Radioss 顯式分析與碰撞
【Radioss技巧】連續落摔分析設置要點
【Radioss技巧】連續落摔分析設置要點
在工程應用中我們經常會遇到相對複雜的加載情況，結構在不同時間需要施加不同的載荷，並且需要考慮前一步的載荷對下一步的分析可能產生的影響。
例如在家電行業中，要考慮過盈裝配、結構預應力；在汽車領域，國標規定電池包要經過連續加載的衝擊測試，對損傷累計進行模擬。
汽車電池包連續衝擊
Altair ® Radioss ®通過重新啟動計算，可以實現多工況的連續模擬。在工程應用中， 多工況的連續模擬，可將之前工況中的位移、變形、應力、應變等資訊繼承到後續模擬中，達到連續加載、損傷累計算的目的。
螺栓預緊
首先我們看看一個簡單的應用，帶有預緊螺栓的產品跌落，
螺栓預緊
過盈配合
模擬過程中，某些情況下，螺栓、卡扣等零件與周圍環境件的過盈配合無法忽視。這就需要我們在模擬過程中，考慮過盈配合的過程。
過盈配合
涉及的Radioss關鍵字如下：
/INTER/TYPE24: 線性罰函數通用型接觸
/ADYREL自動動能釋放
在TYPE24接觸算法中，只需修改Inacti參數為-1，Radioss求解器自動考慮零件幾何過盈配合。在計算過程中，Radioss求解器通過計算兩個零件之間過盈的接觸力，將兩個零件分開，並保留零件上的初始應力應變。
如果處理穿透過程中，引入動能過大時，可使用/ADYREL進行自動動態釋放，保證計算的穩定。
Type24 中設定Inacti=-1進行過盈裝配計算預應力
計算文件的設定方法和前面提到的螺栓預緊類似，可以分為兩個engine file計算文件：
第一個文件用於計算過盈配合的平衡過程，可搭配使用自動動能釋放
第二個文件用於進行下一步的載荷，例如衝擊、跌落等工況。
衝擊所使用的強制速度/IMPVEL、強制位移/IMPDISP等，可以使用Tstart控制其開始時間，可以也在曲線開頭“留白” 一段時間。
強制位移設定一個延遲開始時間Tstart
加載曲線可以在開頭位置留白暫緩加載
跌落所使用的初始速度，需要手動在第二個engine文件中通過/INIV/AXIS/Keyword3/1 定義，Keyword3為轉動軸。定義格式：
例如：定義一個初始速度為（1，0，0）, 所有加載初始速度的節點ID號在1~9999範圍內
連續衝擊
在家電產品以及新能源汽車電池包安全措施的國標中，有對連續衝擊的仿真分析要求，我們以電池包的連續衝擊為例，依據國標GB 38031-2020需要進行的物理試驗。
新能源汽車電池包
物理試驗
單方向，或者多方向，連續衝擊：連續衝擊加載之間需回到靜止。
實驗之後，觀察2小時：避免內短路引起熱蔓延，熱失控。
試驗步驟
採用半正弦脈衝，加速度7g，持續6毫秒；
衝擊後採用勻減速至質心靜止。
待電池包平穩後開始下一次沖擊。
循環步驟1-3，在Z正負方向連續12次。
模擬分析挑戰
- 兩次沖擊之間如何回到靜止狀態？
- 內短路引起熱蔓延，熱失控：可通過多物理場仿真。
相應的我們需要使用的仿真方法：
- 採用半正弦波進行加載，持續6毫秒；
- 衝擊結束後通過動能釋放快速達到平穩狀態。
- 模擬重新啟動計算繼續加載。
- 連續多次加載。
具體的連續多工況設定
- Z方向連續衝擊+回彈。採用半正弦脈衝，加速度7g，持續6ms；衝擊次數：三次。（三次沖擊無損傷後考慮12次連續衝擊，以縮短“仿真計算-修改模型-優化問題” 的時間。）
- 衝擊後採用2g勻減速至質心靜止。（根據衝擊台的減速情況設定）
- 待電池包停止振動後開始下一次沖擊（需要設置動能釋放以快速平衡）。
- 模型中施加的是對加速度積分的強制速度曲線，方便選取減速至靜止的時間。
加速度曲線
一次沖擊需要6ms，然後勻減速到靜止需要14ms，因此一次沖擊-減速-靜止過程需要20ms。重複三次，每次沖擊後帶有一段回彈時間。
加速度積分後得到“速度-時間” 曲線
知識點：為什麼要動能釋放？
如果任由結構自然停止振動，需要很久的時間！
15% 結構阻尼，150ms仍沒有明顯衰減
使用動能釋放，60ms以內振動基本停止
Engine File設定
首先要確定單次“衝擊-減速-釋放” 整個過程的一個合理時間.
計算只有一次沖擊的工況，使用動能釋放功能/ADYREL，觀察動能曲線的收斂狀況，選擇一個動能最低點作為釋放時間，即下一次開始衝擊的時刻。
下圖中可以看到57ms、75ms和92ms處是動能低谷，是比較理想的選擇，如果追求計算速度，可以選擇57ms；如果追求更高精度，可以選擇92ms處；75ms是速度/精度比較均衡的選擇。
根據之前定義的衝擊-回彈釋放時間，要確定各個時間點：
- 第一次沖擊- 減速過程：0ms – 6ms – 20ms
第一次回彈：20ms – 75ms - 第二次沖擊- 減速過程：75ms – 81ms – 95ms
第二次回彈：95ms – 150ms - 第三次沖擊- 減速過程：150ms – 156ms – 170ms
第三次回彈：170ms – 225ms
將原先的engine file：“xxxx_0001.rad” 複製兩份，重命名為“xxxx_0002.rad” 和“xxxx_0003.rad” （xxxx為模型名稱）。然後分別用文本編輯：
將剛剛得出的時間點分別寫入1至3號engine file當中。
每個engine file結尾加上動能釋放指令和動能釋放的開始時間：
這樣，多次沖擊的模型就搭建好了，提交計算的時候，提交模型xxxx_0000.rad，Radioss會自動一個接一個地讀取3個engine file進行連續計算。
動能曲線和應力雲圖
從動能曲線可以清晰的分辨出3次沖擊與回彈、恢復穩態的區間
3次沖擊後的內能累積增加的效果
可以觀察到動能釋放功能使得模型快速穩定，並且穩定後由於結構發生塑性形變而“儲存了”更多內能，局部發生的損傷在多次沖擊後也可觀察到損傷疊加的效果。
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