人体损伤生物力学实验指导书人体损伤生物力学实验指导书.docx

人体损伤生物力学实验指导书湖南大学机械与运载工程学院实验一冲击力模拟实验一、实验目的和任务通过开展冲击力仿真实验，学习基于LS-DYNA的有限元基本分析流程和方法，具体包括：对HYPERMESH和HYPERVIEW（或LS-PREPOST）等前后处理软件的使用；掌握保证仿真精度必须关注能量和质量缩放问题；掌握模型调试方法；体会不同材料、高度、速度对冲击力的影响。二、实验仪器和设备软件：LS-DYNA、HYPERMESH、HYPERVIEW（或LS-PREPOST）。硬件：计算机。三、实验步骤1、模型提交计算与后处理根据提供的初始模型，对文件进行求解计算。查看完成计算所需的时间，ctrl+C，sw2。查看仿真动画。分析该K文件的单位制（mm，ms，kg，kN，GPa）。2、有限元模型的质量缩放与能量问题设置输出各种能量，*CONTROL_ENERGY。为提高计算效率，增加质量缩放，*CONTROL_TIMESTEP，DT2MS：-1.112E-06改为-1.112E-03，再改为-1.112E-02，并分别查看并记录所需计算时间，分析该参数对计算效率的影响。讨论如何设置DT2MS的值。查看计算获得的message文件，记录不同DT2MS设置下的质量缩放所引起的质量增加量及百分比。输出总能量、动能、内能和沙漏能（DT2MS：-1.112E-06），根据曲线分析能量转换。3、输出并分析橡胶垫的冲击力查阅橡胶的材料。查阅车架、撑板、销轴和冲击头的材料。输出冲击头处的冲击力，Contact_mass（CID：1）。输出两根连接销轴的四处接触力，Contact_chejia_zhou_L（CID:3）、Contact_chejia_zhou_R（CID:4）、Contact_chengban_zhou_L（CID:5）/ Contact_chengban_zhou_R（CID:6）。找出系统的最大应力及其出现的位置。4、下落高度对冲击力的影响修改冲击头距离橡胶垫的高度，初始值为5mm，分别修改为2mm、10mm和15mm。计算不同高度下落对冲击力的影响。找出系统的最大应力及其出现的位置。5、输出并分析金属的冲击力将橡胶垫的材料改为金属材料，可选用钢（206GPa）、铜（121GPa）铝（72GPa），使用MAT1进行定义。不采用质量缩放，分别计算冲击力（CID：1），对比上述材料与橡胶材料对冲击力的影响。找出系统的最大应力及其出现的位置。6、定义冲击头的速度（附加题）上述仿真分析采用的是自由落体，现将冲击头距离橡胶垫的距离调为1mm，设定冲击头的初速度，分别为0.01m/s，0.1m/s和1m/s（取消重力加速度）。分析不同初速度对冲击力的影响。找出系统的最大应力及其出现的位置。四、实验报告的基本内容和要求1、实验设备和条件2、实验内容3、实验过程4、实验数据（对于冲击力，需要给出曲线并分析对比最大力；能量曲线等）5、实验结果分析及结论实验二成人头锤冲击实验一、实验目的和任务通过开展成人头锤冲击仿真实验，继续学习基于LS-DYNA的有限元基本分析流程和方法，并掌握行人头锤仿真方法，具体包括：对HYPERMESH和HYPERVIEW（或LS-PREPOST）等前后处理软件的使用；熟悉保证仿真精度必须关注能量和质量缩放问题；熟悉模型调试方法；掌握行人头锤有限元模型及其使用方法。二、实验仪器和设备软件：LS-DYNA、HYPERMESH、HYPERVIEW（或LS-PREPOST）。硬件：计算机、优盘。三、实验步骤1、模型提交计算与后处理根据提供的初始模型，对文件进行求解计算。查看完成计算所需的时间，ctrl+C，sw2。查看仿真动画。分析该K文件的单位制（mm，T，s，N，MPa）。2、掌握行人头锤有限元模型的结构3、有限元模型的质量缩放与能量问题设置输出各种能量，*CONTROL_ENERGY。为提高计算效率，设置合理的质量缩放参数，并分别查看并记录所需计算时间，保证质量增加不超过模型物理质量的5%。选定合理的质量缩放参数后，计算模型并输出总能量、动能、内能和沙漏能，根据曲线分析能量转换。4、输出并分析头锤的冲击力查阅平板的材料。查阅头锤橡胶的材料。输出头锤的冲击力，SlaveContact_Hood。对冲击力进行滤波。5、输出并分析头锤质心的合成位移、速度和加速度打开计算得到的nodout文件，按照要求输出各条曲线。分析各条曲线。6、改变Hood板的角度分析合成冲击力和加速度在Hypermesh中修改Hood板的角度。输出合成冲击力和合成加速度，并与原结果进行对比。7、头锤自由落体改为定义初速度（附加题）删除原文件的定义的重力加速度。调整头锤和Hood板的距离，使两者仅留有很小的间隙。对头锤定义面向Hood板冲击的初速度9.7m/s。输出