1、第九章 LS-DYNA动力学分析第四节 LS-DYNA范例解析炸药在土壤内部爆炸分析1问题描述如图9-1所示，条形炸药设置在混凝土板下方一定距离处的土壤介质中，引爆炸药，试分析条形炸药爆炸后土壤的鼓包运动及混凝土板的运动过程。图9-1炸药与混凝土板的位置示意图2建模数值模型由炸药、土壤层、空气和混凝土板4部分组成，其中炸药、土壤和空气3种材料采用欧拉网格建模，单元使用多物质ALE算法，混凝土板采用拉格朗日网格建模，混凝土板与空气和土壤材料间采用耦合算法。由于是条形炸药，在中心线起爆条件下，不考虑端部效应时，可以将模型简化成平面对称问题。为了方便建模，采用单层实体网格建模。数值模型采用cm-g-
2、?s单位制，具体模型尺寸见图9-2所示。3分析步骤（1）进入ANSYS界面1）启动ANSYS，弹出ANSYS12.0 Launcher窗口。2）在Launcher对话框的Simulation Environment下拉列表框中选择ANSYS，在License下拉列表框中选择ANSYS/LS-DYNA。图9-2模型尺寸图/mm3）在File Management对话框的Working Directory文本框中输入E:explosion_undergro-und作为工作目录（假设工作目录为E盘），在Job Name文本框中输入explosion_underground作为工作文件名，其他选项用默
3、认值。单击Run按钮，运行ANSYS程序，进入ANSYS的操作界面。（2）选择单元类型1）选择菜单Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。2）单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框，在Library of Element Types下拉列表中选择LS-DYNA Explicit和3D SOLID164，单击OK按钮关闭对话框。3）单击Element Types对话框上的Close按钮，关闭对话框。（3）定义材料性能参数1）选择菜单Main Menu：Prep
4、rocessorMaterial PropsMaterial Models命令，弹出Define Material Model Behavior对话框。2）选择菜单LS-DYNAEquation of StateGruneisenNull命令，弹出Null Properties for Material Number 1对话框。在文本框中，输入以下数据：DENS=0.99821；C=1.647；S1=1.921；S2=-0.096；GAMAO=0.35。其余选项采用默认值。输入完成后单击OK按钮关闭对话框。3）在Define Material Model Behavior对话框中单击Mater
5、ialNew Model命令，弹出Define Material ID对话框，在文本框中输入2，单击OK按钮关闭对话框。4）选择菜单LS-DYNANonlinearInelasticKinematic HardeningPlastic Kinematic命令，弹出Plastic Kinematic Properties for Material Number 2对话框，在文本框中输入材料本构参数（由于ANSYS前处理所带的材料模型中没有我们所需要的土壤模型，暂用随动硬化塑性材料模型代替，后面将在K文件中对材料模型参数进行修改），单击OK按钮关闭对话框。5）在Define Material Mo
6、del Behavior对话框中单击MaterialNew Model命令，弹出Define Material ID对话框，在文本框中输入3，单击OK按钮关闭对话框。6）选择菜单LS-DYNAEquation of StaticGruneisenNull命令，弹出Null Properties for Material Number 3对话框。在文本框中，输入以下数据：DENS=0.001252；C=0.03437； GAMAO=1.4。其余选项采用默认值，输入完成后单击OK按钮关闭对话框。7）在Define Material Model Behavior对话框中单击MaterialNew M
7、odel命令，出现Define Material ID对话框，在文本框中输入4，单击OK按钮关闭对话框。8）选择菜单LS-DYNANonlinearInelasticKinematic HardeningPlastic Kinematic命令，弹出Plastic Kinematic Properties for Material Number 4对话框，在文本框中输入以下数据：DENS=2.65；EX=40；NUXY=0.3；Yield Stress=1.0E-03；Tangent Modulus=4.0E-02；Hardening Parm=0.5；Failure Strain=0.8。其余
8、选项采用默认值，输入完成后单击OK按钮关闭对话框。9）在Define Material Model Behavior对话框中选择MaterialExit命令，关闭对话框。此时共定义了4种材料。（4）创建几何模型、划分网格1）选择菜单Utility Menu:WorkPlaneChange Active CS toWorking Plane命令。2）选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions命令，弹出Create Block by Dimensions对话框，输入模型体（包括炸药、土壤和空气域）的坐标，如图9
9、-3所示。图9-3 Create Block by Dimensions对话框3）选择菜单Utility Menu:WorkPlaneOffset WP by Increments命令，弹出Offset WP面板，将按钮 下方的角度设置滑动条移到最右，滑动条上方的数值变为90，单击按钮 ，将视窗中的工作平面坐标绕X轴旋转90度。4）在Offset WP面板中的X，Y，Z Offsets文本框中输入0，0，-6，单击Apply按钮，工作平面向Z轴负向移动6cm。5）选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolu by Wrk
10、Plane命令，弹出Divide Vol by Wrk拾取菜单，拾取视图中的体，单击OK按钮，分割体。6）按照步骤4）和步骤5）的方法分别将工作平面移至全局坐标点的（0，6，0）和（0，78，0），对体进行分割。7）将工作平面沿WX方向平移6cm，单击Offset WP对话框中的 ，工作平面绕WY轴旋转90度，选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolu by WrkPlane命令，在弹出的Divide Vol by Wr拾取菜单面板中单击Pick All按钮，将视图中的4个体分割为8个体。8）选择菜单Utility M
11、enu:WorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian命令，使工作平面与全局坐标系重合。9）选择菜单Main Menu：PreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions命令，在弹出Create Block by Dimensions文本框中输入混凝土板模型体的坐标，如图9-4所示。图9-4混凝土板的模型尺寸10）创建完成后的实体全模型如图9-5所示。图9-5 实体全模型示意图（5）划分网格1）选择菜单Main Menu：PreprocessorMeshingMeshTool命令，弹出MeshTool对话框，单击
12、Elements Attributes选择栏下侧的Set按钮，弹出Meshing Attributes对话框，在TYPE下拉列表框中选择1 SOLID164，在MAT下拉列表框中选择1，其他栏用默认值，单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。2）选择菜单Utility Menu:SelectEntities.命令，弹出Select Entities对话框，将选项依次设置为Volumes、By Num/Pick、From Full，单击Apply按钮，拾取炸药、土壤和空气域的体。3）将Select Entities对话框中的选项依次设置成Areas、Attached to 、Volumes、From
13、 Full，单击Apply按钮。改变Select Entities对话框中的设置，依次设置为Lines、Attached to、Areas、From Full，单击Apply按钮后，再单击Plot按钮。4）在Mesh Tool对话框中，单击Lines右侧的Set按钮，弹出Element Size on拾取菜单，单击Pick All按钮，在弹出的对话框的SIZE文本框中输入1.5（即指定单元长度为1.5cm），单击OK按钮，确认选择。5）在MeshTool对话框Mesh右侧的下拉列表框中选定Volumes，并选取Shape选项的Hex和Mapped两个按钮。单击Mesh按钮，弹出Mesh Vol
14、umes拾取菜单，拾取视图中的炸药体，如图9-6所示，单击OK按钮，对炸药体进行映射网格划分。图9-6炸药域放大6）用上述同样方法改变MAT号分别对图9-7和图9-8中的体进行映射网格划分。图9-7土壤域图9-8空气域7）依次单击Select Entities对话框中的Invert、Plot按钮，视图中显示出混凝土板的轮廓线图。8）在Mesh Toll对话框中，单击Lines右侧的Set按钮，弹出Element Size on拾取菜单，单击Pick All按钮，在弹出的对话框的SIZE文本框中输入2（即指定单元长度为2cm），单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。9）设置MAT为4，对混凝土板进
15、行映射网格划分。10）选择菜单Utility Menu:SelectEverything命令，然后选择Utility Menu:PlotElements命令，视图中显示所有材料模型的有限元网格（由于混凝土板的网格与空气网格叠加在一起，看上去好像只有一种颜色），如图9-9所示。图9-9模型网格（局部）（6）创建PART选择菜单Main Menu：PreprocessorLS-DYNA OptionsParts Options命令，弹出Parts Data Writen for LS-DYNA对话框。在Options选项组中激活Create all parts单选按钮，弹出图9-10所示的PART信息框。检查对话框中所有的PART定义是否正确，如有定义错误，需要重新划分网格，并用Updata parts选项更新PART定义，直至PART定义正确为止。图9-10EDPART Command对话框（7）施加约束1）选择菜单Main Menu：PreprocessorLS-DYNA OptionsConstraintsApplyOn Areas命令，弹出Apply U，ROT on拾取菜单。拾取如图9-11中所有法线方向与Z轴方向相一致的18个面，单击OK按钮，弹出Apply U，ROT