LS-Dyna小球冲击1-LSPP前后处理

LS-PrePost结果后处理，小球把铝板砸出一个坑

案例介绍

本文的案例来自B站 - Ansys中国 官方号分享的LS-DYNA Demo，小球跌落冲击。BV1Rw411R72m. 官号视频使用的是LS-Prepost前处理器。

LS-Prepost这个工具……你说它功能强大，那确实非常强大。但在基础功能的使用体验上，真的是一言难尽。感觉有非常多不必要的操作，需要让用户花很多不必要的心力。

那从今天这篇推送开始，就用几款不同的前处理软件来复现一下这个模型，顺便比较一下各款软件做LS-Dyna前处理时哪一个更好用。

本系列会分成多篇推送。考虑到篇幅，这篇就只介绍使用LS-Prepost的前处理步骤。本文虽然写的已经很详细，但读者如果想跟着操作下来，还是可以参考一下B站的原视频。链接可以点击文末 阅读原文 访问。

首先调整一下默认设置。要不然这些图标是干啥的都认不清……

定义网格

右侧工具栏，这界面其实也可以算是竖版的Ribbon风格吧，反正异曲同工，比纯文字菜单还是方便一些。因为几何简单，所以可以直接用ShapeMesher生成网格。

Shape Mesher里面自带 4N Shell，定义四个顶点坐标，两个方向的单元数、以及Target Name对象名称，就可以创建。 

（怎么说呢，倒也不是嫌它麻烦。就是用惯了SCDM以后，感觉这种为了非常单一的功能弄一个古老的填空式GUI的方式，真是很不舒服。）

反正稍微复杂一点的几何，也没人会直接用LS-Prepost建模，所以也无所谓了。

同样用Sphere Solid创建一个刚性球。定义半径、网格密度、球心位置即可。这里软件不会自动修改Target Name，需要用户手动去改（您哪怕自动给我加个后缀，或者恢复初始设置也好啊）。好在至少Target Part ID还知道自动改成2.

毕竟是专用工具直接自动创建的，必须承认这个球网格画的正经不错。

材料和截面关键字

LS-Prepost其实就相当于一个高级一点的关键字编辑器。即使是一些很基础的有限元功能，都通过Keyword Manager直接编辑关键字来实现。在Model-Keywrd 窗口，显示了模型中现有的关键字。也可以改为显示全部关键字。（Keywrd这种英文缩写……这种显示器分辨率不足时期带过来的好习惯我就不多吐槽了。反正都能看懂）

切换到 All。在一大堆按字母顺序排列的关键字中找到MAT 材料。展开。

在毫无逻辑顺序，大概是按历史上材料被开发出来的顺序排列的编号中，找到我们要使用的材料编号：PLASTIC_KINEMATIC

输入材料参数。输入之前……我们要手动点击一下左上角NewID，它才会给你创建一个新的材料ID编号。

至于单位制？别妄想了，不可能有的。同样软件也不会给你内置材料库。毕竟高级的LS-Dyna企业用户都是自带Dyna材料卡片数据库的。

好在，填空的每一个空下方还是会提示你这个关键字的含义。就是光标旁边的废话提示语“Enter data into text field” 感觉有点多余。

毕竟是强大的LS-Dyna。塑性本构模型里面，除了常见的密度、弹性模量、泊松比，以及屈服应力、屈服后的切线模量以外，还可以考虑应变率的影响。SRC参数说的就是公式里的C。

从DYNAmore召开的网络研讨会视频中可以感受到，他们是真的一直在搞很前沿但同时又很落地的计算力学。Beyond FEA系列讲座介绍了Dyna里面引入的各类新算法。……说跑题了。

创建好铝板，来创建球的材料。这里小球可以看成刚体。依然不知道为啥刚体材料编号要放在20。如果是一位没有LS-Dyna使用经验的用户，上来就连找个刚体模型都得翻半天……（但这位用户可能之前用过Abaqus Explicit或者Radioss呢。可能用户做前后处理的使用体验完全不关LS-Dyna开发组的事吧。）

刚体材料，弹性模量和泊松比数值是为了计算接触罚系数。

（对了在这里还有一个疑惑之处。窗口右上角明明有个x，LS-Prepost一定要把它禁用，然后让你点击Done。如果你没有先Accept再Done的话，它还会检查并提示你说你没保存。）

接着就是壳的截面属性。

SECTION_SHELL的定义界面如下。虽然ELFORM选项也是多到让人眼花缭乱，但不得不佩服LS-Dyna，壳单元的类型有这么多，编号最高达到了47（实际中间编号有跳跃）。编号41往后的EFG(Mesh-free Galerkin)单元类型，在前面截图中 YouTube 2021年的研讨会上有介绍。

当然，壳单元的单元类型和实体单元比起来，那是小巫见大巫。实体单元类型编号最大有三位数甚至四位数（当然编号中间同样有跳跃）。就是不知道为啥壳单元ELFORM这里是填空，到实体单元这里就是下拉菜单选择了。而且都给下拉菜单了，里面的选项还是只有数字。这开发组还真是……任性。

定义好了材料和截面，该赋予属性了。还是在这个填空的界面里完成。想要一个像ANSYS Workbench那样的模型树和属性窗口，看来也是个奢望。

这里改完以后记得点Accept。否则它不会自动保存的。

边界条件与分析设置

边界条件：

其实Keywrd里面也有Boundary关键字。但这里终于用到了另一个工具：CreEnt，全名Create Entity。这个工具里面……包含了约束、载荷、接触、梁截面、阻尼等等各种对象。

创建SPC。好吧，用过Nastran和OptiStruct的我知道SPC表示Single Point Constraints，单点约束，就是位移边界条件的意思。选择点这里，可以用By Path.

初始速度：

定义好了铝板四个边的约束，接下来定义球的初始速度。

又是我们的老朋友，Keyword Manager。可真省事儿，啥功能都用这一个窗口搞定了。找到INITIAL_VELOCITY_RIGID_BODY。刚体的初速度定义还得用专门的关键字。

接触：

接下来定义接触。Dyna里面的接触功能可真的是太丰富了。这里案例用的是最简单的SURFACE_TO_SURFACE，主面和从面使用Part ID来定义。

2023版本了，LS-Dyna接触面的主从还在用Master和Slave。这“政治不正确”啊

终止时间：

还需要定义终止时间。这个关键字叫CONTROL_TERMINATION。和一大堆CONTROL关键字放在一起，字母顺序排列。你要是背不下来，就慢慢翻去吧。在这里定义终止时间。

也可以在CONTROL_TIMESTEP里面定义时间步。但这个案例里面暂时不需要。

输出设置：

在DATABASE_BINARY_D3PLOT关键字，设置输出的时间步。可以定义DT，也可以定义NPLTC。NPLTC就是输出时间步的数量，会覆盖DT设置。

在DATABASE_ASCII_option中，设置输出GLSTAT（全局统计数据）、MATSUM（材料能量数据）、RCFORC（界面反力信息）。

终于都设置好了。保存，打开对应的.k文件：

真的干干净净，没有多余的注释，就是刚才编辑的那些关键字。关键字们甚至还是按字母顺序排列的。最后面是单元和节点的定义。

运行计算与结果

LS-Prepost里面的运行命令，在File菜单下。倒也不是不能理解，毕竟写出.k文件以后，是使用LS-Run界面来跑分析的。

启动以后，可以看到时间步在推进。

计算结束。在LS-Run界面上点击LSPP，可以读取结果文件启动后处理。

等效塑性应变云图动画。可以看出在这个初速度条件下，小球把铝板砸出一个凹陷，但还没穿透。

如果我们修改初速度，把冲击速度翻倍：（这次是von-mises应力动画）‍

虽然还是不会穿透，但这次能砸出一个坑了。

（如果你较真的话，会觉得这不符合质量守恒定律呀。毕竟这里用的本构模型，是应变达到破坏阈值就删除单元）

简单总结

整个建模顺序上，就是有限元仿真的常见步骤：1）几何与网格；2）定义材料；3）定义截面；4）将材料和截面赋予给单元；5）定义接触关系；6）约束边界条件、赋予初始速度；7）时间步和输出设置；8）提交计算；9）查看结果。

这些步骤没啥，列出来大家都好理解。但要命的是，LS-Prepost这东西不像ANSYS或者Abaqus，它完全就没有任何提示。你前面需要定义什么，后面还需要做什么，有什么东西定义好了，什么东西还没，这一切都需要你自己心里有数。所有的关键字就那么按字母表顺序依次排开，完全没有逻辑、没有道理。

都无法评价LS-Prepost软件界面的设计。因为在我看来，这界面根本就没有过设计，属于是能用就行了。它本来可以直接让我们对着记事本写关键字的，现在还给我们开发了一个能填空、能显示图形的GUI，这套GUI里面还有很多针对LS-Dyna高级功能定制开发的小工具，就感恩戴德的用去吧。

用过LS-Prepost以后，我觉得HyperMesh都是如此的亲切。我再也不会怪罪HyperMesh默认界面上没有流程提示了。之前我还觉得Abaqus的界面相比ANSYS Workbench来说十分难用，看来还是我太年轻。和LS-Prepost一比，Abaqus那流程清晰的图形界面简直就是上天带来的恩赐。