Взаимодействие нестационарных упругой волны со сферической оболочкой средствами
•
0 likes•167 views
Расчет взаимодействия нестационарных упругой волны со сферической оболочкой средствами. Учет внешней статической нагрузки - гидравлического давления. Верификация результатов на основе выкладок Э.И. Григолюк, А.Г. Горшков – “Нестационарная гидроупругость оболочек”, Издательство «Судостоение», Ленинград, 1974 год.
Взаимодействие нестационарных упругой волны со сферической оболочкой средствами
- 1. КАДФЕМ Моделирование взаимодействия нестационарных упругой волны со сферической оболочкой средствами Workbench LS-DYNA ACT Беляев Я. В., ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» Новожилов Ю.В., ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»
- 2. Цель работы 2© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 • Изучение возможности решения задач о взаимодействии оболочечных тел с ударными волнами • Рассмотреть возможности учета статических нагрузок • Выбор инструмента численного моделирования • Верификация результатов на основе публикаций в литературе
- 3. • Замкнутая полая стальная сферическая оболочка • R = 1 м • h = 7.5 мм • Домен с жидкостью • a = 9 м • b = 4 м • Условия нагружения • P = 1 КПа – амплитуда волны • P0 = 1 000 КПа – давление в среде • Учет симметрии геометрии и нагрузок позволяет рассматривать ¼ модели Постановка задачи 3© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 R P h a b P0
- 4. Свойства материалов 4© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 • Сферическая оболочка • «Structural Steel» • Лагранжева формулировка МКЭ • Домен с жидкостью • «WATER2» • Уравнение состояние на основе ударной адиабаты • Лагранжева формулировка МКЭ Физическая величина Значение Плотность, кг/м3 7850 Модуль Юнга, ГПа 200 Коэффициент Пуассона 0,3 Физическая величина Значение Плотность, кг/м3 1000 Коэффициент Грюнайзена 0,28 Параметр C1, м/с 1483 Параметр S1 1.75 Квадратичный параметр S2, с/м 0
- 5. Выбор инструмента численного моделирования 5© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 • ANSYS Explicit (STR) • Прост в освоении • Способен решить динамическую задачу • Использует ANSYS Mechanical для учета статических нагрузок • Нельзя получить преднапряженное состояние для материала с уравнением состояние на основе ударной адиабаты • ANSYS AUTODYN • Сложен в освоении • Способен решить динамическую задачу • Использует ANSYS Mechanical для учета статических нагрузок • Нельзя получить преднапряженное состояние для материала с уравнением состояние на основе ударной адиабаты • ANSYS LS-DYNA • Сложна в освоении • Отсутствие современного пре/постропроцессора • Может решить любую из выбранных постановок
- 6. Workbench LS-DYNA ACT 6© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014
- 7. Граничные условия, нагрузки, контактные взаимодействия 7© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 Условия симметрии Неотражающие граничные условия Падение нестационарной волны
- 8. Workbench LS-DYNA ACT: стандартные возможности 8© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 • «WATER2» из Engineering data • Необходимо отключить свойство «Share stress» • Получаем *MAT_NULL и *EOS_GRUNEISEN • Неотражающие граничные условия • *BOUNDARY_NON_REFLECTING • Давление • *LOAD_SEGMENT_SET • Граничные условия симметрии и стенок • *BOUNDARY_SPC_SET • Трекинг результатов Result Tracker • NODOUT и ELOUT • Управление формулировкой элементов • *SECTION_SOLID • *SECTION_SHELL
- 9. Workbench LS-DYNA ACT: расширенные возможности 9© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 • Учет статических нагрузок через меню Dynamic Relaxation • *CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION только для гравитации или перднатяга болтов • Обходим ограничение подключая внешний блок карт *KEYWORD *DEFINE_CURVE $ ID sidr sfa sfo offa offo dattyp unused1 200 2 0 -1000000 0 0 0 $ a1 o1 unused1 0 1 1 1 *LOAD_SEGMENT_SET $ ssid lcid sf at dt unused1 7 200 0 0 0 *END
- 10. Создание предварительно напряженного состояния 10© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 В целях экономии ресурсов гидростатическая составляющая давления прикладывается непосредственно к поверхности сферической оболочки. ANSYS Mechanical Квадратичные элементы ANSYS Workbench LS-DYNA (Dynamic Relaxation) Полноинтегрируемые элементы
- 11. Гексаэдральная и тетраэдральная сетка 11© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014
- 12. Верификация результатов 12© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 -1.5E-03 -1.0E-03 -5.0E-04 0.0E+00 5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03 0.0E+00 5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03 2.5E-03 Перемещение,м Время, с Литература, Θ=0 Литература, Θ=π/2 Литература, Θ=π LS-DYNA, Θ=0 LS-DYNA, Θ=π/2 LS-DYNA, Θ=π Θ=0 Θ=π/ 2 Θ=π Э.И. Григолюк, А.Г. Горшков – “Нестационарная гидроупругость оболочек”, Издательство «Судостоение», Ленинград, 1974 год.
- 13. Выводы 13© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014 • Взаимодействие оболочечных тел с ударными волнами рассмотрено на примере задачи о падении ступенчатой плоской ударной волны на полую замкнутую сферическую оболочку • Полученные результаты совпадают с данными из литературы с инженерной точностью • Выработана методика построения КЭ сеток для подобных задач • Данные КЭ сетки подходят и для тел более сложной топологии, чем сферические • Изучена возможность учета предварительно напряженного состояния конструкции от статических нагрузок • В качестве основного расчетного инструмента рекомендуется использовать решатель ANSYS LS-DYNA и графическую оболочку ANSYS Workbench LS-DYNA
- 14. Спасибо за внимание! Беляев Я. В., ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» Новожилов Ю.В., ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2014