LS-DYNA使用指南

LS-DYNA使用指南第一章引言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：·ANSYSBasicAnalysisGuide·ANSYSModelingandMeshingGuide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-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《ANSYSCommandsReference》。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TheExplicitDynamicsTutorial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《ANSYSStructuralAnalysisGuide》中的第十四章。对于显式动态分析单元的详细资料，请参阅《ANSYSElementReference》；至于详细的理论信息，请参阅LivermoreSoftwareTechnologyCorporation的《LS-DYNATheoreticalManual》。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-DYNATheoreticalManual》。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《ANSYSElementReference》,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2.1.1SOLID164SOLID164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《ANSYSElementReference》和《LS-DYNATheoreticalManual》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2.1.2SHELL163SHELL163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)=7S/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·C0三角型薄壳（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C0三角型薄壳单元慢—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C0三角型薄壳单元（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