ANSYS LS-DYNA使用指南-电子书

前 言

本资料来源于互联网，据说来源于安世亚太，基本上是 ANSYS的帮助文件的翻译。本人遂排版整理， 对原文中的公式进行了编辑排版，并对部分错误进行了修改， 当然，错误在所难免，仅供自己查阅学习。版权归原作者所有！如有人非法用于商业用途，与本人无关。

目 录

第一章 引言..................................................................  1

1.1  显式动态分析求解步骤概述.............................................  1

1.2  显式动态分析采用的命令...............................................  1

1.3  本手册使用指南.......................................................  4

1.4  何处能找到显式动态例题...............................................  5

1.5  其它信息.............................................................  5

第二章 单元..................................................................  6

2.1  实体单元和壳单元.....................................................  7

2.1.1 SOLID164..................................................................................................  7

2.1.2 SHELL163 ................................................................................................  8

2.1.3  通用壳单元算法..................................................  8

2.1.4  薄膜单元算法....................................................  9

2.1.5  三角型薄壳单元算法..............................................  9

2.1.6 PLANE162...............................................................................................  12

2.2  梁单元和杆单元......................................................  13

2.2.1 BEAM161 ...............................................................................................  13

2.2.2 LINK160 .................................................................................................  14

2.2.3 LINK167 .................................................................................................  14

2.3  离散单元............................................................  15

2.3.1 COMBI165 弹簧-阻尼单元 ........................................  15

2.3.2 MASS166.................................................................................................  16

2.4  一般单元特性........................................................  16

第三章 建模.................................................................  17

3.1  定义单元类型和实常数................................................  17

3.2  定义材料特性........................................................  18

3.3  定义几何模型........................................................  18

3.4  网格划分............................................................  18

3.5  定义接触面............................................................   20

3.6  建模的一般准则......................................................  20

3.7 PART的定义 ..........................................................  21

3.7.1 Part集 合 ........................................................  24

3.8   自适应网格划分......................................................  24

第四章 加载.................................................................  28

4.1  一般载荷选项........................................................  28

4.1.1  组元..........................................................  29

4.1.2  数组参数.......................................................  30

4.1.3  施加载荷.......................................................  31

4.1.4  数据曲线.......................................................  34

4.1.5  在局部坐标系中定义载荷.........................................  36

4.1.6  指定Birth和Death时间 ............................................  37

4.2  约束和初始条件......................................................  37

4.2.1  约束..........................................................  37

4.2.2  焊接..........................................................  39

4.2.3  初始速度.......................................................  39

4.3  耦合和约束方程......................................................  41

4.4  非反射边界..........................................................  42

4.5  温度载荷............................................................  42

4.6  动力松弛............................................................  44

第五章 求解特性.............................................................  46

5.1  求解过程............................................................  46

5.2 LS-DYNA终止控制 ....................................................  46

5.3  共享存储器并行处理..................................................  47

5.4  求解控制和监控......................................................  48

5.5  显示小尺寸单元......................................................  50

5.6  编辑LS-DYNA的输入文件 .............................................  50

5.6.1  方法A....................................................................................................  51

5.6.2  方法B ...................................................................................................  51

5.6.3  使用预先存在的FILE.K .........................................................................  52

第六章 接触表面.............................................................  54

6.1  接触的定义..........................................................  54

6.1.1  列表，显示和删除接触实体.......................................  57

6.2  接触选项............................................................  58

6.2.1  定义接触类型..................................................  59

6.2.2  定义接触选项..................................................  60

6.3  接触搜索方法........................................................  63

6.3.1  网格连接跟踪..................................................  63

6.3.2  批处理方法....................................................  63

6.3.3  限制接触搜索域................................................  63

6.4  壳单元的特殊处理....................................................  64

6.5  接触深度控制........................................................  64

6.6  接触刚度............................................................  65

6.6.1  罚因子的选择..................................................  65

6.6.2  对称刚度......................................................  66

6.7 2D接触选项...........................................................  66

第七章 材料模型.............................................................  67

7.1  定义显示动态材料模型................................................  69

7.2  显式动态材料模型的描述..............................................  70

7.2.1 线弹性模型.....................................................  70

7.2.2 非线性弹性模型.................................................  72

7.2.3  非线性无弹性模型...............................................  74

7.2.4  压力相关的塑性模型.............................................  86

7.2.5  泡沫模型.......................................................  90

7.2.6  状态方程.......................................................  94

7.2.7  离散单元模型..................................................  104

7.2.8  刚性体模型....................................................  107

第八章 刚性体..............................................................  109

8.1  定义惯性特性.......................................................  109

8.2  加载...............................................................  111

8.3  变形体和刚性体部件间的转换.........................................  111

8.4  节点刚体...........................................................  112

第九章 沙漏................................................................  113

第十章 质量缩放............................................................  115

第十一章 子循环............................................................  117

第十二章 后处理............................................................  119

12.1  输出控制..........................................................  119

12.1.1  结果文件(Jobname.RST)和时间历程文件(Jobname.HIS)的比较........  119

12.1.2  生成POST26 的ComponentS ..............................................................  120

12.1.3  为POST26 记录输出文件 .......................................  120

12.2  使用ANSYS/LS-DYNA的POST1 ..................................................................  121

12.2.1  动画结果.........................................................  121

12.2.2  单元数据输出.................................................  122

12.2.3   自适应网格划分的处理结果.....................................  123

12.3  在ANSYS/LS-DYNA中使用POST26 ............................................................  124

第十三章 重启动............................................................  125

13.1  重启动Dump文件...................................................  125

13.2  EDSTART  命令 .....................................................  125

13.2.1  新分析......................................................  126

13.2.2  简单重启动..................................................  126

13.2.3  小型重启动..................................................  126

13.2.4  完全重启动..................................................  128

13.3  输出文件的影响....................................................  130

第十四章 显式－隐式顺序求解................................................  132

14.1  显式－隐式顺序求解................................................  132

第十五章 隐式-显式顺序求解 .................................................  137

15.1  预载荷结构的隐式-显式顺序求解......................................  137

第十六章 跌落测试模块......................................................  142

16.1  简介..............................................................  142

16.2  选择DTM模块启动ANSYS............................................................................  142

16.3  典型的跌落分析步骤................................................  143

16.3.1  基本的跌落测试分析步骤.......................................  143

16.3.2  屏幕坐标的定义...............................................  146

第一章 引言

ANSYS/LS-DYNA 将显式有限元程序 LS-DYNA 和 ANSYS 程序强大的前后处理结合起来。用 LS-DYNA 的显式算法能快速求解瞬时大变形动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题。使用本程序，可以用 ANSYS建立模型，用 LS-DYNA 做显式求解，然后用标准的 ANSYS 后处理来观看结果。也可以在 ANSYS 和 ANSYS/LS-DYNA 之间传递几何信息和结果信息以执行连续的隐式－显式/显式－隐式分析，如坠落实验、回弹、及其它需要此类分析的应用。

1.1  显式动态分析求解步骤概述

显式动态分析求解过程与 ANSYS 程序中其他分析过程类似，主要由三个步骤组成：

1：建立模型(用 PREP7 前处理器)

2：加载并求解(用 SOLUTION 处理器)

3：查看结果(用 POST1 和 POST26 后处理器)

本手册主要讲述了 ANSYS/LS-DYNA  显式动态分析过程的独特过程和概念。没有详细论述上面的三个步骤。如果熟悉 ANSYS 程序，已经知道怎样执行这些步骤，那么本手册将提供执行显式动态分析所需的其他信息。如果从未用过ANSYS，就需通过以下两本手册了解基本的分析求解过程：

·ANSYS Basic Analysis Guide

·ANSYS Modeling and Meshing Guide

使用 ANSYS/LS-DYNA 时，我们建议用户使用程序提供的缺省设置。多数情况下，这些设置适合于所要求解的问题。

1.2  显式动态分析采用的命令

在显式动态分析中，可以使用与其它 ANSYS 分析相同的命令来建立模型、执行求解。同样，也可以采用 ANSYS  图形用户界面(GUI)中类似的选项来建模和求解。

然而，在显式动态分析中有一些独特的命令，如下： EDADAPT：激活自适应网格

EDASMP：创建部件集 合

EDBOUND：定义一个滑移或循环对称界面

EDBVIS：指定体积粘性系数

EDBX：创建接触定义中使用的箱形体

EDCADAPT：指定自适应网格控制

EDCGEN：指定接触参数

EDCLIST：列出接触实体定义

EDCMORE：为给定的接触指定附加接触参数

EDCNSTR：定义各种约束

EDCONTACT：指定接触面控制

EDCPU：指定 CPU 时间限制

EDCRB：合并两个刚体

EDCSC：定义是否使用子循环

EDCTS：定义质量缩放因子

EDCURVE：定义数据曲线

EDDAMP：定义系统阻尼

EDDC：删除或杀死/重激活接触实体定义

EDDRELAX：进行有预载荷几何模型的初始化或显式分析的动力松弛

EDDUMP：指定重启动文件的输出频率(d3dump)

EDENERGY：定义能耗控制

EDFPLOT：指定载荷标记绘图

EDHGLS：定义沙漏系数

EDHIST：定义时间历程输出

EDHTIME：定义时间历程输出间隔

EDINT：定义输出积分点的数目

EDIS：定义完全重启动分析的应力初始化

EDIPART：定义刚体惯性

EDLCS：定义局部坐标系

EDLOAD：定义载荷

EDMP：定义材料特性

EDNB：定义无反射边界

EDNDTSD：清除噪声数据提供数据的图形化表示

EDNROT：应用旋转坐标节点约束

EDOPT：定义输出类型，ANSYS 或 LS-DYNA

EDOUT：定义 LS-DYNAASCII 输出文件

EDPART：创建，更新，列出部件

EDPC：选择、显示接触实体

EDPL：绘制时间载荷曲线

EDPVEL：在部件或部件集 合上施加初始速度

EDRC：指定刚体/变形体转换开关控制

EDRD：刚体和变形体之间的相互转换

EDREAD：把 LS-DYNA 的 ASCII 输出文件读入到 POST26 的变量中

EDRI：为变形体转换成刚体时产生的刚体定义惯性特性

EDRST：定义输出 RST 文件的时间间隔

EDSHELL：定义壳单元的计算控制

EDSOLV：把“显式动态分析”作为下一个状态主题

EDSP：定义接触实体的小穿透检查

EDSTART：定义分析状态(新分析或是重启动分析)

EDTERM：定义中断标准

EDTP：按照时间步长大小绘制单元

EDVEL：给节点或节点组元施加初始速度

EDWELD：定义无质量焊点或一般焊点

EDWRITE：将显式动态输入写成 LS-DYNA 输入文件

PARTSEL：选择部件集 合

RIMPORT：把一个显式分析得到的初始应力输入到 ANSYS

REXPORT：把一个隐式分析得到的位移输出到 ANSYS/LS-DYNA

UPGEOM：相加以前分析得到的位移，更新几何模型为变形构型

关于 ANSYS 命令按字母顺序排列的详细资料(包括每条命令的特定路径)，请参阅《ANSYS Commands Reference》。

1.3  本手册使用指南

本手册包含过程和参考信息，可从前到后选择性阅读。然而， 选择与规划和进行显式动态分析求解过程相对应的顺序阅读更有帮助。

在建模之前，必须确定最能代表物理系统的单元类型和材料模型，下面几章将为你提供相关的一些基础知识：

第二章，单元

第七章，材料模型

选择了合适的单元类型和材料模型后，就可以建模了。建模的典型方面如下所示：

第三章，建模

第六章，接触表面

第八章，刚体

第四章，加载

与求解和后处理有关的特征如下：

第五章，求解特性

第十二章，后处理

有些高级功能在一个分析中可能涉及不到，但在某些情况下可能用到，如下所示：

第九章，沙漏

第十章，质量缩放

第十一章，子循环

第十三章，重启动

第十四章，显-隐式连续求解

第十五章，隐-显式连续求解

最后，附录中还包含了有关下列主题的有关信息：

附录 A，隐、显式方法的比较

附录 B，材料模型样例

附录 C ，ANSYS/LS-DYNA 和 LS-DYNA 命令变换

1.4  何处能找到显式动态例题

The Explicit Dynamics Tutorial 描述了一个典型的显式动态分析例题。

1.5  其它信息

对于显式动态分析的详细资料，请参阅《ANSYS Structural Analysis Guide》中的第十四章。对于显式动态分析单元的详细资料，请参阅《ANSYS  Element Reference 》；至于详细的理论信息，请参阅 Livermore  Software  Technology Corporation 的《LS-DYNA Theoretical Manual》。

第二章 单元

在显式动态分析中可以使用下列单元：

·LINK160 杆

·BEAM161 梁

·PLANE162 平面

·SHELL163 壳

·SOLID164 实体

·COMBI165 弹簧阻尼

·MASS166 质量

·LINK167 仅拉伸杆

本章将概括介绍各种单元特性，并列出各种单元能够使用的材料类型。除了PLANE162  之外，以上讲述的显式动态单元都是三维的，缺省时为缩减积分(注意：对于质量单元或杆单元缩减积分不是缺省值)缩减积分意味着单元计算过程中积分点数比精确积分所要求的积分点数少。因此， 实体单元和壳体单元的缺省算法采用单点积分。当然， 这两种单元也可以采用全积分算法。详细信息参见第九章沙漏，也可参见《LS-DYNA Theoretical Manual》。

这些单元采用线性位移函数；不能使用二次位移函数的高阶单元。因此， 显式动态单元中不能使用附加形状函数，中节点或 P-单元。线位移函数和单积分点的显式动态单元能很好地用于大变形和材料失效等非线性问题。

值得注意的是，显单元不直接和材料性能相联系。例如， SOLID164 单元可支持 20 多种材料模型，其中包括弹性，塑性，橡胶，泡沫模型等。如果没有特别指出的话(参见第六章，接触表面)，所有单元所需的最少材料参数为密度，泊松比，弹性模量。参看第七章材料模型， 可以得到显式动态分析中所用材料特性的详细资料。也可参看《ANSYS Element Reference》，它对每种单元作了详细的描述，包括单元的输入输出特性。

2.1  实体单元和壳单元

2.1.1 SOLID164

SOLID164 单元是一种 8 节点实体单元。缺省时，它应用缩减(单点)积分和粘性沙漏控制以得到较快的单元算法。单点积分的优点是省时， 并且适用于大变形的情况下。当然，也可以用多点积分实体单元算法(KEYOPT(1)=2)；关于SOLID164  的详细描述，请参见《ANSYS  Element  Reference》和《LS-DYNA Theoretical Manual》中的§3.3节。如果担心沙漏现象， 比如泡沫材料，可采用多点积分算法，因为它无需沙漏控制；计算结果要好一些。但要多花大约 4  倍的CPU 时间。

楔形、锥型和四面体单元是六面体单元的退化产物(例如，一些节点是重复的)。这些形状在弯曲时经常很僵硬，有些情况下还有可能产生问题。因此，应尽量避免使用这些退化形状的单元。

对于实体单元可采用下列材料模型：

·各向同性弹性

·正交各向异性弹性

·各向异性弹性

·双线性随动强化

·塑性随动强化

·粘弹性

·Blatz-ko 橡胶

·双线性各向同性

·幂律塑性

·应变率相关塑性

·复合材料破坏

·混凝土破坏

·地表材料

·分段线性塑性

·Honeycomb 蜂窝材料

·Mooney-Rivlin 橡胶

·Barlat 各向异性塑性

·弹塑性流体动力

·闭合多孔泡沫

·低密度泡沫

·粘性泡沫

·可压缩泡沫

·应变率相关幂律塑性

·Johnson-Cook 塑性

·空材料

·Zerilli-Armstrong

·Bamman

·Steinberg

·弹性流体

2.1.2 SHELL163

SHELL163 单元有 12 中不同的算法。用 KEYOPT(1)来定义所选的算法。和实体单元一样，积分点的个数直接影响着 CPU 时间。因此，对于一般的分析而言，建议使用缺省积分点个数。以下将概述 SHELL163 单元的不同算法。

2.1.3  通用壳单元算法

·Belytschko-Tsay(KEYOPT(1)=0 或 2)——缺省

——速度快，建议在多数分析中使用

——使用单点积分

——单元过度翘曲时不要使用

·Belytschko-Wong-Chiang(KEYOPT(1)=10) 

——比 Belytschko-Tsay 慢 25%

——使用单点积分

——对翘曲情况一把可得到正确结果

Belytschko-Leviathan(KEYOPT(1)=8) 

——比 Belytschko-Tsay 慢 40%

——使用单点积分

——自动含有物理上的沙漏控制

·Hughes-Liu(KEYOPT(1)=1 ，6 ，7 ，11)有 4 种不同的算法，它可以将节点偏离单元的中面。

KEYOPT(1)=1  一般型 Hughes-Liu，使用单点积分，比 Belytschko-Tsay  慢250%。

KEYOPT(1)=11 快速Hughes-Liu，使用单点积分，比Belytschko-Tsay 慢 150%。

KEYOPT(1)=6S/RHughes-Liu，有 4 个积分点，没有沙漏，比 Belytschko-Tsay慢 20 倍。

KEYOPT(1)=7  S/R  快速 Hughes-Liu，有 4   个积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay 慢 8.8 倍。如果分析中沙漏带来麻烦的话，建议使用此算法。

KEYOPT(1)=12 全积分 Belytschko-Tsay 壳。在平面内有四个积分点，无需沙漏控制。通过假设的横向剪切应变可以矫正剪切锁定。但是它比单点Belytschko-Tsay 慢 2.5 倍，如果分析中担心沙漏的话，建议使用此方法。

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