）在component中选择component Sphere。

（4）在card image中选择Part。

（5）在Property中选择PSHELL648。

（6）在Material中选择material1。

（7）单击Update完成Part创建。

为泡沫材料创建材料模型

（1）在HyperMesh下拉菜单中选择Materials，并单击Create。

（2）在弹出的材料创建窗口中，创建名为Foam 50g的泡沫材料，材料类型为VISCO_- ELASTIC，Card image为MLAW70，并单击Create，如图16-30所示。

图16-30 创建泡沫材料

（3）在弹出的材料属性编辑面板下，按图16-31所示的内容填入参数。

图16-31 泡沫材料卡片

（4）要特别注意，使用MATLAW70模拟泡沫材料时，需要考虑其在不同应变率效应下的应力-应变特性。在本教程里，定义了不同应变率的曲线，在预读入的Drop on Foam.hm文件中，除了网格模型外，还包括4条曲线，如图16-32所示。

图16-32 已定义的4条曲线

其中，曲线Foam、Foam.1和Foam.2将被用于定义该泡沫材料在不同应变率条件下的应力-应变关系。

（5）在该材料属性定义面板下，分别在load_fID（n）中选择前3条曲线，并输入应变率值以及相应的曲线缩放因子，如图16-33所示。

图16-33 泡沫材料卡片曲线指定

（6）完成应力-应变关系的定义后，单击return，退出材料模型定义面板。

为泡沫块选择单元类型

（1）在HyperMesh下拉菜单中选择Properties，然后选择Create。

（2）在弹出的单元类型面板的Type中选择VOLUME，在Name文本框中填入SOLID_SM，在Card image中选择P14_SOLID，然后单击Create。如图16-34所示。

图16-34 创建泡沫块Solid属性卡

（3）按图16-35所示内容编辑实体单元卡片数据，并单击return。

图16-35 泡沫块Solid属性卡

为泡沫块创建Part信息

（1）按照中的方法，在工具栏中单击Component按钮。

（2）选中Update。

（3）在component中选择solid。

（4）在Property中选择SOLID_SM。

（5）在Material中选择Foam_50g。

（6）单击Update，完成Part信息的创建。

创建刚性墙

（1）在Analysis面板中选择rigid walls子面板，选中create单选按钮，在name文本框中输入刚性墙的名称ground，单击create后停留在这个子面板，如图16-36所示。

图16-36 创建刚性墙

（2）切换到geom，将shape切换成infinite plane，单击base node，弹出节点ID选择框，输入523后按〈Enter〉键，normal vector切换成y-axis，如图16-37所示。

图16-37 定义刚性墙的法向

（3）切换到add，在dist文本框中输入50，单击update，如图16-38所示。

(www.xing528.com)

图16-38 定义刚性墙的从节点

（4）单击review按钮，可在图形区预览刚性墙及其从节点，单击return返回。

在球体和泡棉块间定义接触

为了正确描述球体在跌落后与泡沫块间的接触过程，需要分别在球体的所有节点和泡沫块实体单元的表面间以及泡沫块的所有节点和球体表面的壳单元之间建立接触。在读入的Drop on Foam.hm文件中，已经包含了完整定义的各类set，包括钢球表面的所有节点集以及泡沫块的实体表面等。在建立接触对的过程中，只需要正确调用即可。

（1）在Analysis面板的interface面板下建立接触，将该接触对命名为sphere-foam，在type中选择TYPE7，creation method也为TYPE7，单击create，创建接触，如图16-39所示。

图16-39 创建Interface Type7

（2）然后选中add单选按钮，为该接触对添加主和从对象。将master设置为sets，单击sets按钮，在弹出的列表中选择Foam.3。单击update。

（3）将slave设置为sets，单击sets按钮，在弹出的列表中选择sphere，单击update。

（4）单击review，如果在视图区域中，模型显示切换为图16-40所示的颜色，那么即表示接触对正确建立。其中，高亮的单元和高亮的节点分别表示接触的主从关系。

图16-40 预览Interface Type7

（5）切换到card image子菜单，单击edit，进入接触对属性设置面板，按图16-41所示的内容填入相关参数。

图16-41 编辑Interface Type7卡片

（6）不退出interface面板，再创建名为sphere-foam.1的接触对，其接触类型为TYPE7。

（7）进入add子菜单，为该接触对添加主从对象。

（8）将master设置为sets，单击sets按钮，在弹出的列表中选择sphere.4，然后单击update。

（9）将slave设置为sets，单击sets按钮，在弹出的列表中选择Foam，然后单击update。

（10）单击review，视图区域中显示的接触对信息应与步骤（4）中建立的接触对相反，如图16-42所示。

图16-42 预览定义的对称接触

（11）切换到card image子菜单，单击edit，采用与步骤（5）相同的方法设置接触对sphere-foam.1的卡片。

为球体的刚心创建约束

（1）在Utility面板下，选择BC’s Manager。

（2）在Name文本框中输入sphere。

（3）在Select Type中选择Boundary Condition。

（4）将GRNOD的选择对象设置为GRNOD（set）并单击，选择对象为sphere_2。

（5）在Boundary Condition components中，选中Tx、Tz、Rx、Ry、Rz。保留Ty不选中。

（6）其他参数保持不变。

（7）单击Create，在模型中建立了球体刚心的约束。要求该球体的刚心只能沿平行于Y轴的方向运动。

创建重力载荷

（1）继续停留在BC’s Manage面板中。

（2）在Name文本框中输入sphere.1。

（3）在Select Type中选择Gravity Load。

（4）将GRNOD的选择对象设置为GRNOD（set）并单击，选择对象为sphere_1.2。

（5）将载荷的方向设置为Y轴，并在Scale Y中输入7.0（这里定义了7g的加速度）。

（6）单击Create。

（7）在模型中，建立了钢球的重力载荷。分析开始后，钢球将在重力的作用下，沿平行于Y轴的方向进行自由落体运动。

求解控制卡片定义

（1）进入Analysis面板的control crad子面板。

（2）在MemoryReq卡片中的NMOTS文本框中输入25000，在REAL文本框中输入0。

（3）在SPMD卡片的DOMDEC中选择0，在Nproc文本框中输入0，在Dkword文本框中输入0。

（4）在IOFLAG卡片中，除了OUTYY设置为2外，其他全部设置为0。

（5）在AnalysisFlag卡片中，将N2D3D、IPARITH、ISUBCYC全部设置为0。

（6）在SolidDefault中，设置Isolid和Ismstr为0。

（7）在ShellDefault中，将Ish3n设置为1，其他参数全部设置为0。

输出定义

（1）在Output Block中，创建名为solid的卡片。

（2）在group中，选择sphere-foam。

（3）单击create。

（4）在NUM_VARIABLES中选择1，在VAR文本框中输入DEF。

（5）单击return。

（6）回到Output Block界面中，创建名为new_rwall_plane的卡片。

（7）在groups中，选择刚性墙ground。

（8）单击create。

（9）在NUM_VARIABLES中选择1，在VAR文本框中输入DEF。

（10）单击return回到上级菜单，完成Output Block的定义。

输出求解文件

（1）在HyperMesh的求解器文件输出功能中，输出名为Foam的RADIOSS Block求解文件，选中Export Engine File。事实上Engine File的内容将在下面的步骤中手工编辑完成。

（2）可以看到，在工作文件夹下生成了名为FOAM_00_0000的Starter File和名为FOAM_00_0001的Engine File。此时，Engine File中还不包含任何内容。

（3）使用文本编辑器，打开该Engine File，编辑文件使其为下列内容：

使用HyperView查看结果

（1）求解完成后，在HyperView里查看结果，作剖切视图，并观察动画，如图16-43所示。

图16-43 剖切的位移云图

（2）求解完成后，在HyperView里使用HyperGraph2D打开T01时间历程数据，查看地面（刚性墙）受力曲线，结果如图16-44所示。

图16-44 地面（刚性墙）受力时间历程曲线