应力波仿真报告

应力波仿真报告1.实验题目两个完全相同的弹性铜杆A和B(如图1所示)，其中A以速度V。(负值)撞击原先静止的B，两杆的长度均为10mm,直径为5mm,使用应力波理论对该过程进行分析，画出X-t、V-t、a-t以及O-V曲线，使用有限元软件对该过程进行动力学仿真,形成仿真报告。图1弹性钢杆实验目的掌握Ansys/LS-DYNA仿真软件的建模技术和进行显式动力学分析的方法与步骤；结合仿真的结果比较理论解和仿真结果，加深对应力波理论的理解。建模过程(1)建模分析该问题属于泰勒杆冲击问题，考虑该问题结构具有对称性特点，建模时只需建立四分...

1.实验题目两个完全相同的弹性铜杆A和B(如图1所示)，其中A以速度V。(负值)撞击原先静止的B，两杆的长度均为10mm,直径为5mm,使用应力波理论对该过程进行分析，画出X-t、V-t、a-t以及O-V曲线，使用有限元软件对该过程进行动力学仿真,形成仿真报告。图1弹性钢杆实验目的掌握Ansys/LS-DYNA仿真软件的建模技术和进行显式动力学分析的方法与步骤；结合仿真的结果比较理论解和仿真结果，加深对应力波理论的理解。建模过程(1)建模分析该问题属于泰勒杆冲击问题，考虑该问题结构具有对称性特点，建模时只需建立四分之一模型进行计算。用三维实体单元划分网格，使用拉格朗日算法，在对称面上施加对称条件。采用cm-g-卩s建模。计算时间为60卩s，每0.5卩s输出一个结果数据文件。(2)选择单元类型启动Ansys，选择3DSolid164单元进行建模，并对Solid164单元的算法进行相应设置。(3)设定材料属性对两杆均选用PlasticKinematic材料，并设定材料参数E=117GPa,ix=0.35,P二8.93x103Kg/m3。(4)构建铜杆实体模型分别建立两个长为10mm，半径为2.5mm的弹性铜杆，两杆间的间隙为0.2cm。（5）划分网格为单元分配属性并划分成单元，其中杆A沿轴向划分为48等分，沿径向和周向划分为16等分；杆B沿轴向划分为24等分，沿径向和周向划分为8等分（之所以将两杆划分数不一样是便于后面定义接触），如图2所示为划分好网格的铜杆模型。图2弹性铜杆模型、网格（6）施加载荷创建两个PART并定义两者之间的接触为自动面面接触，设置接触刚度相关选项；分别约束模型的对称面上的X方向和Y方向的约束，分别定义两个PART的初始速度为0.02cm/卩s和0cm/卩s。（7）设定分析选项进行求解的相关设置，启用StonewallEnergy、SlidingInterface和HourglassEnergy选项，设置体积粘性参数、时间控制和输出控制相关参数，保存工程，输出K文件。（8）求解编辑修改K文件，确认无误后存盘，将修改好的K文件提交ANSYSLS-DYNA求解器计算。（9）查看结果运行LS-PREPOST,读入结果数据文件，查看应力和速度随时间的变化曲线。4.计算结果分析与结论如下图所示为不同时刻两杆中的应力波传播情况，其中图3为两杆初始时刻的相对位置，10卩s时两杆相撞上，图4〜图12显示了不同时刻应力波波阵面的位置，由图可以看出，应力波波阵面在12.3卩s时即已从一端面传播至另一端面。FringeLevel*o.000e+00OOOe+DOQOOe+OQ000ei*00000e*00oooe+ooOQOe+QD000e+00OOOe+DOQOOe+OQLS-DYI1AuserinputTime=0ContounofEHecllStre11(v-mjmln=0,atelemi;1mai=0.atelem^ILS-DYIIAuserinputFringeLeveli4064^-033.25le-032.$45e-032.438S-032.032S-03I.G26e-031.2194-038.12B4-04-m)mln=0,atelem#1921mai=0.D041051G,atelema3129FringeLeveli4.IO5e-O33.254^-032.8744-032.4S34-032.053S-03I.CJie-03l.232e-036.2IOe-0441058-04O.OOOe+OOLS-DYIIAuserinputTlme=10792Contour*ofElTecllveStre11(v-m)mln=0,atel$m^3043m3：=0.004144C4,atelem¥$121FringeLeveli■kUle-033.72'e-033.3136-032.83$e-032.4S44-032.0708-031.65.GB-031.242S-03B.28U-044.14le-O4O.OOQe+DO图510.5rs时两杆的应力波云图图610.8rs时两杆的应力波云图LS-DYIIAuserinputTime=11.099Contour*ofHTecflveStreni>-m1m111=5.83826^-27,atelema306$ma3=0.004IG557,atelemA3121FringeLeveli4.IGGe-033.743S-033.332&-032.9ICe-032.439e-032.083e-031.GGGe-03I.250S-038.33le-044IGGe-045.8$$e-27LS-DYIIAuserinputTime=11.39Contour*ofElTecllveSireiii>-m1mln=G.4fl225e-20,atelem¥3Q65ma==0.004183$?,atelemis121FringeLevel*4.1844-033.7GGB-033.3478-032J23S-032.5ioe-os2.0924-031.G744-03I.255S-038.3C8e-044l$4«-04G.4fl2e-20图7ll.lps时两杆的应力波云图图811.4ps时两杆的应力波云图LS-DYIIAuserinputTlme=IIMContour*ofEffecflveStreni>-m1mIn=9.6r4fl2e-O3,atelemH3017ma：=0.004i005$,atelemH3FringeLeveli420le-033.7808-033.3G0S-032.9406-032.520S-032.1008-031.G80S-03l.2t0e-038.4J&le-049.G744-09LS-DYIIAuserinputTime=11.$88Contour*ofElTecllveSirei»i>-m1mln=3.4iGlSe-05,atelemac13Gmas=0.004ai597,atelemisFringeLevel*42IGS-033.738S-033.380S-032.96le-032.543e-031JB90-O387DGB-044524«-043.43GB-09图911.7ps时两杆的应力波云图图1012ps时两杆的应力波云图LS-DYIIAuserinputTlrne=12.284Contour*ofEffecflveStreni>-m1mln=5.88$55e-05,atelem»I0D29ma==0.00433174,FringeLeveli4232S-033.814^-033.3978-032.98D6-032.563S-032.145e-031726^-031.3lle-033.935B-04-47626-045.8$0e-05LS-DYHAuserinputTime=12.585Contour*ofElTecllveSirei»i>-m1mln=9.G59B7e-0$,atelemaGliema3=0.00434802,atelemU5FringeLevel*4243S-033.533B-033.418S-033.0038-0315B?e-03l.34ie-039.2694-045.1176-04$.GG0e-05图1112.3ps时两杆的应力波云图图1212.6ps时两杆的应力波云图取杆A的撞击面为参考面，根据上图4~12应力波的传播情况现将波阵面的位置列于下表：时间(ps)1010.210.510.811.111.411.71212.3波阵面位置(mm)01.0422.53.755.2086.467.929.1710由上表数据可画出x-t曲线，如图13所示。两杆于t=10S时开始相撞，其后大致是一条直线，可认为是波速c0是个恒定值，其值约为4585m/s。—X图13X-t曲线图X-t曲线在两杆上各任取一个单元（如A杆的7872单元和B杆的10192单元），其应力随时间的变化曲线如图14所示，速度随时间的变化曲线如图15所示。Elementno.A7B7?_fi_1019242O-2/J6-8图14应力随时间的变化曲线0LS-DYNAuserinputElementno.A7872fi10192-20-25Time图15速度随时间的变化曲线由上图可看出，两杆在27.5s左右开始分离，分离后两杆内仍残有周期性稳定波动的应力，大小基本相同；两杆的速度均趋于稳定，满足动量守恒定律。将图14和图15的数据导出，运用MATLAB得到应力随速度的变化曲线如图16所示：x10'32O(edeOOL)-Raf-4-6-CL025图16应力随速度的变化曲线-0.015-0.01速度(cm/us)上图表明杆A与杆B的应力随速度的变化曲线具有对称性，但两者又不完全相同，这主要是由选取的单元的位置不完全一致，并且两者划分单元数不一样，对其计算精度有一定影响。

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