LS-DYNA使用指南中文版本

精选优质文档-倾情为你奉上第一章引言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-DYNAEDOUT ：定义LS-DYNA ASCII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ANSYSREXPORT ：把一个隐式分析得到的位移输出到ANSYS/LS-DYNAUPGEOM ：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-ArmstrongBammanSteinberg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/R Hughes-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。2.1.4 薄膜单元算法 Belytschko-Tsay薄膜（KEYOPT(1)=5）速度快，建议在大多数薄膜分析中使用缩减（单点）积分很好地用于关心起皱的纺织品（例如，大的平面压缩应力破坏较薄的纤维单元）全积分Belytschko-Tsay薄膜（KEYOPT(1)=9）明显的比通用薄膜单元慢（KEYOPT(1)=5）面内有四个积分点无沙漏2.1.5 三角型薄壳单元算法 C 0 三角型薄壳（KEYOPT(1)=4）单元基于Mindlin-Reissner平板理论该构型相当僵硬，因此不建议用它来整体划分网格使用单点积分BCIZ三角型薄壳（KEYOPT(1)=3）单元基于Kirchhoff平板理论比C 0 三角型薄壳单元慢使用单点积分ANSYS/LS-DYNA用户手册中有关SHELL163的描述对可用的壳单元算法作了完整的介绍。退化的四边形单元在横向剪切时易发生锁死。因此，应使用C 0 三角型薄壳单元（基于Belytschko和其合作者的工作），如果在同一种材料中把单元分类标记（ EDSHELL 命令的ITRST域）设置为1（缺省值），就可混合使用四边形和三角形单元。对于壳单元可使用以下材料模型：各向异性弹性正交各向异性弹性双线性随动强化塑性随动强化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分段线性塑性Mooney-Rivlin橡胶Barlat各向异性塑性3参数Barlat塑性横向各向异性弹塑性应变率相关幂律塑性横向各向异性FLDJohnson-Cook塑性Bamman注意 -当SHELL163单元使用Mooney-Rivlin橡胶材料模型时，LS-DYNA编码将自动使用Belytschko-Tsay算法的完全拉格朗日修正法来代替KEYOPT（1）指定的算法。程序选择的算法要求满足超弹材料的特殊需要。图2-1积分点 所有的壳单元算法沿厚度方向都可以有任意多个积分点。典型地，对于弹性材料沿厚度方向需要2个积分点，而对于塑性材料则需要3个或更多的积分点。沿厚度方向的积分点个数由第二实常数来控制：R ,NEST,R2,这里R2为积分点的个数（NIP）。壳单元使用三维平面应力本构子程序修正应力张量，使垂直于壳单元中面的正应力分量为零。积分点位于壳单元的质心垂线上，见图2-1。开始时每个节点的厚度方向与单元表面都是正交的但它们随节点旋转。计算弯矩和平面力需要厚度方向的积分点。其应变呈线性分布，而应力分布要复杂得多，它和材料性质有关。对于线弹性材料两个积分点就足够了，而非线性材料则需要更多的积分点，输出的应力属于最外层的积分点，而不是表面上的（尽管后处理的术语是指顶面和底面），因此在分析结果时需要注意，对于弹性材料，应力可以外推到表面上。对于非线性材料来说，通常是选择沿厚度方向的四五个节点而忽略其不精确性（例如，忽略表面和外部积分点之间的应力差）。高斯积分法最外层积分点的位置由下表给出：中面0最外积分点两点三点四点五点0.57740.77460.86110.9062外表面1.000注意 -在使用线弹性材料时，能够预先准确定义这些积分准则，但是通常在ANSYA/LS-DYNA中无法做到，由于模拟大多涉及非线性行为。另外，对于全积分单元来说，其输出应力是同一层内22积分点的应力平均值。2.1.6 PLANE162 PLANE162单元是一个二维，4节点的实体单元,它既可以用作平面（X-Y平面）单元，也可以用作轴对称单元（Y轴对称）。KEYOPT（3）用来指定单元的平面应力、轴对称和平面应变选项。对于轴对称单元可以利用KEYOPT（2）指定面积或体积加权选项。PLANE162典型情况下为四节点单元。当然也可以用三节点三角形选项，但是由于它太僵硬，所以不推荐使用它。这个单元没有实常数。重要的是要注意到含有PLANE162单元的模型必须仅包含这种单元。ANSYS/LS-DYNA中不允许有二维和三维单元混合使用的有限元模型。这种单元可用的材料模型与KEYOPT（3）的设置有关。对KEYOPT（3）=0，1，2（平面应力、平面应变或轴对称），用户可以选择下列材料模型：各向同性弹性正交各向异性弹性Blatz-ko橡胶Mooney-Rivlin橡胶粘弹性双线性各向同性双线性随动强化塑性随动强化幂率塑性应变率相关幂率塑性应变率相关塑性分段线性塑性复合材料破坏Johnson-Cook塑性Bamman对平面应力选项（KEYOPT（3）=0），可以选择下列材料：3参数Barlat塑性Barlat各向异性塑性横向正交各向异性弹塑性横向正交异性FLD对轴对称和平面应变选项（KEYOPT（3）=1或2），可以选用下列材料：正交各向异性弹性弹塑性流体动力闭合多孔泡沫低密度泡沫可压缩泡沫Honeycomb蜂窝材料空材料Zerilli-ArmstrongSteinberg弹性流体2.2 梁单元和杆单元 2.2.1 BEAM161 BEAM161有两种基本算法：Hughes-Liu和Belytschko-Schwer。因为BEAM161不产生任何应变，所以它最适合于刚体旋转。必须用三个节点来定义单元；在每个端点处有一节点，同时需要有一定向节点。对于这两种算法来说，可用KEYOPT（4）和KEYOPT（5）来定义几种横截面。通常，对于22高斯积分点，BEAM161具有高效和耐用性。可用KEYOPT（2）来定义不同积分算法。Hughes-Liu梁单元（缺省值）是一个传统积分单元，它可以采用梁单元中间跨度的一组积分点来模拟矩形和圆形横截面。另外，用户也可以定义一个横截面积分规则来模拟任意的横截面。梁单元沿其长度方向能有效地产生一个不变力矩，因此，与实体单元和壳体单元一样，网格必须合理划分以保证精度。由于积分点的位置，只在单元中心才可检验屈服，因此，由于必须在夹持单元的中心处产生全塑性力矩而不是单元外边根部，悬臂梁模型将在一个稍高的力作用下产生屈服。Belytschko-Schwer.梁单元（KEYOPT（1）=2，4，5）是一个显式算法，可以产生一个沿长度方向呈线性分布的力矩。这种单元有“正确”的弹性应力并且在其末端可检验屈服。例如：当一个悬臂梁在端部静态加载时，可用一个单元来精确地表达弹性和塑性状态。如同Hughes-Liu梁单元，质量堆积到节点上，因此，在动态问题中必须要细分网格，因为此时正确的质量分布是很重要的。对于梁单元，可使用下列材料模型：（对于某些算法有些限制）各向同性弹性双线性随动强化塑性随动强化粘弹性幂率塑性分段线性塑性2.2.2 LINK160 LINK160桁架单元与Belytschko-Schwer梁单元很相似，但只能承受轴向载荷。这种类型单元支持直杆，在两端轴向加载，材料性质均匀。对于这种单元可使用的材料类型为各向同性弹性，塑性随动强化（率相关）和双线性动力。2.2.3 LINK167 LINK167单元是仅能拉伸的杆，可以用于模拟索。它与弹性单元类似，由用户直接输入力与变形的关系。本单元类型需要用 EDMP 命令来定义索单元选项（参看 EDMP 命令概述）。2.3 离散单元 2.3.1 COMBI165 弹簧-阻尼单元 弹簧单元因位移产生一个力；也就是说改变单元的长度产生力。力沿单元轴向加载。例如，拉力在节点1上是沿轴的正方向，而对节点2是沿轴的负方向。缺省时，单元轴的方向就是从节点1到节点2。当单元旋转时，力作用方向线也将随之而旋转。阻尼单元可认为是弹簧单元的一种：可模拟线性粘性和非线性粘性阻尼。也可使用旋转（扭转）弹簧和阻尼单元，这些可通过KEYOPT（1）来选择，其他输入部分和平移弹簧一样；给定的力-位移关系可认为是力矩-转角（为弧度单位）关系，力矩施加方向沿单元的轴向方向（顺时针为正）。旋转弹簧单元只影响其节点的旋转自由度它们并不把节点铰接在一起。COMBI165单元可和其它显式单元混合使用。然而，由于它没有质量，在分析中不能只有COMBI165一种类型单元，为了表达一个弹簧/质量系统，必须定义MASS166单元来加上质量。对于同一个COMBI165单元不能同时定义弹簧和阻尼特性。但是，可以分别定义使用同样节点的弹簧和阻尼单元（也就是说，可以重叠两个COMBI165单元）。对于COMBI165单元可以使用下列材料模型：线弹性弹簧线粘性阻尼弹性塑料弹簧非线性弹性弹簧非线性粘性阻尼通用非线性弹簧麦克斯韦粘弹性弹簧无弹性拉伸或仅压缩弹簧使用COMBI165单元时，应该给每一零件分别指定唯一的实常数，单元类型和材料特性（分别是 R ， ET 和 TB 命令）从而保证每个零件都分别定义。2.3.2 MASS166 质量单元由一个单节点和一个质量值定义（力时间 2 /长度）。质量单元通常用于模拟一个结构的实际质量特性，而没有把大量实体单元和壳体单元包括进去。例如，在汽车碰撞分析中，质量单元可以模拟发动机部分，主要感兴趣的不是它的变形性质。采用质量单元将减少分析所需的单元数目，因而减少求解所需的计算时间。用户也可用MASS166单元来定义一个节点的集中转动惯量。如使用这一选项，可在MASS166单元定义中设置KEYOPT（1）=1并且通过单元实常数输入六个惯性矩值（IXX，IXY，IXZ，IYY，IYZ，IZZ）。这个选项不能输入质量值；所以，必须在同一个节点定义第二个质量单元来说明质量（KEYOPT（1）=0）。2.4 一般单元特性 以下几种单元可被定义为刚性体：LINK160，BEAM161，PLANE162，SHELL163，SOLID164和LINK167。在第八章，将详细讲述刚性体。每个实体单元，壳单元和梁单元的质量都平均分配给单元的节点。在壳单元和梁单元中，每个节点还将附加一个转动惯量；只采用一个单值，它的作用就是让质量围绕节点呈球形分布。第三章建模 显式动态分析的第一步就是创建模型，使它能够表达进行分析的物理系统。用PREP7前处理器来建立模型。如果通过GUI路径进行分析的话，那么事先设置参考选项（Main MenuPreference）为“LS-DYNA Explicit”是很重要的。这样，菜单就被完全过滤成为显式动态的输入选项。（值得注意的是，Preference选项置为“LS-DYNAExplicit”并没有激活LS-DYNA求解。要做到这一点，就必须定义一个显式单元类型，例如，SHELL163。一旦设置好分析选项Preference，就可以像通常分析任何问题一样建立模型：定义单元类型和实常数定义材料模型定义几何模型划分网格定义接触表面如果以前从未用过任何ANSYS产品，就应该参看一下ANSYS Basic Procedure Guide和ANSYS Modeling and Meshing Guide,以了解ANSYS建模的一般过程。3.1 定义单元类型和实常数 在第二章中已简要地讲述了显式动态分析的单元类型，有关每种显式单元的详细描述可在ANSYS Element Reference中找到，所以建议用户在确定使用哪种单元类型建模前仔细阅读一下有关内容。一旦选择好能代表物理系统的单元类型，就可以用 ET 命令来定义单元类型（在GUI中：Main MenuPreprocessorElement Type）。在ANSYS Element Reference中列出了与每种单元相对应的所有实常数。因此必须确定模型中所用每种单元的实常数，然后可以用 R 命令来定义实常数（在GUI中：Main MenuPreprocessorReal constants）。3.2 定义材料特性 在显式动态分析中有很多可使用的材料类型，应该参看一下ANSYS Element Reference，以确定特定的单元类型所用的材料模型。也可参看本手册的第七章，该章对所用材料模型作了详细的描述。一旦确定了所用的材料模型，就可以定义所有相关的特性（如第七章所描述的）。为了用批处理或命令流来定义这些，可以使用 MP ， TB 和 TBDATA 命令（某些情况下，可用 EDMP 命令）。在GUI路径中，材料模型通过下列路径来定义:Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models更详细的信息请参看7.1 Defining Explicit Dynamics Material Models.在选择了合适的材料模型之后，就可以定义模型所需的特性。定义和整体坐标不一致的各向正交异性模型，必须先用 EDLCS 命令定义局部坐标系。（菜单路径Main MenuPreprocessorMaterial PropsLocal CSCreate Local CS）。对于一些材料模型，还需用 EDCURVE 命令定义与材料相关的数据曲线（例如，应力-应变曲线）。（ EDCURVE 的GUI路径表示法为Main MenuPreprocessorMaterial PropsCurve Options）。3.3 定义几何模型 建立几何模型的最简单方法就是采用ANSYS程序中的实体建模功能。关于实体建模功能的详细信息，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide。对于简单模型（例如，仅线单元），就可以使用直接建模法。用这种方法，可以直接定义模型的节点和单元。详细信息请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide。3.4 网格划分 建立实体模型后，就可以用节点和单元对其进行网格划分。ANSYS Modeling and Meshing Guide中的Generating the Mesh详细描述了划分网格的步骤。如果对ANSYS网格不太熟悉，在划分显式动态模型之前应该先阅读该章内容，由于该章已详细讨论过了，在此只讨论以下几点：定义单元属性定义网格划分控制生成网格定义单元属性，就是要事先指定单元类型，实常数和材料特性来用于下一步的网格划分。使用 TYPE ， MAT ， REAL 命令或菜单路径：Main MenuPreprocessor-Attributes-DefineDefault AttribsMain MenuPreprocessor-Modeling-createElementsElem Attributes网格控制就是指定划分网格时单元的大小和形状。在ANSYS程序中有许多种控制方法（参考ANSYS Modeling and Meshing Guide），在GUI中，菜单路径为：Main MenuPreprocessorMesh Tool在选择网格控制时要注意以下几点：尽量避免退化的实体和壳体单元（例如，三角型壳体和四面体实体），相对于四边形和六面体来说它们太刚硬，并且精度不高。 单元的大小尽量均匀（例如：避免产生相对较小的单元面积）单元大小之间差别很大可能会导致很小的时间步长，较长的运行时间。如果划分特殊的几何模型需要相对较小的单元，那么可以用质量比例来增大最小时间步长。（参看第十章， Mass Scaling ）.尽量不要使用SmartSizing方法进行单元控制（ SMARTSIZE 命令），因为它可能在网格中单元的大小上产生很大的差别。应使用 ESIZE 和相关的命令来控制单元大小。尽量避免可能产生沙漏的坏单元形状。当使用降阶单元算法或者单元可能遭受沙漏变形时，不要使用粗网格划分，如果有沙漏现象的话，尽量在部分模型或整个模型中使用全积分单元。给定网格控制后，就可以用相应的命令进行网格划分（例如： AMESH，VMESH ）在GUI路径中，菜单路径为Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh( 或用上面提到的Mesh Tool).3.5 定义接触面 显式动态分析常常涉及到表面之间的接触。本手册的第六章 Contact Surface 讲述了接触类型和定义接触的步骤。这里只给出简要步骤。定义接触包括四个步骤：定义能很好地表达物理模型的接触类型（ EDCGEN 命令）定义接触表面（ CM ， EDPART ， EDASMP 和 EDCGEN 命令）定义摩擦系数参数（ EDCGEN ）为选定的接触类型定义附加数据（ EDCGEN 和 EDCONTACT ）如果不使用自动接触，那么可以用 CM 命令把表面上的节点组成为一个COMPONENT来定义接触面。一旦生成了COMPONENT，就可以用 EDCGEN 命令来定义所需表面间的接触（例如，节点部件）。也可以用 EDCGEN 命令来定义接触类型。对于单面接触算法，ANSYS/LS-DYNA定义接触体的外表面。注意 -接触表面也可以用PART号或一个部件集合来识别（用 EDASMP 而不用节点部件。）部件和集合的定义将在这章的后面讨论。EDCGEN 命令也可以用来指定摩擦系数参数以及与不同接触类型相对应的输入参数。另一个命令EDCONTACT可以定义多种接触控制例如接触穿透检测和滑移表面罚函数等。（菜单路径为:Main MenuPreprocessorLS-DYNA OptionsContact.）3.6 建模的一般准则 当创建显式动态模型时，应考虑下述基本准则：在模型中使用刚性体来代表相对刚硬，没有屈服的部分。使用刚性体可以简化求解，缩短求解时间。对材料性能使用一些符合实际的值。例如，不要用很高的不切实际的弹性模量来表达刚性体，对于壳单元不要使用不切实际的厚度值。考虑使用阻尼（ EDDAMP 命令）以消除结构响应中的不真实的振荡，详细信息参见ANSYS Commands Reference。如果已经用常规ANSYS程序进行了二维的动态分析，应考虑把模型扩展为三维模型，并用ANSYS/LS-DYNA进行分析。那么就可以在较短的时间内得到更精确的结果。 注意 ANSYS程序中的子模型和子结构特性不能在ANSYS/LS-DYNA中使用。3.7 PART 的定义 具有相同单元类型、实常数和材料号的一组单元被指定为一个PART并给定一个PART 号。有许多ANSYS/LS-DYNA命令和PART ID有关。（例如， EDCGEN，EDDC，EDLOAD，EDDAMP ， EDCRB 和 EDREAD ），在ANSYS/LS-DYAN程序对模型进行求解时，自动生成PART 号并且写入LS-DYNA输入文件 Jobname.K ，它可以用 EDPART 命令建立，更新，列表表示。从顺序编排所选单元建立PART 号。如果在单元编排中改变单元类型、实常数和材料号中的任何一个，将给那组单元定义下一个PART 号。例如，前十个单元有单元类型1、实常数2、材料号3，那么这10个单元将给定PART号为1。如果下面100个单元有单元类型1、实常数1、材料号2，那么这些单元将给定PART号为2，等等，依此类推。用 EDPART 命令中的CREATE/UPDATE/LIST选项可以创建、更新、列出PART表。如果执行 SOLVE 命令或执行带ANSYS/LSDYNA/BOTH选项的 EDWRITE 命令，则PART表将被建立并永久保存。如果PART表已经存在，则以后的命令只能修改这个表而不能覆盖它。关于 EDWRITE 命令的更多信息，参见ANSYS Commands Reference中有关这个命令的描述。EDPART ，CREATE可以创建新的PART号。可以用 EDPART ，LIST命令列表表示这些PART。这个表显示了在建立或修改时PART的状态。（ EDPART ，CREATE）如果 EDPART ，CREATE命令重复使用，则PART表被覆盖。为了得到在修改或增加模型后的实际PART表，执行 EDPART ，UPDATE命令。它可以扩展已经存在的PART表而不用改变它的顺序，并且可以向已经存在的由相同的单元类型、实常数和材料号构成的部件中增加单元。单元类型、实常数和材料号相同的任何PART未被任何所选择单元参考时，则该PART不可用。很明显的它将在PART表的第五列上为零值。如果预先定义的PART相关命令与一个无用的PART有关，那么执行 SOLVE 命令或 EDWRITE ，ANSYS/LSDYNA/BOTH命令时将有一个警告。下例显示了15个单元的模型，带2种材料（MAT），3种单元类型（TYPE）和3种实常数（REAL）。一个 ELIST 命令列出下列单元表：ELEM MAT TYP REL ESY TSHA NODES 111101 23456782111011 121314151617183111021 222324252627284111031 323334353637385111041 424344454647486123051 525354555657587123061 626364656667688223071 727374757677789223081 82838485868788112320101 102103104105106107108122320111 112113114115116117118131320121 122123124125126127128141320131 132133134135136137138151320141 142143144145146147148单元1到5有MAT=TYPE=REAL=1生成PART1，单元6到7有MAT=1，TYPE=2和REAL=3生成PART2。单元8到9有MAT=2，TYPE=2和REAL=3生成PART3。单元10有MAT=TYPE=REAL=2，但是在生成PART表后被删除了（ EDPART ，CREATE）。因此，只剩下了PART4，但是它被标识为无用值（在PART表中USED一列为0）。单元11到12有MAT=2，TYPE=3和REAL=2生成PART5。单元13到15有MAT=1，TYPE=3和REAL=2生成PART6。这一PART表如下所示（ EDPART ，LIST）：PART MAT TYP REAL USED 111112123132231422205232161321注意 -对于这个例子，执行 EDPART ，UPDATE将不会影响PART表的状态。但是执行 EDPART ，CREATE将会创建一个仅有5个部件的PART表。PART5将变成PART4，PART6将变成PART5。这将使以前基于PART定义的载荷，接触特性等失效。建议采用下列过程：a.如通常那样建模，直到PART的相关命令给定一个PART号。b.创建PART表（ EDPART ，CREATE）并显示它（ EDPART ，LIST）。c.从PART表中找到相应的PART号，用到PART的相关命令中。d.继续建模。e.如果单元或其属性改变，包括增加新单元，则要更新PART表（ EDPART ，UPDATE）。f.列出被修改的PART号，将用于进一步与PART有关的命令中。除了显示部件外，还可以用PARTSEL命令选择部件或绘制部件（通过PART号）。和其它ANSYS选项类似，这也有许多可能的选择类型，它们有特殊的标记：“S”代表选择，“R”代表重新选择，“A”代表另外的选择等等。（因为 PARTSEL 是一个命令集合，所以如果这个命令被包含在批处理文件中，那么在单一的引证中需关闭标识）。用 PARTSEL 命令的PMIN，PMAX和PINC域控制可选号的范围。例如。可以执行下列命令从已定义的PART表中选择PART2和4：PARTSEL，S，2，4，2当执行 PARTSEL 命令时，对每个存在的部件将自动生成一个单元组合。可以绘出这些组合，菜单路径为：Utility MenuPlotParts, 命令为： PARTSEL ，PLOT。注意 -在分析的其它部分中，不要试图使用PARTSEL命令创建的组合，因为如果PART表改变了它们也要重新定义。注意 -不推荐选择或显示包含COMBI165单元的部件。CDWRITE 命令把PART信息写入 Johname.CDB 文件。然后使用 CDREAD 命令将这一信息自动地读入ANSYS。但是，如果读入了两个或两个以上的 Johname.CDB 文件，那么最后一个 Johname.CDB 文件里的PART表将覆盖已经存在的表格。一般情况下，必须执行 EDPART ，CREATE命令来重新创建整个模型的PART表。但这将影响 Johname.CDB 文件里的所有与PART相关的命令。因此，用户可以组合模型，但不是那些与PART相关的输入，它们必须用最新创建的PART号修改。在有限制的情况下，可以更新PART表（ EDPART， UPDATE ）。这就要求没有使用的 MAT/TYPE/REAL的组合仅在表中出现一次。然而，有必要部分改变与PART相关的命令。3.7.1 Part 集合 用 EDASMP 命令创建的部件集合，是由多个不同部件组成的实体。部件集合可以用来输入一些ANSYS/LS-DYNA命令。在定义包含多个部件的实体间的接触时，部件集合是非常有用的（参看本手册第六章）。使用 EDASMP 命令，在提供一个ID号后，可以在一个部件集合里定义16个部件。部件ID号必须比当前定义的最高部件号大（用 EDPART ，LIST确定最高部件号）。也可以分别用 EDASMP， LIST和 EDASMP， DELE选项显示和删除部件集合。例如，指定包含部件1，2，4的部件集合的ID号为10，可以执行下列命令：EDASMP，ADD，10，1，2，43.8 自 适应 网格划分 在金属成形和高速撞击分析中，物体要经历很大的塑性变形。单积分点显式单元，常用于大变形，但是在这种情况下，由于单元纵横比不合适可能给出不精确的结果。为了解决这一问题，ANSYS/LS-DYNA程序可以在分析过程中自动重新划分表面来改善求解精度。这一功能，即自适应网格划分，由 EDADAPT 和 EDCADAPT 命令控制。EDADAPT 命令在一个指定的PART 内激活自适应网格划分。（用 EDPART 命令创建或显示有效PART IDs），例如，为了给PART1打开自适应网格划分，可以执行下列命令：EDADAPT，1，ON注意 自适应网格划分功能仅对包含SHELL163单元的部件有效。当此项功能打开时，分析中该部件的网格将自动重新生成。从而保证在整个变形过程中有合适的单元纵横比。自适应网格划分一般应用在大变形分析例如金属变形中（调节网格最典型的应用是板料）。在一个模型中要在多个部件上应用此功能，必须对每个不同的PART ID执行 EDADAPT 命令。缺省时，该功能是关闭的。在指定哪些部件重新划分后，必须用 EDCADAPT 命令定义网格划分参数。采用 EDADAPT 命令定义需要网格划分的所有PART ID号，用 EDCADAPT 命令对其设置控制选项。EDCADAPT 命令控制的参数如下所示：Frequency(FREQ)- 调节自适应网格划分的时间间隔。例如，假设FREQ设置为0.01，如果单元变形超过指定的角度容差，则其将每隔0.01秒被重新划分一次（假设时间单位为秒）。因为FREQ的缺省值为0.0，所以在分析中应用自适应网格划分时必须指定此项。Angle Tolerance(TOL)-对于自适应网格划分（缺省值为1e31）有一个自适应角度公差。TOL域控制着单元间的纵横比，它对保证结果的精度是非常重要的，如果单元之间的相对角度超过了指定的TOL值，单元将会被重新划分。Adaptivity Option(OPT)- 对于自适应网格划分有两个不同的选项。对于OPT=1，和指定的TOL值相比较的角度变化只是根据初始网格形状计算的。对于OPT=2，和指定的TOL值相比较的角度变化是根据前一次重新划分的网格计算的。Mesh Refinement Levels(MAXLVL)- MAXLVL域控制着整个分析中单元重新划分的次数。对于一个初始单元，MAXLVL=1可以创建一个附加单元，MAXLVL=2允许增加到4个单元，MAXLVL=3允许增加到16个单元。高MAXLVL会得到更精确的结果，但也会明显增加模型规模。RemeshingBirth and Death Times (BTIME and DTIME)-自适应网格划分的生死时间控制着该功能在分析过程中的激活或关闭。例如，如果设置BTIME=.01和DTIME=.1,那么分析中只在.01和.1秒间进行重新网格划分（假设时间单位为秒）。Interval of Remeshing Curve(LCID)-数据曲线把重新划分网格的时间间隔定义为时间的函数。数据曲线的横坐标为时间，而纵坐标为变化的时间间隔。如果这个选项不为0，那么它将代替适应频率（FREQ）。但是要注意，开始第一个自适应性循环仍需要非零FREQ值。Minimum Element Size (ADPSIZE)-根据单元边长设定的最小单元尺寸。如果不定义此参数，边长的限制将被忽略。One or Two Pass Option (ADPASS)-如果ADPASS=0，将使用双通道自适应划分，在重新划分网格后将重复这一计算（缺省值）。如果ADPASS=1，则使用单通道自适应划分，而计算不再重复。关于这两个选项的图形表示，请参看ANSYS/LS-DYNATheoretical Manual 图30.9(a)和30.9（b）。Uniform Refinement Level Flag (IREFLG)-值为1，2，3等，分别允许4，16，64等划分等级。对于每个初始单元都分别生成统一的单元。Penetration FLAG (ADPENE)-根据ADPENE是正（到达）的还是负（穿透）的，当接触表面到达或穿透工具表面时，程序将依据这个值调整网格。自适应细化主要依据加工曲线。如果ADPENE是正的，细化一般发生在接触之前；因此，可能用单通道划分就可以了。（ADPASS=1）Shell Thickness Level (ADPTH)- 绝对薄壳厚度标准，低于该值自适应划分开始。这个选项仅在自适应角度公差不为零的情况下有用。如果期望不改变角度，激活基于厚度的自适应重新划分功能，那么可把TOL设为较大的角度。（如果ADPTH=0.0,不使用这个选项。）Maximum Element Limit (MAXEL)- 自适应结束的最大单元数。如果超过了此值，自适应将被中止。对于大多数问题，不应该用自适应网格划分作初始分析。如果分析结果出现扭曲的网格，或结果不正确，那么再应用此项重新进行分析。当LS-DYNA分析中因为“negative volume element”的错误终止时，也可用此项分析。当打开自适应网格划分选项时,在求解过程中模型内的单元数将发生变化。在一个调节循环结束后，网格将被更新，并且生成一个扩展名为RSnn的新结果文件，这里nn为自适应网格标准。（在由FREQ指定的每个时间增量或LCID指定的时间间隔，都会发生自适应循环。）例如，重新划分两次网格的模型将产生两个结果文件， Johname.RS01 和 Johname.RS02. 有关自适应划分结果后处理的详细信息，请参看第十二章，Postprocessing.注意 -既使每次循环网格不发生变化，也会产生一个新的结果文件。每次循环都会产生一个扩展名为HInn的时间历程文件，尽管这些文件可能不如RSnn文件有用。此外，LS-DYNA还创建了一系列源文件名为“adapt”的文件。因此，在激活调节网格划分时，不要把“adapt”作为你的工作名。第四章 加载 当模型建好后，下一步就是给结构加载为求解作准备，为了能正确地模拟结构的响应，就必须定义与指定时间间隔相对应的载荷，本章将讲述以下有关加载的几个方面：一般加载选项使用 component 或 PART IDs 和数组参数如何施加、删除、显示一般载荷 EDLOAD 如何绘制载荷曲线 EDPL 如何定义数据曲线 EDCURVE 如何显示或隐藏载荷标记约束和初始条件如何在ANSYS/LS-DYNA中施加约束 D ，EDNROT 如何定义滑移和循环对称平面 EDBOUND 如何定义混合型约束 EDCNSTR 如何定义焊点 EDWELD 如何给模型施加初始速度 EDVEL ，EDPVEL 耦合和约束方程自由度耦合 CP 自由度间的约束方程 CE 非反射边界 EDNB 温度载荷动力松弛4.1 一般载荷选项 与许多隐式分析不同的是，显示分析中的所有载荷必须与时间有关。因此，在ANSYS/LS-DYNA中，许多标准的ANSYS命令都是无效的。在ANSYS/LS-DYNA中，尤其不能使用 F ， SF ， BF 系列命令，因为它们只能定义与时间无关的载荷。此外， D 命令只能定义节点约束。基于上述原因，在ANSYS/LS-DYNA中用一对数组参数定义载荷（一个用来定义时间，另一个定义载荷）。注意 -虽然节点加速度（A x ，A y ，A z ）和节点速度（V x ，V y ，V z ）以自由度出现，但它们不是物理自由度，不能使用 D 命令约束。要采用 EDLOAD 命令给这些节点施加载荷。在ANSYS/LS-DYNA中，所有载荷都是在一个载荷步内施加的。这和隐式分析有很大的不同，它在多个载荷步内施加载荷。在ANSYS/LS-DYNA中，对于一些特定的载荷，也可以用 EDLOAD 命令指