第十五章 隐式-显式顺序求解

在第十四章中，Explicit-to-Implicit Sequential Solution， 我们解释了怎样用显式-隐式顺序求解来分析金属成型过程中的回弹问题。本章讨论另一种顺序求解，隐式-显式连续求解。它有两种类型：第一种类型，包括执行ANSYS隐式结构分析后，执行ANSYS/LS-DYNA显动态分析，主要用于在分析的瞬态阶段之前施加预载荷（如果预载荷包括热应变，那么隐式结构分析需要包括来自隐式热传递分析的温度。）第二种类型是热-显式顺序求解，这其中隐式阶段是一个ANSYS热分析。这些类型对于模拟与温度有关的现象（如锻造）是非常有用的。

15.1预载荷结构的隐式-显式顺序求解

显式-隐式求解仅用于成形问题中，与之不同的是，结构隐式-显式顺序求解可以用于广泛的工程问题，即一个结构的初应力状态对它动力响应的影响。下面列出了可以使用隐式-显式求解的工程应用：

·预应力消费品的坠落试验模拟

·旋转发动机叶片（和叶片的防事故外壳）遭鸟撞

·涡轮机的装配和轴承载荷

·带初始压力的压力容器

·高尔夫球棍打击预加载（充气）的高尔夫球

·螺栓连接的动力影响

·热应变状态下汽轮机的动力影响

在隐式-显式连续求解中，必须首先运行ANSYS 隐式分析以便对被分析结构预加载。在这个隐式分析中，对仅仅用于显式分析的任何单元全部节点进行完全约束（例如在鸟撞问题中的鸟）。将从ANSYS隐式求解得到的节点位移和转角记入ANSYS/LS-DYNA的动力松驰文件（drelax）。

注--ANSYS隐式结构求解中的温度也可以写入drelax文件，但是LS-DYNA不能使用它，关于怎样处理温度载荷的详细信息，请参看§15.1.1Special Considerations for Thermal Loading。

在定义附加载荷、初始速度、不同材料模型（例如，增加塑性）等等之后，可以进行显式动力分析。这个分析的第一部分使用存储在drelax文件中的位移计算结果对给定几何构形的应力初始化。这个预加载被用在超过101个时间步长的虚拟时间内来限制动能。然后，在零时刻开始带预加载的瞬态部分分析。

下面详细描述隐式-显式求解过程：

1. 采用Jobname1,运行隐式分析如前所述。记住这个分析必须是线性材料小应变的。可以用于隐式-显式连续求解的单元类型为：

LINK8

BEAM4

SHELL181

SOLID185

COMBIN14

MASS21

LINK10

2. 定义附加的节点和单元，它们是完成显式求解所必须的（例如，鸟撞模拟中的鸟，或者在坠落试验中话机撞击的刚性表面）。这些附加的节点和单元可以不是隐式分析的一部分，但是尽管如此，它们在此需要定义。这些附加的节点必须被约束（采用D，ALL，ALL，0）。

命令：N

E

GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes/Elements

3. 求解并结束这个分析

命令：SOLVE

FINISH

GUI：Main Menu>Solution>Solve

Main Menu>Finish

4.存储隐式分析数据到Jobname.DB文件

命令：SAVE

GUI：Utility Menu>File>Save as

注：如果在此时不存储Jobname.DB文件，则以后将不能存储此隐式运行的数据库。存储数据库文件以便继续显式分析运行。

5.将作业名改为Jobname2，以防止覆盖隐式结果文件。

命令：/FILNAME,Jobname2

GUI：Utility Menu>File>Change Jobname

6.重新进入前处理

命令：/PREP7

GUI：Utility Menu>Preprocessor

7.将隐式单元转换到对应的显式单元类型。注意，2-D显式单元PLANE162不能在此种类型的顺序求解中使用。（PLANE162 在热隐式-显式顺序求解中可以使用；参看15.2Thermal Implicit-to-Explicit Solution for details.）对应的隐式-显式单元类型对是：

命令：ETCHG，ITE

GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Switch Elem Type

上面没有列出的隐式单元虽然也可以使用，只要它们是同样数目结点定义的，但是它们将不能在执行ETCHG命令时自动转换成显式单元。这些单元必须用EMODIF命令手工转换。高阶隐式单元虽然也可以使用，但它必须用EMODIF命令手工转换，并且仅能有角节点。不能删除或不选择边中间的节点，这些节点必须记入LS-DYNA输入文件。“drelax”文件包含这些节点的解，但是ANSYS/LS-DYNA显式单元在其定义中不能采用中间节点。

命令：EMODIF

GUI：Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>Modify Nodes

注：单元类型LINK8和LINK10没有第三个节点；然而，它们对应的显式单元类型LINK160和LINK167却需要第三个节点（用此定向）。如果使用单元类型LINK8或LINK10，则必须首先用ETCHG，ITE命令转换单元类型，然后用N和EMODIF命令手工定义单元LINK160或LINK167的第三个节点。

注--同样，如果将单元BEAM4转换成BEAM161，也需要手工定义BEAM161单元的第三个节点。然而，BEAM4单元允许定义任选的第三个节点。如果对BEAM4单元已定义了第三个节点，那么在执行ETCHG，ITE命令时将会自动地转换成BEAM161单元。如果没有对BEAM4单元定义第三个节点，则必须用N和EMODIF命令手工地对BEAM161单元定义第三个节点。

8.重新对显式单元定义关键选项、实常数、材料性质、边界条件和载荷值。从隐式单元转换时保留了TYPE号、REAL号、MAT号，但实际的KEYOPT选项和实常数值被重置为零或缺省值。

命令：KEYPOT

R

MP

等等

GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type/Real constants/Material Properties/LS-DYNA Options

9.将附加节点或单元在第2步定义的约束去掉

命令：DDELE

GUI：Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Constraints>Delete

10.重新进入求解处理器

命令：/SOLU

GUI：Main Menu>Solution

11.从隐式计算结果文件读入节点位移、转角和温度，并将此数据记入ANSYS/LS-DYNA文件“drelax”。

命令：REXPORT

GUI：Main Menu>Solution>Cosraints>Read Disp

12.根据存储在“drelax”文件中的位移、转角将结构初始化为给定几何构形。在这一步，LS-DYNA对原来几何构形施加“drelax”文件的载荷（位移、转角）并计算其变形几何构形，然后将它作显式分析的起始点。

命令：EDDRELAX

GUI：Main Menu>Solution>Analysis Options>Dynamic Relax

13.施加用于显式运行所必要的载荷

命令：EDVEL

EDLOAD

EDCURVE

Etc

GUI：Main Menu>Solution>Initial Velocity

Main Menu>Solution>Loads Options>Specify Loads

Main Menu>Solution > Loads Options>Curve Options

14.求解并结束显式动态分析。如果需要，还可以返回到隐式求解。