Крайне высокие выходные данные ускорений по результатам расчета в ANSYS Workbench Explicit Dynamics

[Идель 0]

Приветствую всех, меня зовут Идель. Это моя первая запись, поэтому если что-то написано непонятно или неправильно, прошу дать мне знать, я поправлю. Спасибо!
Я студент-участник команды Формулы Студент, где занимаются разработкой и последующим изготовлением гоночных болидов класса Formula Student / SAE.
Сейчас я занимаюсь разработкой аттенюатора (Impact Attenuator, далее IA) - элемента, поглощающего удар в лоб гоночного болида. IA, как и любой узел, имеет требования по регламенту (пункты 3.17-3.20 FSG Rules 2024, ссылка https://www.formulastudent.de/fileadmin/user_upload/all/2024/rules/FS-Rules_2024_v1.1.pdf). Коротко говоря, IA должен крепиться на защитную стальную пластину (Anti Impact Plate, далее AIP), приваренную по границе на переднюю стальную трубчатую прямоугольную перегородку (FrontBulkhead, далее FB). 
пример крепления
пример сьорки для задачи
 

Теперь к сути: IA должен поглотить энергию удара болида массой 300кг (без учета конструкций сминаемых), движущегося до удара со скоростью 7 м/с, при этом замедление болида должно быть в среднем не более 20g и в пиковом ускорении не более 40g (более подробно в пунктах 3.17-3.20 регламента, что выше). По условиям, IA может быть сделан практически из любого материала, но мы будем использовать легкосвариваемые листовые алюминиевые сплавы, FB будет из стали 20 1,5мм. Все спроектированное и расчитанное нужно будет изготовить, протестировать таким же реальным динамическим испытанием и валидировать расчет, а значит и пригодность конструкцию.
К деталям: расчет поставлен так, что стена (RigidWall, далее RW) массой 300кг и скоростью до удара 7м/с будет ударяться в IA, закрепленного к AIP, для облегчения пока что без FB. IA и AIP спроектированы как плоскости, чтобы облегчить построение равномерной конформной сетки, очень рекомендуемой для Ansys Explicit Dynamic, и для удобства задания толщины - жесткости и т.д. В общем, расчет настроить получилось, с проблемами "Time step too small", не доконца доведенным расчетом, с песочными часами встречался и решил, т.е. понимаю на чем строиться явный метод решения и какие у него требования к постановке расчета. Однако есть проблема, которую я не могу никак решить уже 2 недели - это скачущие выходные данные скорости (местами большие чем заданная начальная 7м/с) и крайне огромные выходные данные ускорений (10^7-10^8 м/с^2 при требованиях max 40g = 392 м/с^2). В пример приведу одну из конструкций IA и расчет (однако не доконца доведенный, т.к. не вся кинетическая энергия 7350Дж перешла во внутреннюю энергию смятия, но для примера годится, т.к. там нужно увеличить только толщину IA и кол-во циклов, для полного поглощения IA энергии удара движущегося болида). Прикрепляю zip-архив со скринами всех характеристик, параметров, результатов. В общем, есть несколько гипотез, которые частично уже опробовал, но каких-то выводов дать не могу. Так, думаю проблема может быть:
1) в построении сетки, т.к. поверхностные тела имеют толщину в 1 сетку из-за своей природы, но наверно можно это решить твердотельными телами и сделать как минимум 2 слоя сетки по толщине, однако возникают трудности с построением равномерной quad-сетки.
2) настройки в analysis settings, связанных с поглощением энергии и удалением ячеек при смятии и тп.
3) параметры и задание материала может быть некорректны, однако не знаю в чем может быть проблема (P.S. брал в расчете все из библиотеки general NL, в Aluminium NL alloy снизил предел текучести с 270ГПа до 100 ГПа, как по ГОСТу для АМг3)
4) в фильтрации полученных результатов, однако это видимо уже делается в MATLAB, но для этого нужно получить меньше значения ускорения, т.к. MATLAB проблему не решает.
5) а может я вообще не там смотрю эти значения)

Прошу помочь всех знающих и разбирающихся. Буду предельно благодарен даже ссылкам на литературу и примеры.

Скрины сборок, полученных результатов, вводных данных, настроек и параметров задачи в ANSYS Explicit Dynamic

[Jesse 968]

3 часа назад, Идель сказал:

качущие выходные данные скорости (местами большие чем заданная начальная 7м/с) и крайне огромные выходные данные ускорений (10^7-10^8 м/с^2 при требованиях max 40g = 392 м/с^2).

прочитал много буков, но не увидел слова "демпфирование".. Оно у вас вообще задано хоть какое-то?)
Не являюсь большим специалистом в явной динамике, то ИМХО задание демпфирования должно решить большую часть ваших проблем.
Допустим вы решаете задачу на шаге 10^-5 секунд. По идее это означает, что максимальная собственная частота в вашей задаче w = 10⁵ Гц. Ускорение a ~ w² * u.  Если колебания после удара идут с перемещением u=10 мм, то в итоге получите ваше ускорение 10⁸ м/с².
Задайте какое-нибудь копеечное демпфирование, и все эти "паразитные" колебания и скачки ускорений исчезнут.

 

3 часа назад, Идель сказал:

из библиотеки general NL, в Aluminium NL alloy снизил предел текучести с 270ГПа до 100 ГПа, как по ГОСТу для АМг3)

с такими прочными сплавами у меня вообще ничего не сомнётся и не сломается
Быть может МПа?))

 

p.s.: вообще при решении такой сложной задачи имхо надо хоть примерно понимать, какой должен получиться результат. Мб инфа с испытаний/подобных расчётов. Иначе "плавать" будете туда-сюда.
В любом случае, не решайте сложную задачу, не решив простую!) Отработайте на простых примерах всё.

[Борман 2 390]

13 часов назад, Идель сказал:

крайне огромные выходные данные ускорений (10^7-10^8 м/с^2 при требованиях max 40g = 392 м/с^2).

Не понял, где вы прицепили результаты...

Но судя по ускорениям у вас не наступает пластика. Проверьте еще раз кривую деформирования.

 

10 часов назад, Jesse сказал:

Быть может МПа?))

Вот вот.

[Идель 0]

Снова всех приветствую и благодарю за ответы.
 

11 часов назад, Jesse сказал:

прочитал много буков, но не увидел слова "демпфирование".. Оно у вас вообще задано хоть какое-то?)

Да, текста много, но с то

[Идель 0]

Снова всех приветствую и благодарю за ответы.
 

11 часов назад, Jesse сказал:

прочитал много буков, но не увидел слова "демпфирование".. Оно у вас вообще задано хоть какое-то?)

Да, текста много, но с той позиции, что детальнее обьясню задачу/проблему, детальнее получу совет/решение.

 

12 часов назад, Jesse сказал:

Задайте какое-нибудь копеечное демпфирование, и все эти "паразитные" колебания и скачки ускорений исчезнут.

Спасибо за пример и совет, буду копать в эту сторону) Однако уже пробовал менять настройку Hourglass damping с автоматически выбранного AUTODYN Standard на второй единственно возможный Flanagan Belytschko - ничего не изменилось в плане выходных данных и результатов. Единственное - начало активнее возрастать Hourglass energy. Впрочем, наверное нужно проработать с параметрами вязкости, надеюсь это и вправду решит мою проблему.=. А не может ли быть проблемы в задании контактов? Или вообще данную задачу нужно было ставить на другом решателе, не AUTODYN, а LS-DYNA? 

 

12 часов назад, Jesse сказал:

Быть может МПа?))

Да, обознался, в МПа

 

12 часов назад, Jesse сказал:

вообще при решении такой сложной задачи имхо надо хоть примерно понимать, какой должен получиться результат.

Да, понимание есть. По итогам расчета конструкция должна соответствовать регламенту. Это значит, что в графике перераспределения энергий должны симметрично уменьшаться кинетическая энергия с уровня 7350Дж (или более) до 0 и увеличиваться внутренняя энергия (смятия) с 0 до 7350Дж, т.е. Contact и Hourglass energy меняться не должны. Так же выходные данные ускорений должны быть не более 392 м/с2 (40g) в пиковых значениях, в среднем не более 196м/с2 (20g). 

 

12 часов назад, Jesse сказал:

Мб инфа с испытаний/подобных расчётов. Иначе "плавать" будете туда-сюда.

Да, есть такие работы, однако там как раз таки освещены полученные результаты, но никак не постановка задачи, с которой у меня сейчас проблемы. Могу поделиться ими, если это необходимо.

 

12 часов назад, Jesse сказал:

В любом случае, не решайте сложную задачу, не решив простую!) Отработайте на простых примерах всё.

Посоветуете какие-либо курсы/сборники/учебники?

 

2 часа назад, Борман сказал:

Не понял, где вы прицепили результаты...

В самом низу сообщения

 

15 часов назад, Идель сказал:

Скрины сборок, полученных результатов, вводных данных, настроек и параметров задачи в ANSYS Explicit Dynamic

 здесь ссылка на zip-архив V1 со скринами результатов. Если не получается его получить/открыть, сообщите пожалуйста, исправлю

 

2 часа назад, Борман сказал:

у вас не наступает пластика. Проверьте еще раз кривую деформирования.

Как понять наличие пластики по кривым Total и Directional deformation ? Для этого я добавил результаты напряжений по Вон-Мисесу, согласно кооторым практически с начала до конца расчета напряжения колеблются с 200 до 280 МПа, что соответствует пластики не только алюминиевого сплава, но и стали, не так ли? Или я вас неправильно понял и вы имели ввиду какую-то другую кривую деформирования?

[Борман 2 390]

49 минут назад, Идель сказал:

что соответствует

Вы уверены что у вас в используется материал с пластикой ? 

[Jesse 968]

3 часа назад, Идель сказал:

Посоветуете какие-либо курсы/сборники/учебники?

да я на явную динамику смотрю как баран на новые ворота))
я просто говорю: отработайте все сложности, все эффекты на простой задаче: сомните какой-нибудь кронштейн. А потом экстраполируйте на ваш impact attenuator. 

[AlexKaz 1 839]

3 часа назад, Идель сказал:

Посоветуете какие-либо курсы/сборники/учебники?

 

В гугле "ansys explicit dynamics tutorial pdf".

На ютубе "ansys explicit dynamics tutorial".

[Идель 0]

5 часов назад, Борман сказал:

Вы уверены что у вас в используется материал с пластикой ?

Нет, но если выбрать материал из библиотеки General Non-linear Materials , у которого заданы характеристики пластических деформаций, не будет ли этот материал с пластикой?

3 часа назад, Jesse сказал:

я просто говорю: отработайте все сложности, все эффекты на простой задаче: сомните какой-нибудь кронштейн.

Видимо так и придется поступить, спасибо!

2 часа назад, AlexKaz сказал:

На ютубе "ansys explicit dynamics tutorial".

Done

 

2 часа назад, AlexKaz сказал:

В гугле "ansys explicit dynamics tutorial pdf".

Нашел еще до этого, но в них не рассматриваются вопросы ускорений, с которыми у меня проблема.

[AlexKL 34]

Может лучше в LS-Dyne это делать? Или в ANSYS - это требование такое?