Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?

在工程应用中我们经常会遇到相对复杂的加载情况,结构在不同时间需要施加不同的载荷,并且需要考虑前一步的载荷对下一步的分析可能产生的影响。

例如在家电行业中,要考虑过盈装配、结构预应力;在汽车领域,国标规定电池包要经过连续加载的冲击测试,对损伤累计进行模拟仿真。

图片[1]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

汽车电池包连续冲击

 

Altair® Radioss® 通过重新启动计算,可以实现多工况的连续仿真。在工程应用中, 多工况的连续仿真,可将之前工况中的位移、变形、应力、应变等信息继承到后续仿真中,达到连续加载、损伤累计算的目的。

➤ 戳《不能重启人生?至少你能重启计算》复习重启动文件使用方法~

 

螺栓预紧

首先我们看看一个简单的应用,带有预紧螺栓的产品跌落,我们之前在螺栓建模中讲到过➜《震惊!一次学会螺栓建模和预紧》

图片[2]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

螺栓预紧

 

过盈配合

仿真过程中,某些情况下,螺栓、卡扣等零件与周围环境件的过盈配合无法忽视。这就需要我们在仿真过程中,考虑过盈配合的过程。

图片[3]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

过盈配合

涉及的Radioss关键字如下:

▪/INTER/TYPE24: 线性罚函数通用型接触

▪/ADYREL自动动能释放

在TYPE24接触算法中,只需修改Inacti参数为-1,Radioss求解器自动考虑零件几何过盈配合。在计算过程中,Radioss求解器通过计算两个零件之间过盈的接触力,将两个零件分开,并保留零件上的初始应力应变。

如果处理穿透过程中,引入动能过大时,可使用/ADYREL进行自动动态释放,保证计算的稳定。

图片[4]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

Type24 中设定Inacti=-1进行过盈装配计算预应力

 

计算文件的设定方法和前面提到的螺栓预紧类似,可以分为两个engine file计算文件:

1.第一个文件用于计算过盈配合的平衡过程,可搭配使用自动动能释放

2.第二个文件用于进行下一步的载荷,例如冲击、跌落等工况。

冲击所使用的强制速度/IMPVEL、强制位移/IMPDISP等,可以使用Tstart控制其开始时间,可以也在曲线开头“留白” 一段时间。

图片[5]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

强制位移设定一个延迟开始时间Tstart

图片[6]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

加载曲线可以在开头位置留白暂缓加载

跌落所使用的初始速度,需要手动在第二个engine文件中通过/INIV/AXIS/Keyword3/1 定义,Keyword3为转动轴。定义格式:

图片[7]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

例如:定义一个初始速度为(1,0,0), 所有加载初始速度的节点ID号在1~9999范围内

图片[8]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

 

连续冲击

在家电产品以及新能源汽车电池包安全措施的国标中,有对连续冲击的仿真分析要求,我们以电池包的连续冲击为例,依据国标GB 38031-2020需要进行的物理试验。

图片[9]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

新能源汽车电池包

物理试验

单方向,或者多方向,连续冲击:连续冲击加载之间需回到静止。

实验之后,观察2小时:避免内短路引起热蔓延,热失控。

试验步骤

采用半正弦脉冲,加速度7g,持续6毫秒;

冲击后采用匀减速至质心静止。

待电池包平稳后开始下一次冲击。

循环步骤1-3,在Z正负方向连续12次。

仿真分析挑战

1.两次冲击之间如何回到静止状态?

2.内短路引起热蔓延,热失控:可通过多物理场仿真。

相应的我们需要使用的仿真方法:

1.采用半正弦波进行加载,持续6毫秒;

2.冲击结束后通过动能释放快速达到平稳状态。

3.仿真重新启动计算继续加载。

4.连续多次加载。

具体的连续多工况设定

1.Z方向连续冲击+回弹。采用半正弦脉冲,加速度 7g,持续6ms;冲击次数:三次。(三次冲击无损伤后考虑12次连续冲击,以缩短 “仿真计算-修改模型-优化问题” 的时间。)

2.冲击后采用2g匀减速至质心静止。(根据冲击台的减速情况设定)

3.待电池包停止振动后开始下一次冲击(需要设置动能释放以快速平衡)。

4.模型中施加的是对加速度积分的强制速度曲线,方便选取减速至静止的时间。

图片[10]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

加速度曲线

一次冲击需要6ms,然后匀减速到静止需要14ms,因此一次冲击-减速-静止过程需要20ms。重复三次,每次冲击后带有一段回弹时间。

图片[11]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

加速度积分后得到 “速度-时间” 曲线

 

知识点:为什么要动能释放?

如果任由结构自然停止振动,需要很久的时间!

图片[12]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

15% 结构阻尼,150ms仍没有明显衰减

图片[13]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

使用动能释放,60ms以内振动基本停止

Engine File设定

首先要确定单次 “冲击-减速-释放” 整个过程的一个合理时间.

计算只有一次冲击的工况,使用动能释放功能 /ADYREL,观察动能曲线的收敛状况,选择一个动能最低点作为释放时间,即下一次开始冲击的时刻。

下图中可以看到57ms、75ms和92ms处是动能低谷,是比较理想的选择,如果追求计算速度,可以选择57ms;如果追求更高精度,可以选择92ms处;75ms是速度/精度比较均衡的选择。

图片[14]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

 

根据之前定义的冲击-回弹释放时间,要确定各个时间点:

▪第一次冲击 – 减速过程:0ms – 6ms – 20ms

▪第一次回弹:20ms – 75ms

▪第二次冲击 – 减速过程:75ms – 81ms – 95ms

▪第二次回弹:95ms – 150ms

▪第三次冲击 – 减速过程:150ms – 156ms – 170ms

▪第三次回弹:170ms – 225ms

将原先的engine file:“xxxx_0001.rad” 复制两份,重命名为“xxxx_0002.rad” 和 “xxxx_0003.rad” (xxxx为模型名称)。然后分别用文本编辑:

▪将刚刚得出的时间点分别写入1至3号engine file当中。

图片[15]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

▪每个engine file结尾加上动能释放指令和动能释放的开始时间:

图片[16]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

这样,多次冲击的模型就搭建好了,提交计算的时候,提交模型xxxx_0000.rad,Radioss会自动一个接一个地读取3个engine file进行连续计算。

动能曲线和应力云图

图片[17]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

从动能曲线可以清晰的分辨出3次冲击与回弹、恢复稳态的区间

图片[18]-Radioss干货丨一次冲击不够爽,连续加载考虑一下吗?-卡核

3次冲击后的内能累积增加的效果

可以观察到动能释放功能使得模型快速稳定,并且稳定后由于结构发生塑性形变而“储存了”更多内能,局部发生的损伤在多次冲击后也可观察到损伤叠加的效果。

 

模型下载

点击下方按钮,下载本期干货模型,后续我们还会在此链接里持续更新模型文件,方便大家学习参考,建议您在电脑端打开链接进行下载。

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