ANSYSLSDYNA显式动力学培训手册汇总培训课件

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual培训安排培训安排第第1 1天天概述、单元、概述、单元、partpart定义定义第第2 2天天载荷边界、求解控制、后处理载荷边界、求解控制、后处理第第3 3天天材料、接触材料、接触第第4 4天天重启动、显式隐式连续求解、隐式显式连续求解重启动、显式隐式连续求解、隐式显式连续求解第第5 5天天跌落分析、总结、讨论跌落分析、总结、讨论2ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual培训目标和方式培训目标和方式培训目标培训目标:判断问题属于显式求解或隐式求解的能力。判断问题属于显式求解或隐式求解的能力。熟练利用熟练利用ANSYS/LS-DYNA完成显式动力学分析的过程。完成显式动力学分析的过程。获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验培训方式培训方式:培训手册培训手册和和习题集习题集是这套幻灯的拷贝文档。是这套幻灯的拷贝文档。习题集的练习用来强化每一章所学习的内容。习题集的练习用来强化每一章所学习的内容。3ANSYSLSDYNA式力学培手册概述概述第第1-1章章4ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual概述概述 本章目标本章目标本章包括显式动力学和本章包括显式动力学和ANSYS/LS-DYNA 程序的背景、应用程序的背景、应用、理论以及概理论以及概述。述。主题主题:A.什么是什么是 ANSYS/LS-DYNA?B.ANSYS/LS-DYNA的应用的应用C.隐式和显式方法的比较隐式和显式方法的比较D.临界时间步临界时间步E.文件系统文件系统 F.习题习题5ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual概述概述 A.什么是什么是 ANSYS/LS-DYNA?显式动力学有限元程序的基本目标显式动力学有限元程序的基本目标用来求解高度非线性瞬态动力学问题用来求解高度非线性瞬态动力学问题对大范围的接触类型有效对大范围的接触类型有效丰富先进的材料模型丰富先进的材料模型强大的大变形分析能力强大的大变形分析能力ANSYS 和和LS-DYNA 程序的无缝结合程序的无缝结合将将LS-DYNA 求解器完全集成到求解器完全集成到 ANSYS程序中程序中所有的前后处理使用所有的前后处理使用ANSYS标准格式标准格式GUI 完全类似于通用完全类似于通用ANSYS程序程序支持隐式显式顺序求解能力支持隐式显式顺序求解能力6ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual概述概述 什么是什么是 ANSYS/LS-DYNA?完美的显式和隐式求解技术的结合完美的显式和隐式求解技术的结合ANSYS 前后处理前后处理:所有的显式动力学特定的命令有所有的显式动力学特定的命令有EDxx前缀前缀用户化用户化ANSYS GUI能有效的执行显式问题能有效的执行显式问题支持所有的固体建模和布尔操作支持所有的固体建模和布尔操作允许直接输入允许直接输入IGES,Pro/E,ACIS,Parasolid等几何模型等几何模型支持所有的支持所有的ANSYS自由网格划分技术自由网格划分技术可以使用可以使用APDL 和优化设计和优化设计支持所有的通用后处理器特性和动画宏支持所有的通用后处理器特性和动画宏专业的时间历程后处理器专业的时间历程后处理器LS-DYNA 求解器求解器市场上最快的显式求解器市场上最快的显式求解器比其他任何显式程序具有更多的特性比其他任何显式程序具有更多的特性完全版本的完全版本的 LS-DYNA(带有气囊，空气包带有气囊，空气包,安全带安全带,炸药模型等炸药模型等)完全版的完全版的LS-POST后处理器后处理器7ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual概述概述 B.ANSYS/LS-DYNA 的应用的应用 防撞性分析防撞性分析ANSYS/LS-DYNA 适合波的传播分析适合波的传播分析:整车碰撞整车碰撞 汽车部件分析汽车部件分析所有汽车工业的碰撞所有汽车工业的碰撞轿车轿车卡车卡车公共汽车公共汽车火车火车轮船轮船航行器航行器8ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual制造过程的模拟制造过程的模拟 深拉深拉 液压成形液压成形 超弹成形超弹成形 轧制轧制 挤压挤压 冲压冲压 加工加工 钻钻所有的这些成形过程可以利用所有的这些成形过程可以利用LS-DYNA 程序的质量缩放和变化工程序的质量缩放和变化工具速度功能来模拟具速度功能来模拟概述概述 ANSYS/LS-DYNA 的应用的应用9ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual管碰撞管碰撞(ANSYS News 3/93):带有带有50 rad/sec旋转角速度的管的碰撞旋转角速度的管的碰撞CPU 时间时间(SGI Octane R12000)Write Jobname.KJobname.RST与标准的与标准的ANSYS .RST类似的显式动力学结果文件类似的显式动力学结果文件主要用来在通用后处理器主要用来在通用后处理器ANSYS postprocessor(POST1)中查看结果中查看结果包括相对少的时间步结果包括相对少的时间步结果(e.g.,10-1000)20ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualANSYS/LS-DYNA 运行过程中产生的运行过程中产生的ANSYS文件的描述文件的描述(继续继续):Jobname.HISPOST26 中使用的显式动力学时间历程结果文件中使用的显式动力学时间历程结果文件包含模型中节点或单元子集的结果包含模型中节点或单元子集的结果通常比通常比 Jobname.rst 包含更多时间步的结果信息包含更多时间步的结果信息时间历程时间历程 ASCII 输出文件输出文件包含显式分析的附加信息的特定文件包含显式分析的附加信息的特定文件用户在求解前定义要输出的文件用户在求解前定义要输出的文件(EDOUT command)ASCII 输出文件输出文件(一些通过一些通过 POST26 中中EDREAD命令可以获得的命令可以获得的)包括包括:GLSTAT:总体统计和能量总体统计和能量MATSUM:材料能量总结材料能量总结(基于基于 Part ID 号号)SPCFORC:单点单点(节点节点)约束反作用力约束反作用力RCFORC:接触面反作用力接触面反作用力RBDOUT:刚体数据刚体数据NODOUT:节点数据节点数据ELOUT:单元结果单元结果etc.概述概述 文件系统文件系统21ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual概述概述 文件系统文件系统在显式求解过程中可以生成下面两个文件用于在显式求解过程中可以生成下面两个文件用于ANSYS/LSDYNA附带的附带的 LS-POST后处理后处理:D3PLOT:类似于类似于 ANSYS Jobname.RST 的二进制结果文件的二进制结果文件D3THDT:类似于类似于ANSYS Jobname.HIS 的时间历程结果文件的时间历程结果文件LS-POST可以识别所有的由可以识别所有的由LS-DYNA 生成的生成的 ASCII 时间历程输出文件时间历程输出文件22ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual概述概述F.习题习题1-1这个习题包括下面问题这个习题包括下面问题:练习练习1-1.方盒的跌落试验方盒的跌落试验23ANSYSLSDYNA式力学培手册单元单元第第1-2章章24ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual 单元单元 本章目标本章目标本章包括理解和定义本章包括理解和定义ANSYS/LS-DYNA单元单元主题主题:A.了解显式动力学单元家族了解显式动力学单元家族B.缩减积分缩减积分C.沙漏沙漏D.定义定义 ANSYS/LS-DYNA 单元单元E.LINK160 -3-D Spar(Truss)F.BEAM161 -3-D BeamG.PLANE162 -2-D SolidH.SHELL163 -3-D Thin Shell25ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual 单元单元 本章目标本章目标主题主题（继续（继续):I.SOLID164 -3-D 8-node BrickJ.COMBI165 -3-D Spring or DamperK.MASS166 -3-D Mass L.LINK167 -3-D CableM.单元使用指导单元使用指导N.单元习题单元习题26ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 A.显式动力学单元概述显式动力学单元概述ANSYS/LS-DYNA 程序可以定义程序可以定义8种不同的单元种不同的单元:LINK160:3-D 显式杆单元显式杆单元(类似于类似于 LINK8)BEAM161:3-D 显式梁单元显式梁单元(类似于类似于 BEAM4)PLANE162:2-D 显式平面体单元显式平面体单元(类似于类似于 PLANE42)SHELL163:3-D 显式薄壳单元显式薄壳单元(类似于类似于 SHELL181)SOLID164:3-D 显式体单元显式体单元(类似于类似于 SOLID185)COMBI165:3-D 显式弹簧阻尼单元显式弹簧阻尼单元(类似于类似于 COMBIN14)MASS166:3-D 显式结构质量单元显式结构质量单元(类似于类似于 MASS21)LINK167:3-D 显式索单元显式索单元(类似于类似于 LINK10)除除2-D PLANE162外外(平面应力，平面应变或轴对称平面应力，平面应变或轴对称)，其它显式单元其它显式单元都是三维单元都是三维单元27ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 显式动力学单元概述显式动力学单元概述显式单元族在以下方面与显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同隐式单元明显不同:每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式 ANSYS中，不同的单元类中，不同的单元类型仅仅适用于特定的材料模式，如超弹单元型仅仅适用于特定的材料模式，如超弹单元(HYPER56,58,74)和粘弹单元和粘弹单元(VISCO106,108),尽管现在新的尽管现在新的18X 隐式单元允许多种材料选项。隐式单元允许多种材料选项。大多数显式单元有许多不同的算法，如大多数显式单元有许多不同的算法，如SHELL163最多有最多有12种算法种算法。历史上，历史上，隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字(如如SHELL43 和和 63),但是现在新但是现在新的的18X隐式单元正向这个趋势发展。隐式单元正向这个趋势发展。28ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual显式单元族在以下方面与显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同隐式单元明显不同:(续续):显式单元支持显式单元支持ANSYS/LS-DYNA所允许的所有非线性选项所允许的所有非线性选项。所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移函数函数。在在ANSYS/LS-DYNA中，没有带有额外形函数和中间节点的单元及中，没有带有额外形函数和中间节点的单元及P-单元。单元。每种显式单元缺省为单点积分单元。每种显式单元缺省为单点积分单元。单元单元 显式动力学单元概述显式动力学单元概述29ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 B.缩减积分算法缩减积分算法缩减积分单元缩减积分单元 是使用最少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心是使用最少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心有一个积分点有一个积分点，一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点，但沿着壳的一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点，但沿着壳的厚度可以设置多个积分点。厚度可以设置多个积分点。全积分单元全积分单元 主要用于隐式主要用于隐式ANSYS中。中。在在ANSYS/LS-DYNA中，全积分中，全积分体单元有体单元有8个积分点，全积分壳单元有个积分点，全积分壳单元有4个平面内积分点（沿着壳的厚度个平面内积分点（沿着壳的厚度有多组积分平面）。有多组积分平面）。缩减积分通过减小单元处理时间来减少缩减积分通过减小单元处理时间来减少CPU时间，所以缩减积分通常是时间，所以缩减积分通常是ANSYS/LS-DYNA中缺省的形式。中缺省的形式。30ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 缩减积分算法缩减积分算法除了节省除了节省CPU 时间，单点积分单元有利于大变形分析。时间，单点积分单元有利于大变形分析。ANSYS/LS-DYNA 单元能经历比单元能经历比ANSYS 单元大得多的变形。单元大得多的变形。缩减积分单元有两个主要的缺点缩减积分单元有两个主要的缺点可能出现零能模式的变形可能出现零能模式的变形(沙漏沙漏)应力结果的精度直接与积分点的个数相关应力结果的精度直接与积分点的个数相关31ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 C.沙漏沙漏 沙漏沙漏 是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。沙漏沙漏模式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们通模式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们通常没有刚度，变形呈现锯齿形网格。常没有刚度，变形呈现锯齿形网格。单点单点(缩减缩减)积分单元将产生零能模式积分单元将产生零能模式在分析中沙漏变形的出现使结果无效，所以应尽量减小和避免在分析中沙漏变形的出现使结果无效，所以应尽量减小和避免如果总体沙漏能超过模型总体内能的如果总体沙漏能超过模型总体内能的10%，那么分析可能就是无效的。关于那么分析可能就是无效的。关于沙漏能以后会讨论沙漏能以后会讨论(GLSTAT 和和 MATSUM文件文件)，有时侯甚至有时侯甚至 5%的沙漏也的沙漏也是不允许的。是不允许的。32ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单点积分实体单元的零能模式单点积分实体单元的零能模式:有必要控制零能模式有必要控制零能模式沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式单元单元 沙漏沙漏 33ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏 在在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到周围的单元，所以不要施加单点载荷。如果可能，尽量将载荷如同压力那样施加周围的单元，所以不要施加单点载荷。如果可能，尽量将载荷如同压力那样施加到多个单元上。到多个单元上。细化网格通常减少沙漏，但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增细化网格通常减少沙漏，但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增大。大。全积分单元可以避免沙漏，但根据不同应用，要以求解速度，求解能力甚至求解全积分单元可以避免沙漏，但根据不同应用，要以求解速度，求解能力甚至求解精度为代价。另一种选择，可以在网格划分时，分散一些全积分的精度为代价。另一种选择，可以在网格划分时，分散一些全积分的“种子种子”单元单元于模型中从而减少沙漏。于模型中从而减少沙漏。PLANE162无全积分模式，梁单元不需要全积分。无全积分模式，梁单元不需要全积分。34ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏在在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏(续续)总体总体 调整模型的调整模型的体积粘度体积粘度可以减少沙漏变形。可以通过可以减少沙漏变形。可以通过EDBVIS命令的线性命令的线性或二次系数来增加模型的体积粘度或二次系数来增加模型的体积粘度:Solution Analysis Options Bulk Viscosity 不推荐过大改变不推荐过大改变 EDBVIS命令的缺省值命令的缺省值(1.5 and.06)，因为它将对总体因为它将对总体结构产生相反的效应。结构产生相反的效应。粘性沙漏控制推荐用于快速变形粘性沙漏控制推荐用于快速变形的问题中（例如激振波）的问题中（例如激振波）可用的单元包括可用的单元包括PLANE162 和和 SOLID164.35ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏 在在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏(续续)总体总体 增加增加 弹性刚度弹性刚度 来减少沙漏来减少沙漏.可以通过可以通过EDHGLS 命令的沙漏系数命令的沙漏系数(HGCO)来实现整体模型的沙漏控制来实现整体模型的沙漏控制:Solution Analysis Options Hourglass Ctrls Global 当增加沙漏系数时必须谨慎，因为大于当增加沙漏系数时必须谨慎，因为大于0.15的值会过分刚化变形过程中的的值会过分刚化变形过程中的响应并导致不稳定。响应并导致不稳定。刚度沙漏控制推荐用于低速变形问刚度沙漏控制推荐用于低速变形问题题（如金属成型安定碰撞中）如金属成型安定碰撞中）适用的单元包括适用的单元包括PLANE162,SHELL163,and SOLID164.36ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 沙漏沙漏 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏中控制沙漏(续续)在模型的关键部位在模型的关键部位局部局部 减少沙漏而对模型的总体刚度没有过大的影响。减少沙漏而对模型的总体刚度没有过大的影响。EDMP,HGLS 命令被用来对命令被用来对特定材料特定材料施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙漏控制施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙漏控制类型（粘性或刚度）、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数类型（粘性或刚度）、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数:Solution Analysis Options Hourglass Ctrls Local LS-DYNA 局部施加沙漏控局部施加沙漏控制是基于制是基于Part 号（不是基号（不是基于材料号于材料号),所以任何带有特所以任何带有特定材料的定材料的Part 将有这种沙将有这种沙漏控制漏控制。VAL1=5 通常用来定义减少通常用来定义减少沙漏。沙漏。37ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 D.定义定义 ANSYS/LS-DYNA 单元单元 使用标准的使用标准的ANSYS方法定义显方法定义显式式动力学单元动力学单元:从从ANSYS GUI 过滤器选择过滤器选择 LS-DYNA ExplicitANSYS Main Menu Preferences 选择选择 LS-DYNA Explicit 将在目前的分析中将将在目前的分析中将单元限制于显式单元家族单元限制于显式单元家族。必须记住，显式和隐式单元不能在一个分析中必须记住，显式和隐式单元不能在一个分析中同时使用。同时使用。如果在同一个模型中定义了隐式单元，那么当如果在同一个模型中定义了隐式单元，那么当执行执行SOLVE命令时，分析将自动被中止。命令时，分析将自动被中止。38ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 定义定义 ANSYS/LS-DYNA 单元单元 增加单元类型增加单元类型:Preprocessor Element type Add/Edit/Dele.可以用标准的格式定义关键选项和实常数可以用标准的格式定义关键选项和实常数设置设置LS/DYNA选项后，可选单元选项后，可选单元将被限制于显将被限制于显式式单元单元(160 167)39ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 E.LINK160 -3-D 杆杆(Truss)3-D 杆单元只能承受轴向载荷杆单元只能承受轴向载荷用三个节点定义单元用三个节点定义单元第三个节点用来定义初始杆方向第三个节点用来定义初始杆方向40ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 F.BEAM161 -3-D 梁梁3-D 梁单元适用于刚体旋转，因为它不产生应变梁单元适用于刚体旋转，因为它不产生应变用三个节点定义单元用三个节点定义单元第三个节点用来定义梁的方向第三个节点用来定义梁的方向可以定义许多标准的梁横截面可以定义许多标准的梁横截面41ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 G.PLANE162 -2-D 体体PLANE162 2-D,4-节点体节点体 3节点三角形单元节点三角形单元(不推荐不推荐)仅支持仅支持 Lagrangian 算法算法 UX,UY,VX,VY,AX,AY 自由度自由度 对于轴对称模式，对于轴对称模式，Y 轴轴=对称轴对称轴 不允许混用不允许混用2D 和和3D 单元类型单元类型 不允许全积分选项不允许全积分选项PLANE162 KEYOPT 设置设置:Keyopt(2)面积加权或体积加权面积加权或体积加权(AXISYM)Keyopt(3)平面应力，轴对称或平面应变平面应力，轴对称或平面应变在给定的分析中仅仅可以使用一种在给定的分析中仅仅可以使用一种2-D类型类型(如在一个模型中不能同时如在一个模型中不能同时轴对称和平面应力单元轴对称和平面应力单元)IJKLSHELL162:2-D PLANAR SOLIDxy42ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 PLANE162 -2-D 体体在在X-Y 平面建立平面建立PLANE162 单元单元PLANE162单元不要定义实常数单元不要定义实常数 支持许多材料模式支持许多材料模式(如塑性，复合材料如塑性，复合材料，Mooney-Rivlin橡胶材料橡胶材料)RSYS 支持位移和应力（不包括应变）支持位移和应力（不包括应变）Lagrangian 算法基于大应变理论算法基于大应变理论，根据此理论实体被离散化，并且当，根据此理论实体被离散化，并且当网格随时间物理变形时几何体不断更新。该算法同样使用于隐式网格随时间物理变形时几何体不断更新。该算法同样使用于隐式ANSYS中。中。43ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 H.SHELL163 -3-D 薄壳薄壳SHELL163 有有 12 种不同的单元算法种不同的单元算法，重要的包括重要的包括:Belytschko-Tsay(BT,KEYOPT(1)=0 or 2,缺省缺省):简单壳单元简单壳单元 非常快非常快(相对速度相对速度=1.0)翘曲时易出错翘曲时易出错Belytschko-Wong-Chiang(BWC,KEYOPT(1)=10):相对速度相对速度=1.28*BT 设用于翘曲分析设用于翘曲分析 推荐使用推荐使用Belytschko-Leviathan(BL,KEYOPT(1)=8):相对速度相对速度=1.25*BT 较新，仍在开发中较新，仍在开发中 第一个有物理沙漏控制的单元第一个有物理沙漏控制的单元 (对于对于EDMP,HGLS,Mat,Val1无参数无参数)S/R co-rotational Hughes-Liu(S/R CHL,KEYOPT(1)=7):没有沙漏控制的壳没有沙漏控制的壳 相对速度相对速度=8.84*BT44ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 SHELL163 -3-D Thin Shell单元算法单元算法BT,BWC,BL 仅适用于平面内单点积分仅适用于平面内单点积分，而而 S/R CHL 用于平面用于平面内内4点积分。点积分。所有的壳单元沿着厚度方向有任意多数目的积分点所有的壳单元沿着厚度方向有任意多数目的积分点(NIP)。对于弹性行为对于弹性行为NIP=2(缺省缺省)对于塑性行为，对于塑性行为，3 NIP Output Controls Integ Pt Storage EDINT,SHELLIP,BEAMIP SHELLIP 是输出中壳的积分点数目是输出中壳的积分点数目 SHELLIP 3 每一个积分点与一个每一个积分点与一个LAYER 相关相关 缺省值是缺省值是 3(顶层，中层和底层顶层，中层和底层)BEAMIP是输出的梁积分点数目是输出的梁积分点数目46ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualCPU factor 2.45*BTKEYOPT(1)=11 integration pointnormal CSco-rotational CS标准标准“全缩减全缩减”选择性选择性“全积分全积分”CPU factor 1.49*BTKEYOPT(1)=111 integration pointCPU factor 20.01*BTKEYOPT(1)=64 integration pointsCPU factor 8.84*BTKEYOPT(1)=74 integration points这个算法类似于这个算法类似于SHELL143算法算法单元单元 SHELL163 -3-D Thin Shell有有4种种 Hughes-Liu 壳单元算法壳单元算法:47ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 SHELL163 -3-D Thin Shell 对于三角形壳单元有两种算法对于三角形壳单元有两种算法:C0 三角形壳三角形壳(KEYOPT(1)=4)基于基于 Mindlin-Reissner 平板理论平板理论此算法刚度偏大，不推荐用于整个壳体网格中此算法刚度偏大，不推荐用于整个壳体网格中BCIZ 三角形壳三角形壳(KEYOPT(1)=3)基于基于 Kirchhoff 平板理论平板理论较慢较慢在混合网格中在混合网格中,C0 三角形单元通常比退化的三角形单元通常比退化的4节点单元算法更好。所以当混合划节点单元算法更好。所以当混合划分（自由划分）通常使用下面的命令：分（自由划分）通常使用下面的命令：EDSHELL,ITRSTITRST=1:退化的四边形单元被当作三角形单元（缺省）退化的四边形单元被当作三角形单元（缺省）ITRST=2:退化的四边形单元保持不变退化的四边形单元保持不变Preprocessor Shell Elem Ctrls Triangular Shell Sorting Full Sorting OK48ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 SHELL163 -3-D Thin Shell 有两种膜单元算法有两种膜单元算法:Belytschko-Tsay-膜膜(KEYOPT(1)=5):单点积分的膜单元单点积分的膜单元全积分全积分 Belytschko-Tsay-膜膜(KEYOPT(1)=9):具有具有4点积分的膜单元点积分的膜单元全积分全积分 Belytschko-Tsay 壳壳(KEYOPT(1)=12):不需要沙漏控制不需要沙漏控制对横向剪切，假设的小应变弥补了剪切锁定对横向剪切，假设的小应变弥补了剪切锁定平面内平面内4点积分点积分(2 X 2 积分积分)，但速度仍然很快但速度仍然很快比缩减积分的比缩减积分的Belytschko-Tsay 壳慢壳慢2.5 倍倍当沙漏模式难以控制时推荐使用当沙漏模式难以控制时推荐使用在每一层的单元中心平均各层应力结果在每一层的单元中心平均各层应力结果49ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 I.SOLID164 -3-D 8-node 实体实体极力极力反对反对用退化的四面体网格用退化的四面体网格一个完全四面体网格甚至不能运行一个完全四面体网格甚至不能运行对显式动力学单元使用映射网格对显式动力学单元使用映射网格拖拉生成的三棱柱单元可以接受拖拉生成的三棱柱单元可以接受尽可能保持接近于立方体的实体形状尽可能保持接近于立方体的实体形状50ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 SOLID164 -3-D 8-node 实体实体有两种实体单元算法有两种实体单元算法:单点积分实体单点积分实体(整个单元中常应力整个单元中常应力)缺省形式缺省形式对于单元大变形单元非常快和有效对于单元大变形单元非常快和有效通常需要沙漏控制来阻止沙漏模式通常需要沙漏控制来阻止沙漏模式全积分实体全积分实体(2x2x2 积分积分)比较慢，但无沙漏比较慢，但无沙漏对于高的泊松比时会同时出现剪切锁定和体积锁定，得到比较差的结果对于高的泊松比时会同时出现剪切锁定和体积锁定，得到比较差的结果精度比缺省算法对单元形状更敏感精度比缺省算法对单元形状更敏感在特定区域被选用来降低病态效应在特定区域被选用来降低病态效应51ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 J.COMBI165 -3-D 弹簧或阻尼弹簧或阻尼使用两个节点和离散的材料模式来定义使用两个节点和离散的材料模式来定义能与其它所有显式单元连接能与其它所有显式单元连接具有平动和转动自由度具有平动和转动自由度能定义复杂的力位移关系能定义复杂的力位移关系不象不象COMBIN14,弹簧和阻尼必须是不同的单元弹簧和阻尼必须是不同的单元由于只能同时定义一个弹簧或阻尼选项，所以定义弹簧阻尼集合体时需要重叠由于只能同时定义一个弹簧或阻尼选项，所以定义弹簧阻尼集合体时需要重叠定义两个单元定义两个单元52ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 K.MASS166 -3-D 质量质量MASS166 是一个有是一个有9个自由度的单点质量单元个自由度的单点质量单元:在在x,y,z方向的平动、速度、加速度方向的平动、速度、加速度 这个单元还有附加的选项用来定义无质量的转动惯量这个单元还有附加的选项用来定义无质量的转动惯量:KEYOPT(1)=0 无惯量的无惯量的3-D 质量质量:输入质量输入质量KEYOPT(1)=1 3-D 转动惯量转动惯量(无质量无质量):输入输入 6 个惯量值个惯量值这个单元用来调整例如汽车碰撞这样复杂模型的质量，其中许多组件（如座位，车这个单元用来调整例如汽车碰撞这样复杂模型的质量，其中许多组件（如座位，车灯，控制工具和假人等）未被建模（以质量单元替代）。灯，控制工具和假人等）未被建模（以质量单元替代）。53ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual单元单元 L.LINK167 -3-D 索索 三节点仅拉伸单元三节点仅拉伸单元第三个节点定义单元初始方向第三个节点定义单元初始方向用于索绳建模用于索绳建模 54ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual 单元单元 M.单元使用指导单元使用指导只要可能尽量避免小单元，因为它将大大减小时间步，从而增加求解时只要可能尽量避免小单元，因为它将大大减小时间步，从而增加求解时间。如果小单元不可避免，使用质量缩放（见第间。如果小单元不可避免，使用质量缩放（见第2-2章）。章）。减少使用三角形、四面体和棱柱单元，尽管程序支持，但不推荐使用减少使用三角形、四面体和棱柱单元，尽管程序支持，但不推荐使用。避免尖角单元和翘曲的壳，因为它们将降低结果精度。避免尖角单元和翘曲的壳，因为它们将降低结果精度。在需要沙漏控制的地方使用全积分单元，但是全积分六面体单元会导致在需要沙漏控制的地方使用全积分单元，但是全积分六面体单元会导致体积锁定（由于泊松比接近于体积锁定（由于泊松比接近于0.5）和剪切锁定（如剪支梁的弯曲）和剪切锁定（如剪支梁的弯曲）。55ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual 单元单元 N.练习练习1-2这个练习包括下面的问题这个练习包括下面的问题:练习练习1-2.显式动力学单元显式动力学单元56ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualPart 定义定义本章目的本章目的本章目的主要是了解本章目的主要是了解part的定义，学习在的定义，学习在ANSYS/LS-DYNA中如何定义和中如何定义和应用应用part.主要内容主要内容A.什么是什么是Part?B.在在ANSYS/LS-DYNA中如何使用中如何使用Part?C.如何对如何对Part进行创建，更新和列表？进行创建，更新和列表？D.使用使用Part的步骤的步骤E.Part的选择的选择F.Part的显示的显示G.Part集集H.Part定义的练习题定义的练习题58ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual PART 1:BALLMat 1:Si3N4 Ceramic Real 1Type 1:SOLID164PPART 2:PLATEMat 2:Steel Real 2 Type 2:SOLID164Part 定义定义A.什么是什么是Part?一个一个 Part 是指是指具有相同的单元类型，实常数和材料号组合的一个单元集具有相同的单元类型，实常数和材料号组合的一个单元集.可以说可以说,Part 是模型中的一个特定部分是模型中的一个特定部分.每个每个 Part 具有一个给定的参考具有一个给定的参考号号 Part ID,用于在后续用于在后续 ANSYS/LS-DYNA 命令中使用。命令中使用。为了说明在有限元分析中如何定义为了说明在有限元分析中如何定义 Part,参考球与平板接触的问题。描参考球与平板接触的问题。描述如下述如下,模型由两个模型由两个 part 组成组成:一个是球，一个是平板。一个是球，一个是平板。59ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training Manual例子：例子：Part 定义定义B.ANSYS/LS-DYNA中中Part的应用的应用由于由于 ANSYS/LS-DYNA 中许多命令要用到中许多命令要用到PART ID，因此因此PART 的定义在的定义在ANSYS/LS-DYNA 中十分重要。中十分重要。下面是一些需要下面是一些需要 Part ID的操作的操作:1.定义和删除两个实体之间的接触定义和删除两个实体之间的接触(EDCGEN 和和 EDCDELE 命令命令)2 定义刚体载荷和约束定义刚体载荷和约束,惯量属性和集合惯量属性和集合(EDLOAD,EDCRB,EDIPART,和和EDASMP 命令命令)3.读取时间历程材料数据读取时间历程材料数据(EDREAD 命令命令)4.向模型的组元施加阻尼向模型的组元施加阻尼(EDDAMP 命令命令)60ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualPart 定义定义C.创建、列表和更新创建、列表和更新 PartParts 是通过是通过EDPART命令来创建、列表和更新命令来创建、列表和更新菜单操作路径：菜单操作路径：Preprocessor LS-DYNA Options Parts Options在一个模型中创建在一个模型中创建Part，点击点击Ok即可，即可，Part IDs 会自动按顺序生成。会自动按顺序生成。61ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualPart 定义定义创建、列表和更新创建、列表和更新 Part对于每种单元类型对于每种单元类型,如果实常数或材料号如果实常数或材料号等属性发生变化等属性发生变化,这组单元将被赋这组单元将被赋以以新的新的PART ID。创建一个新的创建一个新的Part后后,它会自动在屏幕上列出。它会自动在屏幕上列出。也可通过也可通过EDPART命令列命令列出出Part表。表。Preprocessor LS-DYNA Options Parts Options62ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualPart 定义定义创建、列表和更新创建、列表和更新 Part在在Part表中表中,Part ID 号在号在 PART 一列中与一列中与 MAT,TYPE,和和REAL 号相对号相对应给出。应给出。从上面列表可见，存在两种从上面列表可见，存在两种Part标号标号USED(1)和和UNUSED(0)。一个一个 UNUSED Part ID 是指此是指此PART中已没有任何具有中已没有任何具有MAT、TYPE和和 REAL 的组合属性的单元。的组合属性的单元。UNUSED Parts 通常当单元被从模型中删通常当单元被从模型中删除后出现。除后出现。Part ID 列列 表表63ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualPart 定义定义创建、列表和更新创建、列表和更新 Part如果列表中显示有未用的如果列表中显示有未用的Part,当重新列表时这些当重新列表时这些Parts将被删除将被删除(EDPART,CREATE)。重建的列表删除了未使用的重建的列表删除了未使用的Parts的标号从而减的标号从而减少模型少模型Parts的总数。的总数。如果用如果用EDPART，CREATE命令重建命令重建 Parts列表，列表，Parts列表将被重写。列表将被重写。这将造成前面用命令（如这将造成前面用命令（如 EDLOAD)定义的定义的Part标号被修改。标号被修改。为了避免这类问题，可以更新为了避免这类问题，可以更新Part列表（不是重建）获取一个当前的列表（不是重建）获取一个当前的Part列表。列表。64ANSYSLSDYNA式力学培手册Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0Training ManualPart 定义定义创建、列表和更新创建、列表和更新 Part更新更新Part列表是在不改变现有列表顺序的情况下扩大现有的列表是在不改变现有列表顺序的情况下扩大现有的Part列表并且列表并且允许单元（具有唯一的允许单元（具有唯一的MAT、TYPE和和REAL号）加入现有的列表中。号）加入现有的列表中。更新列表使用更新列表使用EDPART，UPDATE命令命令Preprocessor LS-DYNA Options Parts Options65ANSYS