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ANSYS中Ls


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-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 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/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 FLD ·Johnson-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 两点 三点 最外积分点 四点 五点 外表面 0.8611 0.9062 1.000 0 0.5774 0.7746

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 2×2 积分点的应力平 均值。

2.1.6 PLANE162
PLANE162 单元是一个二维, 节点的实体单元,它既可以用作平面 4 (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-Armstrong ·Steinberg
·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 2×2 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 Menu>Preference)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-DYNA Explicit”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 Menu>Preprocessor>Element 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 Menu>Preprocessor>Real 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 Menu>Preprocessor>Material Props>Material 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 Menu>Preprocessor>Material Props>Local CS>Create 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 Menu>Preprocessor>Material Props>Curve 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 Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs Main Menu>Preprocessor>-Modeling-create>Elements>Elem 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 Menu>Preprocessor>Mesh 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 Smart Sizing 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 Menu>Preprocessor>-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 Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Contact.)

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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 3 3 3 3 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 2 12 22 32 42 52 62 72 82 3 13 23 33 43 53 63 73 83 4 14 24 34 44 54 64 74 84 NODES 5 15 25 35 45 55 65 75 85 6 16 26 36 46 56 66 76 86 7 17 27 37 47 57 67 77 87 8 18 28 38 48 58 68 78 88

101 102 103 104 105 106 107 108 111 112 113 114 115 116 117 118 121 122 123 124 125 126 127 128 131 132 133 134 135 136 137 138 141 142 143 144 145 146 147 148

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 1 2 3 4 5 6 MAT 1 1 2 2 2 1 TYP 1 2 2 2 3 3 REAL 1 3 3 2 2 2 USED 1 1 1 0 1 1

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 Menu>Plot>Parts, 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,10,1,2,4

3.8 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。 ·Remeshing Birth 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-DYNA Theoretical 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 命令指定何时施加(birth time)、何时去除(death time)。请参考 EDLOAD 命令中的 Birth Time, Death Time 和 CID,检验 birth/death time 的适用性。 给模型施加载荷,需遵循以下步骤: ·把模型中受载的那部分定义成 Component(或 PART,用于刚体) ·定义包含时间间隔和载荷数值的数组参数 ·定义载荷曲线 ·如果不是在整体坐标系中加载,需要用 EDLCS 命令定义载荷方向 ·模型加载

4.1.1 组元
除给刚性体加载外,显式分析中所有载荷都施加到 Component 上。因此,第 一步就是把模型中受载的那部分组合成 Component,每个 Component 应由模型中 承受同样载荷的部分组成。并且可以通过材料本构、模型中位置、预期状态等联 系在一起。 例如,想要分析一个棒球撞击到墙上的结果,可以定义球上的节点为一个 Component, 球棒上的节点为另一个 Component, 墙上的节点为第三个 Component。 可以定义任意多个 Component,然后给每一个 Component 加载,Component 必须由节点或单元组成(只有当施加压力载荷时 Component 才由单元组成)

定义 Component 时, 首先要选择 Component 中想要包含的部分, 然后使用 GUI 中的下列菜单路径来定义 Component(CM):Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component 关于 Component 的详细信息,参见《ANSYS Analysis Guide》中的 Selecting and Components。对于刚性体,载荷一般都施加到 PART 号上,而不是 Component 上。这是因为当使用命令 EDMP ,RIGID,MAT 定义刚性体时已经包含有一系列 节点和单元。

4.1.2 数组参数
值得注意的是, 显式动态分析中, 载荷在一些特定时间间隔内施加到结构上, 这样就可以观察在特定时间段里施加载荷后模型的瞬态行为。因此,不仅需要定 义施加载荷的类型(FX,FY,FZ,ROTX,ROTY,ROTZ 等),同时也需要定义载 荷施加到结构上的时间间隔值。 时间间隔值和其相对应的载荷值组合在一起定义为数组参数。这些参数必须 定义为两部分,第一部分为时间间隔值,第二部分为载荷值,载荷应与时间间隔 相对应。在 GUI 中,采用菜单路径来定义一个数组参数:Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define /Edit. 有关如何定义数组参数的详细信息, 《ANSYS APDL Programmer’s Guide》 参看 中的 Array Parameters。 注意 --可以通过线性插值得到中间时间点的载荷值。指定时间范围外的载 荷值不能由程序插入。因此,必须保证载荷时间范围至少等于求解时间。否则, 由于过早的去除载荷求解结束时的结果将会变为无效值。 一旦定义了能代表载荷的数组参数,这些载荷与时间有关,就可以直接用 EDLOAD 命令输入参数定义载荷。 或者, 可以用 EDCURVE 命令输入参数来定义载 荷曲线。相对应的载荷曲线 ID 可用 EDLOAD 命令输入。 为说明数组参数的应用,考虑前面提过的棒球例子。想要考察从击球瞬间到 击球一秒钟后球的变形。假定位移是时间的已知函数,球刚碰撞时的初始速度为 1600in/sec(91MPH)。 首先需要定义一些节点组元,用它们来定义载荷和接触面。建立一个 Component,它包括球上的所有节点,取名为 ball。对这个 Component 施加一个 1600in/sec 的初始速度( EDVEL ),(本章后面再讨论)。然后再创建第二个 组元,它仅包括球表面上的所有节点,取名为 ballsurf.这个 Component 以后将 用于接触定义。还需定义第三个 Component,它包括球棒表面上的节点,取名为 batsurf,接触算法将在第六章接触表面中讨论。 nsel,s,node,… !选择组成球的所有节点

cm,ball,node! 定义 Component 为 ball nsel,s,node,… !选择组成球表面的所有节点 cm,ballsurf,node !定义 Component 为 ballsurf nsel,s,node,… !选择球棒表面的所有节点 cm,batsurf,node !定义 Component 为 batsurf nsel,all 现在选择球棒基座上的节点(bathand),对它施加一个位移时间载荷曲线。 定义一名字为 time 的数组来存储时间值。使用时间值要与模型的所有载荷、 维数以及材料性质相协调。其次,定义一个数组,包括 Component bathand 相应 的 X 位移值,命名为 Xdisp.同样定义数组 Ydisp 和 Zdisp,以包含球棒相应的 Y 位移和 Z 位移值。 nsel,s,node,… !选择球棒基座上的节点 cm,bathand,node !定义 Component 为 bathand nsel,all *dim,time,,4 !定义数组参数为 time 的维数 *dim,xdisp,,4 !定义数组参数为 xdisp 的维数 *dim,ydisp,,4 !定义数组参数为 ydisp 的维数 *dim,zdisp,,4 !定义数组参数为 zdisp 的维数 time(1)=0,0.25,0.5,0.75,1 !给定位移的时间值 xdisp(1)=0,-1,-2,-1,3 !球棒的 X 位移 ydisp(1)=0,1,2,3,4 !球棒的 Y 位移 zdisp(1)=0,3,6,8,9 !球棒的 Z 位移 给出的例子实际是一个比较复杂的现象的简化模型。更加精确地模拟,应该 定义额外的位移位置(和相应的载荷曲线)以更好的模拟球的真实运动。另外, 球棒上各节点的初始速度是不同的。最后,球是一些不同材料和材料模型的复合 体。

4.1.3 施加载荷
一旦定义好 Component 和数组参数,就可以给建立的模型加载( EDLOAD 命 令)。在 GUI 中,可以选择下列菜单路径:Main Menu>Solution>Loading Options>Specify Loads. 可以选择增加载荷(EDLOAD 中 ADD 标号),如力、力矩、节点加速度、表面 压力等, 所有的载荷都用 EDLOAD 命令施加到整体笛卡尔坐标系上, 此为其缺省 值。 GUI 的对话框将列出所有有效载荷, 以及先定义好的 Component 和数组参数。 只需简单地选择所需的载荷标号,以及 Component(刚体的 PART 号)和数组参 数集合(预先定义的载荷曲线号)。值得注意的是,如下表所示的那样,并不是 所有的载荷标记都适用于所有 Component 或 PART 号。 以下的载荷标记只适用于节点 Component: 力:FX,FY,FZ 力矩:MX,MY,MZ 位移:UX,UY,UZ 转角:ROTX,ROTY,ROTZ 速度:VX,VY,VZ 节点加速度:AX,AY,AZ 体加速度:ACLX,ACLY,ACLZ 角速度:OMGX,OMGY,OMGZ 温度:TEMP 注 --虽然 V(X,Y,Z)和 A(X,Y,Z)作为 DOFs 出现,它们实际上不是 物理 DOFs。然而,这些量是被计算作为 DOF 求解和存储以用于后处理。 以下的标记只适用于刚性体(部件号) 力:RBFX,RBFY,RBFZ 力矩:RBMX,RBMY,RBMZ 位移:RBUX,RBUY,RBUZ

转角:RBRX,RBRY,RBRZ 速度:RBVX,RBVY,RBVZ 角速度:RBOX,RBOY,RBOZ 以下标记只适用于单元 Component: 压力:PRESS 回到前面的棒球例子,需由 time 和 x/y/z disp 数组参数用 EDLOAD 命令自 动生成位移与时间的载荷曲线。 edload,add,ux,,bathand,time,xdisp !球棒的 x 位移 edload,add,uy,,bathand,time,ydisp !球棒的 y 位移 edload,add,uz,,bathand,time,zdisp !球棒的 z 位移 另一种方法, 很刚硬的棒球可以模拟为刚体, 以简化所需输入数据和减少 CPU 时间。对于这种情况,对应刚体载荷可以施加有效的 PART 号(不是节点 Component). edload,add,rbux,,2,time,xdisp !x 位移(如果球棒的 PART 号为 2) edload,add,rbuy,,2,time,xdisp !y 位移(如果球棒的 PART 号为 2) edload,add,rbuz,,2,time,xdisp !z 位移(如果球棒的 PART 号为 2) 如果已知球棒对球碰撞的压力是时间的函数,则可以不定义任何接触表面就 能实现加载。取而代之用带“PRESS”标号的 EDLOAD 命令对包含球表面单元的 组元 Component 加载。 edload,add,press,1,cover,battime,batload 在这种情况下,在面号 1 上对单元组元 cover 加载(在 KEY 域输入面号), 其载荷曲线是由 battime 和 batload 数组参数产生的。 特别要提出的是, 在上例中, 仅仅压力载荷采用 EDLOAD 命令的 LKEY 域。 LOAD keys(1,2,3 等)与面载荷有关,在《ANSYS Elements Reference》中每种单元类 型在输入数据表“surface loads”中列出。对于许多非压力的载荷,可以使用 KEY 域定义坐标系标号 CID。载荷将作用于用 EDLCS 命令定义的 CID 的方向上, 或者说,如果没有指定 CID,就作用于整体坐标系上。详细信息请参看 §4.1.5Defining Loads in a Local Coordinate System。

-6

注意 --为避免某些平台的定时问题,通常是加一个小的时间值(如 1.0×10 )到时间数组的最后一项.例如,取代 3.0 的值,数组的最后一项为下列值: timeint(1)=0,1,2,3.00001 增加这样小的缓冲,不会影响结果的精度。

除了施加载荷外,也可以用 EDLOAD ,LIST 和 EDLOAD ,DELE 来显示和删除 载荷。用 EDFPLOT 命令也可以显示单元上的载荷标号,并且可以用 EDPL 命令 绘制载荷曲线。

4.1.4 数据曲线
用 EDCURVE 命令定义的数据曲线广泛应用于 ANSYS/LS-DYNA 中。它们可以 用来定义与显式动态材料模型有关的材料数据曲线(例如,应力-应变)和载荷 数据曲线(力-偏转)。它还可以定义时间载荷曲线(力,位移,速度等)。这 些载荷曲线可以用 EDLOAD 命令输入。

4.1.4.1 使用材料模型数据曲线
某些材料模型(例如, TB ,PLAW 或 TB ,HONEY)要求指定材料特性数据, 它们可能是有效应变速率、塑性应变或体积应变的函数。对于这些数据,在用数 据表[ TBDATA ]命令定义材料特性之前,需用 EDCURVE 命令定义特性曲线。在 刚性体和压延筋接触问题中,也采用数据曲线来定义变形特性。 与对 Component 加载相类似,数据曲线组合成数组参数,然后与特定的曲线 参考号相联系,这个参考号可用于指定的材料模型(PLAW,HONEY,等)或接触 类型(RNTR,ROTR)和压延筋。定义数据曲线可以分为以下几个步骤: 1.定义一个包含材料或摩擦力特性横坐标的数组参数(例如,有效塑性应变, 有效应变率,位移等) 2.定义第二个数组参数,包含材料特性或摩擦力的纵坐标值。(例如,初始 屈服应力,弹性模量,力等)。 3.定义数据曲线 EDCURVE )选择一个数据曲线 ID 号, ( 。 产生数据表[ TBDATA ] 时将采用这个数据曲线 ID 号来将这些数据与特定的材料特性相联系。 定义这些参数后,在 GUI 中采用下列路径定义数据曲线: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Curve Options Main Menu>Solution>Loading Props>Curve Options

可以用 EDCURVE ,LIST 显示数据曲线,用 EDCURVE ,PLOT 绘制曲线,用 EDCURVE ,DELETE 删除曲线。 下例讲述了怎样用曲线来定义钢的分段线性塑性曲线( TB ,PLAW,,,, 8): !“3”是任选的材料参考号(MAT) mp,ex,3,30.0e6 !弹性模量(psi) mp,dens,3,7.33e-4 !质量密度(lbf-sec 2 /in 4 ) mp,nuxy,3,0.30 !泊松比 注 : 首先将工程应变与工程应力关系的数据转换成真实应力与真实应变关系 的数据,然后,从总真应变中减去弹性真应变,求出塑性真应变。它与总真应变 一起用于 LS-DYNA 的*MAT-PIECEWISE-LINEAR-PLASTICITY 材料模型#24。 !----------------------------------------------------------------------! Stress-Strain Data used with Piecewise Linear Plasticity (Power Law 8): !----------------------------------------------------------------------! Total Total Total Total Elastic Plastic ! Stress/ Eng. Eng. True True True True ! Strain Stress Strain Stress Strain Strain Strain ! Point (psi) (in/in) (psi) (in/in) (in/in) (in/in) !----------------------------------------------------------------------! 1 0 0.0000 0 0.0000 0.0000 0.0000 ! 2 60,000 0.0020 60,120 0.0020 0.0020 0.0000 ! 3 77,500 0.0325 80,020 0.0320 0.0027 0.0293 ! 4 83,300 0.0835 90,260 0.0802 0.0030 0.0772 ! 5 98,000 0.1735 115,000 0.1600 0.0038 0.1562 ! 6 98,300 0.2710 124,940 0.2398 0.0042 0.2356 ! 7 76,400 1.2255 170,030 0.8000 0.0057 0.7943 !----------------------------------------------------------------------注 :应力/应变曲线的第一点未输入,起始于第二点(横坐标=屈服应力)。 要与用*SET 命令定义的数组空间相协调。 *dim,strn,,6 !定义有效塑性真应变数据数组

*dim,strs,,6 !定义有效总真应力数据数组 strn(1)=0.0,0.0293,0.0772,0.1562,0.2356,0.7493 !应变(in/in) strs(1)=60120.,80020.,90260.,115000.,124940.,170030. !应力(psi) edcurve,add,1,strn,strs !曲线#1,纵坐标=应变,横坐标=应力 tb,plaw,3,,,8 tbdata,6,1 !为应力/应变数据采用载荷曲线#1 注 :如果需要,可以定义塑性失效应变。其次,还可以用给定必要的应变 率参数或载荷曲线定义应变率对屈服应力的影响。请参见本手册的第七章,对这 个材料模型有完整的描述。

4.1.4.2 使用载荷数据曲线
除了用于特定材料模型外,数据曲线还可以用来定义与时间有关的载荷。除 了第一个数组参数必须包括时间值,第二个数组参数必须包括相应的载荷值外, 定义载荷曲线的步骤和上述材料数据曲线一样。在用 EDCURVE 命令定义载荷曲 线后,就可以用 EDLOAD 命令输入相应的载荷曲线参考号(LCID)。 下例讲述了用 EDLOAD 命令定义载荷曲线的 3 个步骤: !步骤 1:定义数组参数 *dim,time,,5 time(1)=0,.025,.05,.075,.1 *dim,yforce,,5yforce(1)=0,100,200,300,400 ! 步骤 2:定义载荷曲线和相应的 LCID(#11) edcurve,add,11,time,yforce ! 步骤 3:用 EDLOAD 命令指定 LCID edload,add,fy,,comp,,,,11,1.0 如上所述的那样,在 EDLOAD 命令的第九个域定义 LCID。值得注意的是,如 果 EDLOAD 命令用一个 LCID,数组参数不能用来定义载荷。当特定载荷曲线用 于多个组元或载荷标记时,在 EDLAOD 命令中使用 LCID 而不用数组参数是非常 有用的。

4.1.5 在局部坐标系中定义载荷
ANSYS/LS-DYNA 中,可以在已定义的坐标系的任意坐标方向指定运动为一个 组元或部件。 这可以用 EDLOAD 命令的 KEY 域结合局部坐标系来获得 EDLCS 命 ( 令)。一旦用 EDLCS 命令定义了局部坐标系后, EDLCS ,ADD,CID,X1,Y1, ( Z1,X2,Y2,Z2),就可以在 EDLOAD 命令中的 KEY 域用局部坐标系 ID(CID) 定义载荷的作用方向。 如果没有指定 CID, 载荷就会作用在整体笛卡尔坐标系中。 一些载荷类型不支持局部坐标系;在 EDLOAD 命令注释部分,参看 Birth Time,Death Time 和 CID Support Table,可以得到更多的信息。

4.1.6 指定 Birth 和 Death 时间
对于每个载荷定义,可以用 EDLOAD 命令的 BTIME 和 DTIME 域来定义激活或 杀死时间( EDLOAD ,ADD, Lab,KEY,Cname,Par1,PHASE,LCID,SCALE,BTIME,DTIME)。在分析中使用这些选 项就可以在任意时刻激活载荷,随后杀死。在多阶段成形过程中这些选项是非常 有用的,这一过程需要连续施加多个载荷。一些载荷类型不支持局部坐标系;在 EDLOAD 命令注释部分,参看 Birth Time,Death Time 和 CID Support Table, 可以得到更多的信息。

4.2 约束和初始条件
在开始求解之前,需要给模型施加约束。另外,还可能给运动物体设定初始 速度。

4.2.1 约束
与 ANSYS(隐式)不同,ANSYS/LS-DYNA 区分零约束与非零约束。非零约束 如载荷那样处理(伴随着载荷曲线,见本章前面的讨论)。仅零约束才能使用 D 命令,也就是说,给定的值必须总是零。其它值无效, D 命令仅用于固定模型 的某些部分。可以用零约束来实现对称/反对称边界条件。 用户可以用 EDNROT 命令在旋转节点坐标系中施加零载荷。但首先需用 EDLCS 命令定义局部坐标系。 当模拟几何体的小对称部分时,需定义滑移或循环对称。可以使用 EDBOUND 命令来定义滑移或循环对称的对称边界面。 可以用节点组元确定边界或方向矢量 来定义法向(滑移对称)或旋转轴(循环对称)。

在 ANSYS/LS-DYNA 中,可以用 EDCNSTR 命令模拟其它类型的约束。可用的 约束类型有附加节点设置(ENS),节点刚性体(NRB),薄壳边界到实体(STS), 以及铆接(RIVET)。在 GUI 中,可以通过下列路径施加这些约束: Main Menu>Solution>Constraints>Apply>Additional Nodal 附加节点设置约束类型( EDCNSTR ,ADD,ENS)允许在一个已经存在的刚性体 上增加节点(通过节点组元),这个刚性体是用 EDMP 命令定义的,该节点组元 不能和其它任何刚体连接在一起。 在刚体上附加的节点可以放置在模型的任何地 方,并且可放置在初始刚体外。ENS 选项有许多应用,包括在两个刚体结合的地方 设置节点,定义施加节点载荷的节点,还有在指定的位置定义集中质量。 不像用 EDMP 命令定义的典型刚体一样,用 EDCNSTR ,ADD,NRB 命令定义的 节点刚体不是和一个部件号相联系, 而是与一个节点组元有关。 当模拟刚性连接 时(焊接),NRB 选项是非常有用的。对于一个刚性连接,不同柔性组元(有不同的 MAT IDs)的部分作用在一起形成一个刚体。所以说很难用一个单一的 MAT ID(和 相应的部件号)来定义这种类型的刚体。但是,用一个节点刚体很容易定义刚性 连接。 因为节点刚体不是和一个部件号相联系, 所以使用刚体 (例如用 EDLOAD 命 令施加的载荷)的其他选项不能用于节点刚体。 薄壳到实体边界选项( EDCNSTR ,ADD,STS)把实体单元区域和薄壳单元 区域固连起来,如图 4-1 所示,Constrained Shell to Solid , 可将一个单独 壳节点固连到最多 9 个实体节点上,这些实体节点定义一个‘fiber‘矢量。定 义‘fiber’矢量的实体单元节点在整个分析中保持线性但是在 fiber 方向上保 持相对移动。薄壳节点必须和某个沿 fiber 方向的实体单元节点位置重合。

图 4-1

与用 EDWELD 命令定义的焊接点相似,RIVET( EDCNSTR ,ADD,RIVET)选 项在两个不同位置的节点间定义了一个无质量刚性约束。和焊接点不同的是,一 个 rivet 不能定义破坏。当定义了一个 rivet 时,节点间的距离将在模拟中的任 何运动中保持不变。由 rivet 连接的节点不能是模型中其它约束的一部分。

4.2.2 焊接
在显动态分析中,模拟被焊接在一起的组元是很普遍的。在部件通常是通过 焊接装配在一起的汽车应用中,显得尤其普遍。这种情况下,在 ANSYS/LS-DYNA 中使用 EDWELD 命令来模拟焊接约束。 可以模拟两种不同类型的焊接: 无质量焊 接点和一般焊接。用 EDWELD 命令连接的节点不能用其它方式约束。 对于一个无质量焊接,必须指定两个不同位置的节点。也可以用 EDWELD 命 令输入失效参数在焊点内定义失效。失效依据下列关系:

在 GUI 中,用下列菜单路径来定义一个无质量焊点: Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Spotweld>Massless Spotwld 一般焊接用于模拟两个部件的长焊接截面。对于一般焊接,你必须指定一个 有效的节点组元,可以使用重合节点。但是,如果使用了重合节点,就必须定义 输出数据所用的局部坐标系。一般焊接内的失效也可以用 EDWELD 命令的失效参 数来定义,使用与上述等式相同的关系式。 在 GUI 中,采用下列菜单路径来定义一般焊接: Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Spotweld>Genrlizd Spotwld

4.2.3 初始速度
在瞬动态模拟中,经常需要定义初始条件。在 ANSYS/LS-DYNA 中,可以用 EDVEL 和 EDPVEL 命令定义初始速度。 可以使用这些命令对各种实体施加线速度 和角速度。用 EDVEL 对节点组元或单个节点施加速度;用 EDPVEL 给部件或部 件集合施加速度。 EDVEL 和 EDPVEL 提供了两种定义角速度的方法,Option=VGEN 和 Option=VELO. VGEN 方法围绕指定轴对一个实体(节点组元,部件等)施加刚体 旋转。VELO 法直接给每个节点的自由度施加角速度。因为只有壳和梁单元有旋

转自由度, VELO 法的角度输入只适用于 SHELL163 和 BEAM161 单元。 对于 VGEN 和 VELO 方法,瞬态速度可以相对于整体笛卡尔坐标系来定义。 注 --为了模拟旋转体,不管是否用位移,都应该用 Option=VGEN 因为此方 法施加了刚体旋转。 由于 LS-DYNA 的结构体系,定义初速度的两种方法 Option=VGEN 和 Option=VELO 不能在同一个分析中使用。 定义初速度,可使用下列步骤: 1.定义想要施加初速度的实体。这可以是单个节点,一个节点组元[ CM ], 一个部件[ EDPART ]或一个部件集合[ EDASMP ]。 2.确定 VGEN 和 VELO 是否适合你的应用。 3.在 GUI 中采用下列菜单路径之一定义初始速度[ EDVEL , EDPVEL ]: Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-w/Nodal Rotate (VELO 选项) Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-w/Axial Rotate (VGEN 选项) Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-w/Nodal Rotate(VELO 选项) Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-w/Axial Rotate(VGEN 选项) 对于 VGEN 和 VELO 选项,相对于整体坐标系输入平动速度(EDVEL 或 EDPVEL 命令的 VX,VY 和 VZ 域)。对于 VELO 选项,在整体笛卡尔坐标系中输入节点角 速度(OMEGAX,OMEGAY 和 OMEGAZ 域)。对于 VGEN 选项,输入角速度的数量级 (OMEGAX)、旋转坐标轴(XC,YC,和 ZC 域)以及相对于整体 X,Y,Z 轴的方 向角。 如果没有用 EDVEL 或 EDPVEL 命令指定初始速度,则所有的初始速度为零。 同样的,如果仅指定 EDVEL (例如, EDVEL ,VGEN,Cname)命令的 Cname 域 或 EDPVEL(EDPVEL ,VGEN ,PID)的 PID 域,由于这两个命令的其它域缺省值 为零,所以此时施加的初始速度为零。 若想改变事先用 EDVEL 命令指定的初始速度,用相同的组元名字或节点号 重新定义一个新的速度就可以了。这个新值将覆盖原来的组元或节点值。为了显 示或删除事先加在节点或节点组元的初始速度,使用 EDVEL ,LIST 和 EDVEL , DELE 命令 (在 GUI 中, Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-List, Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-Delete)。

类似的,若想改变事先用 EDPVEL 命令指定的初始速度,可以用相同的部件 或部件集合 ID 来重新定义一个新速度。这个新值将覆盖原来的部件或部件集合 的速度。 为了显示或删除事先加在部件或部件集合上的初始速度, 使用 EDPVEL , LIST 和 EDPVEL ,DELE 命令。(在 GUI 中,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-List,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-Delete)。 对棒球例子来说,可以用下列命令指定初始速度: edvel,velo,ball,,,-1600.0 !component ball 以 1600in/sec 的初始速度 沿-z 方向运动. 或者,假设 component ball 在模型中为部件 1,棒球的初始速度可给定如 下: edpvel,velo,1,,,-1600.0 ! 部件 1 沿-z 方向的初始速度为 1600in/sec。

4.3 耦合和约束方程
CP 系列命令( CP,CPDELE,CPINTF,CPLGEN,CPLIST,CPNGEN,CPSGEN ) 可用来在一个结构的不同自由度(DOFS)间进行定义、修改、删除、列表和产生 耦合。同样, CE 系列命令( CE , CEDELE , CEINTF , CELIST , CERIG ) 可在一个结构的不同 DOF 间定义、 修改、 删除、 列出约束方程。 ANSYS/LS-DYNA 在 的显式动态程序中,CP 和 CE 命令仅用于 UX, 和 UZ DOFS 不允许旋转 DOFS) UY ( 。 既然旋转 DOFS(UX,UY,UZ)不能使用,那么在显式分析中就不能用 CP 一 系列的命令来模拟涉及旋转的刚体行为。如果使用了 CP 命令, 将会导致非物理 响应。 并且,要注意到,包含非重合节点,或包含不沿耦合自由度方向节点的耦合 设置不会产生力矩约束。这就意味着如果结构旋转,耦合的节点也会旋转。只有 作用力和反作用力在模型中满足力矩平衡。对于耦合约束的每个节点,力矩结果 与节点到固定中心的距离有关,位移方向与结果力矩有关。在某些情况下这可能 导致非物理响应。 有关耦合和约束方程的详细信息,请参看《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中的耦合和约束方程。

4.4 非反射边界
当模拟地理力学系统时,常常用一个有限域来表示地面或其他大的实体。对 于这种分析,可以在模型外部使用非反射边界限制模型的整体尺寸。可以在以

SOLID164 单元模拟的有限域的表面上应用这些边界。非反射边界将防止在边界 产生的人工应力波反射重新进入模型从而破坏结果。 当模型中包含非反射边界时,LS-DYNA 会根据线性材料行为假设计算所有边 界部分的阻抗匹配函数。因此,需进行有限元网格划分从而使所有重要的非线性 行为都包含在离散模型中。 要定义非反射边界,需选择沿 SOLID164 实体外表面( NSEL )组成所需边 界的节点,然后定义一个节点组元( CM ),用 EDNB 命令在这些节点组元上施 加非反射边界,然后激活膨胀和剪切选项。例如,对组元“ground”可以用下列 命令定义边界: edbound,add,ground,1,1 用 EDNB ,LIST 和 EDNB ,DELE 来显示或删除定义的非反射边界。

4.5 温度载荷
在显式动态分析中,为了应用与温度有关的材料,或包括热应力的影响,可 能需要定义温度载荷。温度载荷主要应用在 PLANE162,SHELL163 和 SOLID164 单元中。ANSYS/LS-DYNA 程序提供了几种温度载荷: ·应用于节点组元的随时间变化的温度( EDLOAD ) ·应用于模型中所有节点的常温度( TUNIF/BFUNIF ) ·在顺序显式动态分析中,施加非均匀温度载荷(不随时间变化)的 ANSYS 热分析结果( LDREAD ,要求顺序求解)。 第一种方法用 EDLOAD , TEMP 命令和一般的加载方法对给定的节点组元施加 随时间变化的温度。但必须定义两个数组参数表示载荷;第一个包括时间值,第 二个包括温度值。 可以用这些参数定义曲线或用 EDLOAD 命令直接输入。 也可以 用 EDLOAD 的 SCALE 参数来对这些温度值进行缩放。在§4.1General Loading Options,对此有详细的描述。 第二种方法允许给模型中所有节点施加均匀不变的温度。这种方法用于模拟 稳态热载荷的结构。也可以用 TUNIF 命令或 BFUNIF ,TEMP 命令施加这种温度 载荷。 第三种方法允许把 ANSYS 热分析中计算的温度作为载荷施加到显式动态分析 中。这种方法对模拟与温度有关的现象是很有用的,比如锻造。应用这种方法, 必须执行隐显顺序求解。在显式阶段,可以用 LDREAD 命令从热分析(隐)结果 文件( Jobname.RTH )中读入温度数据,然后加到模型的节点上。在热分析中

只能从指定的时间点转移这些温度。对于加载步骤的详细描述,请参考本手册的 第十五章,Implicit-to-explicit Sequential Solution . 对于这三种温度加载方法,可以用 TREF 命令输入参考温度。热载荷定义为 施加温度和参考温度的差值。如果不定义参考温度,其缺省值为零。 为了使温度载荷有效,必须使用温度相关双线性各向同性材料模型。忽略屈 服强度和切向模量,可以用这个模型代表热弹性材料。关于这种材料模型的详细 描述,请参看第七章,Material Models. 注 --值得注意的是,温度加载的 EDLOAD 方法不能和 LDREAD 或 TUNIF/BFUNIF 方法混合使用。另外, EDLOAD 命令不能显示或删除 LDREAD, TUNIF 或 BFUNIF 施加的温度载荷。 在一个显动态分析中可以同时使用 LDREAD 和 TUNIF ( BFUNIF ) LDREAD 。 命令把温度载荷施加到所选的节点上,覆盖了 TUNIF 或 BFUNIF 定义的任何温 度载荷。 LDREAD 没有选择的节点将采用 TUNIF 或 BFUNIF 命令定义的温度载 荷。采用 BFDELE 命令,删除 LDREAD 定义的温度载荷,用 BFLIST 命令显示其 定义的载荷。

4.6 动力松弛
为进行隐式-显式连续求解(见第十五章),已将动力松驰功能加入到 ANSYS/LS-DYNA 程序( EDDRELAX 命令)。真实的动力松弛( EDDRELAX ,DYNA) 是通过增加阻尼,使动能降为零,从而允许显式求解器进行静态分析。当隐式求 解器用于提供预载荷时( EDDRELAX ,ANSYS),可采用稍不同的方法,基于预 加载的几何构型(也就是,由隐式求解得到的节点位移)进行应力初始化。在后 一种情况中,显式求解器仅用 101 个时间步来施加预载荷。而在前一种情况,求 解器每 250 个循环步(缺省值)就检查动能直到预载荷动能耗散完毕。 ANSYS/LS-DYNA 支持两种方法,它在零时间瞬态分析部分开始前,在虚拟时间内 进行。 EDLOAD 命令通过 PHASE 标记指定分析类型。 EDLOAD ,ADD,Lab,,Cname,Par1,Par2,PHASE PHASE: 0 载荷曲线仅用于瞬态分析(缺省值),或隐式-显式连续求解。 1 载荷曲线仅用于动力松弛 2 载荷曲线仅用于瞬态分析和动力松弛 与 ANSYS/LS-DYNA 的动力松弛有关的主要有五种不同的分析类型,现讨论如 下:

1.仅瞬态动力分析( EDDRELAX, OFF):在这种情况下, EDLOAD 命令的 PHASE 参数置为零。不采用动力松弛,这是缺省设置。 2.仅应力初始化而没有瞬态分析( EDDRELAX, DYNA):这种情况用 ANSYS/LS-DYNA 显式求解器近似求解静力分析, 实际最好由隐式求解器, ANSYS 如 来处理。在 EDLOAD 命令中 PHASE 参数置为 1,终止时间( TIME 命令)必须置 0,以预防静载荷的卸载。采用实际的动力松弛 3.无载荷瞬态分析的应力初始化( EDDRELAX, DYNA):这种情况与前一种 情况相同,不同的是时间设置为所期望的值。在零时间时,结构立即卸载,自由 振动。 4.有加载瞬态分析的应力初始化( EDDRELAX, DYNA):它类似于前一种情 况,不同的是用 EDLOAD 命令(借助于 PHASE=2)在虚拟时间进行动力松弛以获 得预加载并在真实时间进行瞬态分析。如果用倾斜载荷曲线代替恒定载荷曲线, 则结构在零时刻时卸载并重新加载。因此,如果显式求解器需要一个倾斜载荷曲 线对静态求解精确收敛, 那么较好的是使用两个 EDLOAD 命令。 第一个 PHASE=1) 用斜坡载荷曲线施加预载荷。而第二个(PHASE=0)不用斜坡载荷曲线继续加载。 注 --如果对同一个组元(或 PART ID)和同一个载荷标签多次执行 EDLOAD 命令,那么会用最后一个 EDLOAD 命令的值。对于给定的组元(PART ID)和载 荷标签不能使用多个 PHASE 参数值。为符合这一设置,必须为应力初始化和瞬态 曲线复制节点组元。(这一工作区仅适用于用组元定义载荷)。 5.隐式-显式连续求解( EDDRELAX, ANSYS):这种情况是用 ANSYS 隐式求 解器施加预载荷以求得位移结果, 作为预载荷施加 ANSYS/LS-DYNA 显示器解器的 给定几何构型上, 通过应力初始化得到预加载的几何实体。 EDLOAD 命令中的 在 PHASE 必须置为 0。这种情况请参看本手册第十五章 Implicit-to-explicit Sequential Solution . EDDRELAX 命令的 2-6 域都被略去。

第五章 求解特性
5.1 求解过程
当模型建好后(即,单元、实常数、材料性质的定义,建立模型、网格划分、 边界/初始条件指定以及加载、结束控制),执行 SOLVE 命令即可以开始求解过 程。(在 GUI 中,菜单路径为 Main Menu>Solution>Solve)。 此时,ANSYS/LS-DYNA 程序将运行以下几步: 1.标题记录:包括几何特性(如节点和单元等),都写到相应的两个结果文 件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 中。 (此时 ANSYS/LS-DYNA 数据库中包含全部

相应的信息。即在运行 SOLVE 命令前,必须执行 SAVE 命令,把所有的模型信 息都写入到文件 Jobname.DB )。 2.将所有输入的信息写出 LS-DYNA 程序的输入文件 Jobname.K 。 3.控制权由 ANSYS 程序转移给 LS-DYNA 程序。LS-DYNA 求解器运行的结果写 入到结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 中。如果执行 SOLVE 命令前给定 命令 EDOPT ,ADD,,BOTH,则也将输出用于 LS-POST 后处理程序的结果文件 (d3plot 和 d3thdt 文件)。 当求解结束后,ANSYS/LS-DYNA GUI 将提醒用户求解已完成,控制权重新转 回到 ANSYS/LS-DYNA 程序。可以通过 ANSYS/LS-DYNA 程序的 POST1 和 POST26 后 处理器来查看结果。如果产生了错误或警告,输出窗口将自动显示弹出信息,表 明有几个错误和警告。可以参考 LS-DYNA 的信息文件,其中详细记录了错误和警 告。这些信息也同时被写入到 LS-DYNA d3hsp 文件。

5.2 LS-DYNA 终止控制
LS-DYNA 求解终止点与建模时设定的终止控制有关。主要有以下几种终止控 制类型: ·终止时间-用 T IME 命令定义分析结束时间。 时间步累积达到结束时间时计 算就会停止。 ·CPU 时间限制-可以用 EDCPU 命令指定 CPU 时间限制(以秒为单位)。在达 到时间限制时就会停止计算。 ·终止判据-当指定点和刚性体到达某一个特定位置, 或一个指定点和其它表 面发生接触, 可以用 EDTERM 指定结束求解。 可以用这个命令设定多个判据。 (详 细信息请看 EDTERM 。) 一般用 TIME 命令指定分析结束时间。其他的终止控制都是可选的。程序遇 到任何一个种终止判据时,求解都会停止。 当执行小型重新启动( EDSTART ,2)或完全重新启动( EDSTART ,3)时, 如果以前的分析由于 EDTERM 设定的终止判据而终止, 那么必须改变或删除这个 判据,从而以免造成重启动立即终止。

5.3 共享存储器并行处理
对于大的模型,用户必须用 ANSYS/LS-DYNA 的共享存储器并行处理(SMP) 功能来缩短分析所需的时间。要应用这一功能,一台机器上必须至少有两个处理

器,并且必须申请合适的 ANSYS/LS-DYNA SMP 授权号。在申请授权时,详细信息 请与 ANSYS 销售代表联系。 使用 SMP 功能需注意: 1.指定使用的处理器数。可以用 config60.ans 文件,/CONFIG 命令或 SETNPROC 宏来设定这个值。关于这种方法的详细信息,请参看《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》中的§9. 1 -Activating Parallel Processing. 如果没有设定处理器数目大于一,那么在 GUI 中不能用合适的菜单选项来设定 SMP, EDRUN 命令设置也会变为无效。 2.执行 EDRUN 命令来定义 SMP 的运行。 当使用共享存储器并行处理时,根据每个 CPU 的利用率及工作量,计算将会 以不同的顺序进行。基于此原因,在多次运行同一个文件时,可能会注意到结果 间存在细微差别。为了避免这些差别,可以指定保持一致性,保持一致性将使 CPU 时间增加 15%。 如果在一个平台上使用所有的 CPUs(ANSYS 建议运行的 CPU 数比可用的要少 一个为好),并且应该关闭这些 CPUs 所有其它的应用。任何与 ANSYS/LS-DYNA 在 SMP 运行模式应用相竞争的计算或机器资源都会显著影响 SMP 的性能。 当使用最多达 8 个处理器时,SMP 性能成线性提高。当多于 8 个处理器时, 获得的附加性能提高都很小;问题越大,性能提升潜力也越大。

5.4 求解控制和监控
LS-DYNA 程序有几个控制开关, 使得用户可以中断求解进程并检查求解状态。 本节讲述怎样使用这些控制开关。 当 LS-DYNA 正在运行时,在 ANSYS/LS-DYNA 程序的操作窗口中键入 CTRL-C。它 将中断 LS-DYNA 程序的运行, 进入 ANSYS/LS-DYNA 操作的控制命令窗口。 (注意: 与 ANSYS 不同,CTRL-C 并不会让用户脱离 ANSYS/LS-DYNA 的 GUI,LS-DYNA 求解 器在此背景下继续进行)。下面是一个典型的操作窗口的输出片段。 ______________________________________________________________ initialization completed dt of cycle 1 is controlled by shell element 31 time........................... 0.00000E+00 time step...................... 2.78623E-05 kinetic energy................. 1.00000E+03 internal energy................ 1.00000E-20 spring and damper energy....... 1.00000E-20 system damping energy.......... 0.00000E+00 sliding interface energy....... 0.00000E+00

external work.................. 0.00000E+00 total energy................... 1.00000E+03 total energy / initial energy.. 1.00000E+00 global x velocity.............. 0.00000E+00 global y velocity.............. -1.28205E+01 global z velocity.............. 0.00000E+00 time per zone cycle= 434 microseconds estimated total cpu time = 718. sec ( 0 hrs 11 mins) estimated cpu time to complete= 718. sec ( 0 hrs 11 mins) enter sense switch: ______________________________________________________________ 此时,可以敲入以下四个开关之一: SW1:ANSYS/LS-DYNA 终止,记一个重启动文件。 SW2:ANSYS/LS-DYNA 的时间和循环数将会被显示。程序继续运行,此时用户 可以确切地了解到求解的进度。 SW3:ANSYS/LS-DYNA 记一个重启动文件,并继续运行下去。 SW4:ANSYS/LS-DYNA 将记一个结果数组,程序继续运行。 在操作窗口(运行 CTRL-C)中最初预估的 CPU 时间往往是不精确的(请看上 面输出例子中的预估 CPU 时间项),可以用 CTRL-C 中断 LS-DYNA 的求解,然后 用开关 SW2 去得到一个运行时间和循环次数的较好估计值。ANSYS/LS-DYNA 程序 将把所有重要信息(例如错误,警告,失效单元,接触问题等)都写入到 ANSYS/LS-DYNA 的操作窗口中和 LS-DYNA ASCII 文件 d3hsp 中。 在 UNIX 系统中, ANSYS/LS-DYNA 求解进程也可以通过读取某些 ASCII 码输出 文件的最后一些行来检验。而这需要另开一个窗口,进入到 ANSYS/LS-DYNA 程序 的运行目录中去,然后敲入以下命令: tail -m filename 其中,filename=d3hsp 或者 glstat 或者 matsum。对于 m(查看的行数)值, 30 就已足够。 d3hsp 文件由 ANSYS/LS-DYNA 直接产生,而产生 glstat 和 matsum 文件必须 在 ANSYS/LS-DYNA 的 PREP7 或 SOLUTION 进程中执行以下命令: EDOUT ,GLSTAT EDOUT ,MATSUM (有关怎样使用输出控制命令的详细信息,请参看本手册的第十二章)

d3hsp ,glstat,matsum 文件都是 ASCII 码文件。在求解过程中,这些文件 都是在要求的时间点上写出。可以从这些文件中任意一个的最后 30 行查看结果 的当前时间值并与 TIME 命令定义的结束时间值进行比较, 然后就能确定求解的 进程了。

5.5 显示小尺寸单元
正如隐式方法和显式方法所述,ANSYS/LS-DYNA 将依据其材料特性和尺寸自 动计算模型中每个单元的临界时间步长。 模型中的总体时间步长将依据模型中所 有单元的最小临界时间步长而定。 用户可以用 EDTP 命令根据时间步大小显式动态单元。这可以使你监控模型 中的小单元区域。根据时间步长有三个选项( EDTP 命令的 OPTION 域)用于显 示单元: ·选项 1-显示时间步长最小的单元。根据时间步大小每个单元呈红色或黄 色。根据 EDTP 命令的 VALUE1 域确定所显示单元的数目(缺省值=100)。 ·选项 2-用最小时间步长显示和列出单元。该选项和选项 1 产生同样的单 元,并且可以显示最小单元。 ·选项 3-除了显示所选单元外,这个选项显示的单元和选项 1 一样。超出 VALUE1 指定数目的单元是蓝色及半透明的,其透明度与 EDTP 命令的 VALUE 域 有关。 在 EDTP 产生的图中,根据其时间步大小,单元将会呈现红色(最小),黄 色(中间),或蓝色(最大)。 注 --在大模型中使用 EDTP 命令时要注意,因为其时间步长的计算要花费 很多的 CPU 时间。

5.6 编辑 LS-DYNA 的输入文件
ANSYS/LS-DYNA 程序支持 LS-DYNA 的大部分功能,并且可以由该程序的 GUI 界面得到。然而值得指出的是:还有一些 LS-DYNA 的功能不能从 ANSYS/LS-DYNA 的 GUI 中直接得到,例如: ·一些材料特性,例如纤维,土壤等 ·某些单元类型,例如 SEATBELT ·在局部坐标系下对刚体的约束

虽然这些功能不能直接使用,但熟悉 LS-DYNA 程序的用户仍然可以从 ANSYS/LS-DYNA 程序中间接地使用这些功能,这些方法将简述如下。 当模型建好后,执行 EDWRITE 命令(在 GUI 中,菜单路径为 Main Menu>Solution>Write Jobname.k . )创建一个 LS-DYNA 输入文件 Jobname.k. (注意到,如果为小型重启动,输入文件命名为 Jobname.R 如果为全启动, 输 入文件命名为 Jobname_nn.K) EDWRITE 和 SOLVE 命令的区别就是本章开始讨论的求解过程中的第三步将 不运行。也就是说,只写出 Jobname.k. (还有 ANSYS 结果文件的标题),但是, LS-DYNA 程序将不会开始求解。执行 EDWRITE 命令后,在显动态分析中,可以 使用包含附加功能的下列任一种方法进行求解。

5.6.1 方法 A
1. 退出 ANSYS/LS-DYNA 程序 2. 编辑 LS-DYNA 文件 Jobname.k 中在 ANSYS/LS-DYNA 程序不能直接得到的部 分。 3. 在两个结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 存在的目录下执行 LS-DYNA , LS-DYNA 程序运行得到的结果将加入到这两个文件中。 4.当 LS-DYNA 程序运行完以后, 进入 ANSYS/LS-DYNA 程序, 用后处理器 (POST1 和 POST26)观看结果。

5.6.2 方法 B
1.使用另一个窗口,进入到 ANSYS/LS-DYNA 程序运行的目录下,在原窗口下并 不退出 ANSYS 程序。 2.编辑输入文件 Jobname.k 中从 ANSYS/LS-DYNA 程序不能直接得到的部分。 3.在相同的目录下另外运行 LS-DYNA 程序 (该目录下有结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS )。求解结果将加入到这些结果文件中(记住,并没有退出 ANSYS/LS-DYNA 的原始窗口。) 4.当 LS-DYNA 程序运行结束后,回到原来的窗口里,用 ANSYS/LS-DYNA 的后处 理观看结果。 对于方法 A 和方法 B, 可以通过运行 lsdynaxx 副本来执行 LS-DYNA 程序。 这 ( 里 xx 是 ANSYS 版本号) lsdynaxx i=jobname.k p=product name

例如,如果在 ANSYS 版本 6.0 里 ANSYS/Mechanical 配有 LS-DYNA,并且输入 文件是“crashtest.k”,就可以敲入: lsdyna60 i=crashtest.k p=ansysds 根据所运行的分析类型,可能还需要其它的命令行。对于隐显顺序求解 ( REXPORT 和 EDDRELAX 命令;请参看第十五章,Implicit-to-Explicit Sequential Solution) ,需要参数“m=drelax”.对于重启动分析, EDSTART 命 ( 令;请参看第十三章,Restarting)这里需要参数“r=d3dumpnn”,nn 为用于重 启动点的存储文件号(01,02,...99)。对于任何分析,都可以包含命令行参 数”memory=n”,这里 n 是期望开辟的内存空间。 当使用这些方法修改 Jobname.k. 文件时,节点和单元都不能改变。同时也 注意到 ANSYS/LS-DYNA 中的数据库并不因 Jobname.k. 文件的改变而更新。因 此,当求解完成后,用 PREP7,POST1,POST26 处理器进行观看时,看到的是初 始模型而并不是修改后的模型。(因此,编辑关键输入文件 Jobname.k 不是 ANSYS/LS-DYNA 所支持的特性)。不管什么情况下,LS-DYNA 后处理器 LS-POST 能处理完整的计算结果(假设通过 EDWRITE 命令执行 LS-DYNA 结果文件)。

5.6.3 使用预先存在的 FILE.K
在典型的 ANSYS/LS-DYNA 分析中,当执行 SOLVE 命令时,就会写入结果文 件标题 (或执行 EDWRITE 命令时) 但是, 。 当仅有一个 file.k 输入文件存在时, LS-DYNA 求解器能够创建 RST 和 HIS 结果文件标题。这就要求采用以前存在的 file.k,用 LS-DYNA 求解,然后用 ANSYS/LS-DYNA 程序进行后处理。 使用这种方法,首先应确定 file.k 定义的模型不包括 ANSYS/LS-DYNA 不支 持的任何特性。然后编辑.k 文件,所以对 ANSYS 仅有的结果文件 *DATABASE-FORMAT 命令设置为 1, ANSYS 和 LS-DYAN 都有的文件, 对 它设置为 2。 接下来,如上所述,运行 lsdynaxx 副本。 然后可以用 POST1 和 POST26 处理结果。如果 ANSYS 数据不存在的话,在结 果文件中不会得到单元特性(材料特性,实常数等。)但是,仍然能用 ANSYS 后处理器处理结果。如果要求 LS-DYNA 结果文件,也可以用 LS-POST 处理结果。

第六章接触表面
ANSYS/LS-DYNA 中的接触表面可以使用户在模型中诸 Component 之间定义多 种接触类型,本章将概要地讲述一下显式动态分析中定义物理上的真实接触。 必须注意的是显式动态分析中的接触与其它类型的 ANSYS 分析中的接触类型 不同,在其它分析中,接触是由实际接触单元表示。而在显式动态分析中没有接 触单元。只需定义接触表面,它们之间的接触类型以及相应的参数。

6.1 接触的定义
因为在显式动态分析中会发生复杂的大变形,所以确定模型内 component 之 间的接触是非常困难的。基于此原因,ANSYS/LS-DYNA 程序中包含许多功能以使 接触表面间的接触定义更容易些。 ANSYS/LS-DYNA 中采用 EDCGEN 命令来定义 在 所有接触表面。 使用 EDCGEN 命令时遵循下列步骤: 第一步; 确定哪种接触类型最适合你的物理模型。 第二步: 定义接触实体。 第三步: 定义摩擦系数参数。 第四步: 为给定的接触类型给定一些附加输入。 第五步: 定义接触的杀死和激活时间。 第一步:定义接触类型 为了充分地描述在大变形接触和动态撞击中的复杂几何体之间的相互作用, 在 ANSYS/LS-DYNA 中引入了许多种接触类型。这些接触类型,包括节点-表面, 表面-表面,单面,单边,侵蚀,固连,固连断开,压延筋和刚性体接触,将在 本章标题为“接触选项”中详细讨论,对于一般的分析而言,建议使用自动单面 (ASSC),自动原则(AG),节点-表面(NTS),表面-表面(STS)接触选项。 第二步:定义接触实体 除单面接触(ASSC,SS 和 ESS)、自动通用(AG)和单边接触(SE)外,所 有的接触类型都必须在发生接触的地方定义 contact 表面和 target 表面,这可 用节点 components, PART ID 或部件集合 ID 定义。当使用 contact component 和 target component 时,使用选择项并用 CM 命令把节点组合在一起(仅节点 component 有效),然后用下面的输入列表,说明如何使用 EDCGEN 命令在 component 之间定义接触,如第四章例题的球和球棒表面间的 component. NSEL,S,NODE,....!在球面上选择节点 CM,BALLSURF,NODE!把被选的节点放在 component BALLSURF 中 NSEL,S,NODE,....!选择球面上的节点 CM,BATSURF,NODE!把被选节点放在 component BATSURF 中

EDCGEN,NTS,BALLSURF,BATSURF,.25,.23!在组元 component BALLSURF 和 component BATSURF 间定义为节点-表面接触。 此外,还可以用有限元模型内当前定义的部件号或部件集合号来定义接触表 面。部件集合号可以用 EDASMP 命令定义。 下面的命令行说明了怎样使用 EDCGEN 命令在模型中定义不同部件或部件 集合间的接触; EDCGEN,STS,1,2,.25,.23!在部件 1 和部件 2 间生成面面接触 另外,结合 PART/部件集合和组元定义,也可以定义接触和目标表面间的接 触,表述如下: EDCGEN,NTS,N1,2,.3,.28!在组元 N1 和 PART2 间生成点面接触 EDCGEN,ESTS,1,N2,.15,.15!在 PART1 和组元 N2 间生成侵蚀面面接 触 EDCGEN,STS,1,1,.1,.1!在 PART1 间生成面面接触 如下例所述,也可以用 EDCGEN 命令定义部件集合间的接触: EDCGEN,STS,5,6,.3,.28!在部件集合 5 和 6 间生成面面接触 在一些特定的单面接触类型(ASCC,AG,ESS,和 SS)中无需定义 contact 和 target 表面,在本章后面将提及到,单面接触时最常用的接触类型,模型的 全部外表面在整个分析中任一点都可能发生接触。 程序在单面接触中将忽略任何 contact 和 target 表面的定义,并在执行 EDCGEN 命令时发出一个警告信息, 一个典型单面接触命令如下: EDCGEN,ASSC,,,.34,.34!在整个模型中生成自动单面接触 注 --在显式分析中定义接触实体时,不允许有初始穿透。因此,定义接触 组元时要注意。 第三步:定义摩擦系数参数 接触摩擦系数是由静态摩擦系数(FS),动摩擦系数(FD),和指数衰减系 数(DC)来确定的。(FS,FD 和 DC 可以用 EDCGEN 命令输入)假设摩擦系数与 接触表面的相对速度 有关:

粘性摩擦系数,VC(用 EDCGEN 命令输入),可以限制最大摩擦力。公式表 述如下:

这里 力:

是接触时节点接触部分的接触面面积,VC 值建议使用剪切屈服应

这里

是接触材料的屈服应力。

为了避免在接触中产生不真实的震荡,对于薄板成形模拟,可使用垂直于接 触表面的接触阻尼,接触阻尼系数计算如下:

阻尼系数 VDC—粘性阻尼系数( EDCGEN 命令输入)。

这里

;K 是界面刚度 第四步:给定附加输入 对于侵蚀, 刚性体, 固连断开和压延筋接触, 还需输入一些其它数据 EDCGEN ( 的 V1-V4 选项),这些数据因接触类型不同而各异,将分别简述如下: 采用侵蚀表面接触(ENTS,ESS 和 ESTS)时,当表面实体单元发生失效时, 需要在内部剩余单元重新定义接触。对于侵蚀接触,V1-V3 定义如下:边界条件 对称选项(V1)决定当单元表面失效时沿一个表面是否仍然保持对称性;内部侵 蚀选项(V2)决定当外表面发生失效时沿内表面是否接着发生侵蚀;相邻材料选 项(V3)决定当沿着自由表面发生失效时是否包括实体单元面。

刚性体接触(RNTR 和 ROTR)通常用于多刚体动力学,在刚性体接触中,采 用一条用户定义防止贯穿的力-挠度曲线,而不用线性刚度。因此,对于刚性体 接触,数据曲线号(V1),用于给定刚性体接触的力计算方法类型选项(V2)和 卸载刚度值(V3)必须输入。 固连断开接触(TSTS 和 TNTS)用于表面胶合在一起时定义接触表面失效。 对于所有固连断开接触类型,需输入拉伸失效应力(V1)和剪切失效应力(V2) 定义失效准则。对于节点-表面固连断开接触。法向力指数项(V3)和剪切力指 数项(V4)也需输入以定义失效准则。 压延筋接触(DRAWBEAD)用于模拟压延筋的特殊情况,压延筋在深拉作业时 有助于约束坯料。在压延筋接触中,必须输入一条载荷曲线号(V1),它给出作 为压延筋位移函数的约束力弯曲分量,可以任选一条曲线号(V2),它给出作为 压延筋位移函数的法向约束力以及沿压延筋的等距积分点数(V4)。 第五步:定义激活或杀死时间 对于每个接触定义,都可以用 EDCGEN 命令的 BTIME 域和 DTIME 域来定义杀 死和激活时间。这允许在瞬态分析的任意时刻都激活接触,然后在稍后时间内杀 死。

6.1.1 列表,显示和删除接触实体
用 EDCGEN 命令定义接触后, 就可以列表、 显示或删除接触实体。 EDCLIST 用 命令列出所有当前定义的接触实体。 定义的每个接触都给定一个参考号用于显示 接触实体, 当前显式动态接触实体 1 一般的面面接触:节点接触实体 N1,结点目标实体 N2 FS=0.10000FD=0.08000DC=0.00000VC=0.00000VDC=0.0000 2 自动单面接触定义:模型的所有外表面 FS=0.20000FD=0.15000DC=0.00000VC=0.00000VDC=0.0000 用户可以采用 EDPC 命令选择和显示接触实体。显示将包括节点和单元,它 与定义接触表面的方法有关(也就是说,部件或组元)。采用 EDPC 命令的 MIN, MAX,和 INC 域来给定最小接触实体号,最大接触实体号和接触实体号增量。因 此,对于上述说明执行 EDPC ,1,2,1,就可以选择显示 STS 和 ASSC 接触定义 的实体。值得注意的是,对于单面接触定义,模型中所有外部表面都将被选择和 显示出来。

注 -- EDPC 选择了给定接触实体的节点和单元。因此,在显示接触实体后, 必须重新选择下步操作所需的所有节点和单元( SOLVE )。采用 NSEL ,ALL 和 ESEL ,ALL 命令(或其他命令的合适形式)。 如果接触定义不正确, 可以用 EDDC 命令删除它。 为了删除指定的接触实体, 可执行 EDDC ,DELE,Ctype,Cont,Targ,这里 Ctype 是接触类型,Cont 和 Targ 表示已定义接触的接触和目标部件或组元。删除当前接触实体,执行 EDDC , DELE,ALL。 在小型重启动分析中不能删除接触实体 EDSTART , 。 ( 2) 但是, 可以用 EDDC 命令激活( EDDC ,DACT,Ctype,Cont,Targ)或杀死接触。当知道在什么阶段 发生什么类型接触时,这个特点是非常有用的。使用此特征,必须在新分析中定 义所有的接触实体( EDCGEN ),并且必须至少执行一次小型启动,一旦定义了 接触类型, 就可以在不必要时杀死它, 而在需要时重新激活。 需要时才考虑接触, 这样显著节省了 CPU 时间。(注意,如果在新分析中用 EDDC ,DELE 删除接触, 它的定义将从数据库中去除,那么就不能在后来的分析中激活它。) 显式动态全启动分析不支持 EDDC 命令( EDSTART ,3)。也就是说,在前 面分析已定义的全启动中不能删除,杀死和激活接触定义。

6.2 接触选项
为了充分定义在显式动态分析中表面间的复杂相互作用,在 ANSYS/LS-DYNA 中有 24 种接触类型(见下表)。在大量的接触类型中,需要用户对每一种接触 类型都很了解,以便能正确地选用接触类型。因此,下面我们将讨论一下 ANSYS/LS-DYNA 中所有的接触类型。 6.1 接触类型
Single surface Nodes to surface Surface to surface Normal Automatic Rigid Tied Tied with failure Eroding Edge Drawbead Forming DRAWBEAD FNTS FSTS, FOSS ESS SS ASSC, AG, ASS2D NTS ANTS RNTR TDNS TNTS ENTS STS, OSTS ASTS ROTR TDSS, TSES TSTS ESTS SE

6.2.1 定义接触类型
从表 6.1 中看出,在 ANSYS/LS-DYNA 程序中主要有三种基本接触类型:单面 接触,节点-表面接触,表面-表面接触。 1.单面接触(SS,ASSC,AG,ASS2D,ESS) 单面接触用在一个物体表面的自身接触或它与另一个物体表面接触,在单面 接触中,ANSYS/LS-DYNA 程序将自动判定模型中哪处表面发生接触。因此,单面 接触的定义是最简单的,无需定义 contact 和 target 表面,当定义好单面接触 时,它允许一个模型的所有外表面都可能接触,这对于预先不知道接触表面的自 身接触或大变形问题很有用处。 与隐式模型过多定义接触面将大大增加 CPU 时间 不同,在显式模型中定义单面接触只会较少的增加 CPU 时间,许多碰撞和撞动态 碰撞问题都需定义单面接触。由于自动通用接触(AG)很有效,它包括壳边接触 (SE)和改进的梁接触,因此,推荐你在难以预测接触条件时,对于自身接触和 大变形问题优先选择此种接触类型。 2.点-面接触(NTS,ANTS,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,DRAWBEAD,FNTS) 点面接触类型是接触节点将穿透 target 表面。这种接触类型通常用于一般 两个表面间的接触。采用 ANSYS 隐式程序中同样的规则,需要定义 target 表面 及 contact 表面。 ·平面或凹面为 target 表面,凸面为 contact 表面 ·粗网格所在面作为 target 面,细网格所在面为 contact 面 在定义压延筋接触时,筋总为 contact 表面,而板料为 target 表面。 3.面-面接触(STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSTS,ESTS,SE,FSTS,FOSS, TSES) 当一个物体的表面穿透另一个物体的表面时需使用面-面接触,面-面接触类 型是最常用的,并且常用于任意形状且存在较大接触面积的物体接触。这种接触 类型对于物体间有大量相对滑移时很有效,例如块在平板上滑动,球在槽内滑动 等。

6.2.2 定义接触选项
对于以上三种接触类型的每一种又含有多个接触类型选项,在 ANSYS/LS-DYNA 中,可用以下几个选项: 1.通用接触(SS,NTS,STS,OSTS)

虽然通用接触的算法最简单,但它的使用范围仍很广。实际上, ANSYS/LS-DYNA 三种接触选项中有两种是 NTS 和 STS 选项。使用通用接触最大的 优点在于它们的速度很快并且很可靠。使用该种类型时,只需关心接触表面的取 向,接触表面方向是指定义一个面的哪一边是实体和哪一边是“空气”。当使用 实体单元时,程序自动为通用接触类型正确定向,而对于壳单元的接触,用户必 须自己定义表面方向,在 EDCONTACT 命令中把 ORIE 域设为 2,它将激活接触表 面自动重新定向。特别要注意,只有壳表面没有初始贯穿时才会重新定向。 2.自动接触(ASSC,AG,ASS2D,ANTS,ASTS) 与通用接触类型一样,自动接触也是使用最广泛的接触。自动接触和通用接 触间的主要差别就是它能通过自动接触算法自动确定壳单元的接触表面方向。 在 该选项中,将会检查壳单元每个面的接触,因此,通常会限制搜索深度。如果考 虑到接触表面的穿透,可以使用无限或者大搜索深度的普通接触。参见本章后面 的 6.5 节, Controlling Contact Depth 。 3.侵蚀接触(ESS,ENTS,ESTS) 侵蚀接触用于一个或两个表面的单元在接触时发生材料失效。接触依然可在 剩余单元中进行。它用于实体单元穿透或是表面产生失效贯穿问题等。使用此选 项,必须在 EDCGEN 命令中指定对称平面选项(V1)、内外节点侵蚀选项(V2) 以及临近材料处理选项(V3)。 4.刚性接触(RNTR,ROTR) 刚性体接触和通用接触中的 NTS 和 OSTS 相类似,区别在于它采用一条用户 自定义的力-挠度曲线而不是线性刚度来防止穿透。这种类型的接触最典型的应 用是多个刚体间的相互接触。 刚性体接触的最大优点在于它们可以包括能量吸收 刚性体接触 (RNTR, ROTR) 不能用于变形体。 刚 而无需用变形单元建模。 但是, 性体和变形体间的接触必须用通用、自动或侵蚀选项来定义。对于刚性体接触选 项,必须用 EDCGEN 命令来指定数据曲线 ID(V1)力的计算方法(V2)和卸载 选项(V3)。 5.固连接触(TDNS,TDSS,TSES) 固连接触选项实际上是把接触节点(表面)和目标表面“粘合”起来,接触 和目标表面开始必须共面,于是初始化时,程序会计算 contact 节点(表面)在 target 部分内的等参数位置。然后,在载荷或初始速度的作用下,contact 节点 (表面)须在目标表面内保持它们的等参数位置。固连接触的效果就是 target 表面可以变形,而 contact 节点将追随其变形。定义固连接触时,较粗网格的物 体需定义为 target 表面。只有平移自由度(UX,UY,UZ)才会受固连接触的影 响。 6.断开接触(固连失效)(TNTS,TSTS)

固连断开接触与固连接触的区别在于 contact 节点(表面)仅在达到失效准 则前和 target 表面固连在一起。利用一个罚刚度使得 contact 节点(表面)与 target 表面实现“销连接“;在达到失效准则后,接触节点(表面)可以相对 于目标表面滑动或与之分离。固连断开接触的典型应用是焊点和螺栓连接。TNTS 和 TSTS 间的主要区别就是 TSTS 失效与失效应力有关而 TNTS 则与失效力有关。 使用 TSTS 时,需用 EDCGEN 命令来定义法向(V1)和切向(V2)失效应力;对 于 TNTS,需用 EDCGEN 命令来定义法向(V1)和切向(V2)失效力以及法向(V3) 和切向(V4)力的指数。固连失效准则如下式:

7.边接触(SE) 单边接触用于发生在垂直于壳表面法线方向的接触中。该接触选项不需要定 义接触或目标表面,常用于表面法向垂直于撞击方向的薄板成形工艺中。 8.压延筋接触(DRAWBEAD) 压延筋接触用于金属成形工艺中,它需特别注意坯料的约束。在拉延和冲压 模拟时,板料与成形表面脱离的现象是很常见的。压延筋接触要求使用弯曲和摩 擦约束力,用来保证板料在整个压延筋厚度尺寸上保持接触。 9.成形接触(FNTS,FSTS,FOSS) 成形接触主要用于金属成形工艺。对这些接触类型来说,工具和模具定义为 目标面(master),而工作部分定义为接触面(slave)。这个选项不需用网格 连接,但工具的网格必须在同一方向。由于该选项基于自动接触类型,因此在金 属成形应用中非常有效。

6.3 接触搜索方法
在 ANSYS/LS-DYNA 中, 有两种接触算法用来确定发生接触的接触面和目标面, 简述如下:

6.3.1 网格连接跟踪
在网格连接跟踪中,接触搜索算法用相邻单元片的共享节点去识别可能出现 的接触域。因此,当一个目标片不再和接触表面节点接触时,就可以检验相邻的 单元片。网格连接跟踪方法是非常有益的,因为它速度快;但也有缺点,它要求 网格连续,以确保算法正确。因此,对不同的区域,必须设置不同的接触。NTS, OSTS, TSTS, TNTS 和 TDNS 接触选项使用网格连接方法。 但是, 通过设置 EDCONTACT 命令的 SHTK 域为正值,接触选项 NTS,OSTS 和 TDNS 须使用批处理方法。

6.3.2 批处理方法
除了上述提及到的接触类型外,所有的接触都使用批处理方法,就是把 target 表面按区域分成很多批。Contact 节点可以和同一批或相邻批中任意的 target 接触。批处理方法很可靠,但是当 target 表面的单元数较多时,它要比 网格连接跟踪法慢。

6.3.3 限制接触搜索域
通过定义一个接触箱区域,用户可以把整个区域限制在一个接触搜索域内。 定义一个接触箱后,接触搜索就会在箱体坐标指定的范围内执行。它的一个优点 就是当预先知道两个物体的潜在接触面积时,可以使 CPU 时间消耗降到最少。当 用部件或部件集合定义接触时,此选项才有效。接触箱用 EDBX 命令定义。 EDBX , Option,BOXID,XMIN,XMAX,YMIN,YMAX,ZMIN,ZMAX

Option 增加,删除,列表
BOXID 用户定义的 ID 号 XMIN 最小 x 坐标 XMAX 最大 x 坐标 YMIN 最小 y 坐标 YMAX 最大 y 坐标 ZMIN 最小 z 坐标 ZMAX 最大 z 坐标 一旦定义后,一个 BOXID 可以在 EDCGEN 命令的 BOXID1 和 BOXID2 域使用。 BOXID1 和接触箱相对应而 BOXID2 与目标接触箱对应。

6.4 壳单元的特殊处理
用壳单元对刚性体建模时必须很小心。自动点-面接触(ANTS)、自动单面 接触(ASSC)、自动面-面接触(ASTS)和单面接触的定义,都必须考虑确定接 触表面和搜索深度接触算法的壳体厚度。 因此, 刚性体壳单元的厚度要符合实际, 厚度太小将导致接触丢失,厚度太大将导致批处理算法速度的降低。对上述接触 类型来说, EDCONTACT 命令的壳体厚度接触选项 SHTK 域将忽略不计。 EDCONTACT 中 SHTK 项置为 1 或 2 对 NTS,STS,OSTS 型接触有多种影响。第 一就是直接计算接触深度(见 6.5,Controlling Contact Depth),它由壳单元 厚度和实体单元边长决定,而不由用户控制。第二,正如上面所说的一样,接触 搜索算法变为批处理算法,网格连续就不必要了。

6.5 接触深度控制
对于通用接触类型 STS,NTS,OSTS,TNTS 和 TSTS,用户必须保证在模型中 未定义虚假接触。 对于这些接触类型, ANSYS/LS-DYNA 假设接触深度为 (接

近无限)。因此,任何时候一个接触节点贯穿到 target 表面的后面(或 vice-versa),就会发生接触并产生一个与接触深度成比例的力。在显式动态分 析中,由于几何体之间发生相对移动,定义多余的虚假接触是很常见的。在接触 不真实的情况下,接触深度相对来说就很大,相应的接触力也会变大从而导致模 型不稳。 基于上述原因, ANSYS/LS-DYNA 程序允许用户定义一个最大接触深度值, 接触穿透超过该值,可认为是虚假的并且对它忽略不计。要控制接触穿透距离, 可将 EDCONTACT 命令中的 PENCHK 域值为 1 或 2。 在 STS,NTS,OSTS,TNTS 和 TSTS 类型的模型中,上面所说的 PENCHK 域控 制所有接触定义的穿透检测。 EDSP 命令可以改变同种类型每个单独接触定义 用 的穿透检测。 除 STS,NTS,OSTS,TNTS 和 TSTS 外的所有其他类型的接触,其穿透深度由 单元厚度自动限制,而不能由用户自动调整。壳单元和实体单元接触深度的表达 式为: 壳单元 :接触深度=min[壳厚度,0.4×最短边长,0.5× ]

实体单元 :接触深度=min[体积/面积,0.5×

]

6.6 接触刚度 6.6.1 罚因子的选择
两个物体间发生接触时必须建立刚度的关系。如果没有接触刚度,物体之间 将会互相穿透。通过两个物体间的“弹性弹簧”可以建立这种关系,这里接触力 等于接触刚度(k)与穿透量(δ)的乘积。因此,两个物体间的穿透量(δ)或不 相容性与刚度 k 有关。理想情况下,应没有穿透,但这意味着 k=∞从而将导致 数值不稳。k 值与接触物体的相对刚度有关。在 ANSYS/LS-DYNA 程序中,接触刚 度由下述关系确定:

-实体单元片

-壳单元片 其中, Area=接触面积 K=接触单元的体积模量 fs=罚因子(缺省为 0.1) 在大多数情况下,ANSYS/LS-DYNA 程序自动确定的接触刚度参数能提供良好 的结果。 也可以通过 EDCONTACT 命令中的 SFSI 域输入新的罚因子值来改变所有 接触面的接触刚度。由经验可知,SFSI 值超过 0.1 将会引起不稳定。

6.6.2 对称刚度
如果由于材料性质或单元尺寸的差别而在接触和目标表面间引起接触应力 的不匹配,可能导致不稳定和不切实际的情况。它可以通过调整 EDCONTACT 命 令中罚刚度选项 PENO 来克服。例如,把 PENO 置为 1,接触和目标面的刚度都将 被考虑,并采用表面间的最小应力值。 如果接触刚度有很大差别,程序将它们进行比例缩放,使它们的数值接近, 并覆盖用户输入的比例因子。 连同相对质量,闭合接触单元是一个弹簧-质量系统,其当前稳定性判据会 得出显式分析的极限时步。程序会报告一个最小时步信息。如果采用的实际步长 大于信息中所列出的,则要用 EDCONTACT 命令修改不协调表面的罚函数比例, 或者用 EDCTS 命令缩小实际步长。 若两个时步间的差别很小, 则不必用此方法。 除了用 EDCONTACT 命令的 SFI 和 PENO 选项来控制接触表面间的罚刚度外, 个别接触 (从) 和目标 (主) 的刚度值也可以用 EDCMORE 命令调整。 EDCMORE 命 令与 EDCONTACT 命令的区别在于, EDCONTACT 命令适用于模型中所有的接触, 而 EDCMORE 命令只允许定义单个接触表面的附加接触参数。在 ANSYS/LS-DYNA 程序确定的缺省刚度值不够的情况下,可以用 EDCMORE 命令的 Va1 和 Va2 域调 整主从罚刚度。

6.7 2D 接触选项
为了定义 PLANE162 单元的接触, ANSYS/LS-DYNA 程序中存在一个特定的 2 在 维接触选项。ASS2D 是一个单面接触选项(和 ASSC 类似)。与 3-D 单元所用接 触相类似,可以用 EDCGEN 命令来定义 ASS2D 选项:

EDCGEN , ASS2D,Cont,Targ,FS,FD,DC,…BTIME,DTIME 对于 2-D 接触,只有 parts 可以用来定义接触和目标组元。使用 ASS2D 仅 可使用 FS,FD,DC,BTIME,DTIME 域。在 2-D 接触中, EDCGEN 命令的所有其它域 都将被忽略。

第七章 材料模型
ANSYS/LS-DYNA 包括 40 多种材料模型,它们可以表示广泛的材料特性,可用 材料如下所示。本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。对于每种材料模型的 详细信息,请参看 Appendix B,Material Model Examples 或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第十六章(括号内将列出与每种模型相对应的 LS-DYNA 材料号)。 线弹性模型 ·各向同性(#1) ·正交各向异性(#2) ·各向异性(#2) ·弹性流体(#1) 非线弹性模型 ·Blatz-ko Rubber(#7) ·Mooney-Rivlin Rubber(#27) ·粘弹性(#6) 非线性无弹性模型 ·双线性各向同性(#3) ·与温度有关的双线性各向同性(#4) ·横向各向异性弹塑性(#37) ·横向各向异性 FLD(#39)

·随动双线性(#3) ·随动塑性(#3) ·3 参数 Barlat(#36) ·Barlat 各向异性塑性(#33) ·与应变率相关的幂函数塑性(#64) ·应变率相关塑性(#19) ·复合材料破坏(#22) ·混凝土破坏(#72) ·分段线性塑性(#24) ·幂函数塑性(#18) 压力相关塑性模型 ·弹-塑性流体动力学(#10) ·地质帽盖材料模型(#25) 泡沫模型 ·闭合多孔泡沫(#53) ·粘性泡沫(#62) ·低密度泡沫(#57) ·可压缩泡沫(#63) ·Honeycomb(#26) 需要状态方程的模型 ·Bamman 塑性(#51) ·Johnson-Cook 塑性(#15) ·空材料(#9) ·Zerilli-Armstrong(#65) ·Steinberg(#11)

离散单元模型 ·线弹性弹簧 ·普通非线性弹簧 ·非线性弹性弹簧 ·弹塑性弹簧 ·非弹性拉伸或仅压缩弹簧 ·麦克斯韦粘性弹簧 ·线粘性阻尼器 ·非线粘性阻尼器 ·索(缆)(#71) 刚性体模型 ·刚体(#20)

7.1 定义显示动态材料模型
用户可以采用 ANSYS 命令 MP , MPTEMP , MPDATA , TB , TBTEMP 和 TBDATA 以及 ANSYS/LS-DYNA 命令 EDMP 来定义材料模型。 下一节 显动态材料模 型的描述 ,说明了怎样使用命令定义每种材料模型的特性。 通过 GUI 路径定义材料模型比使用命令直接得多: 1.选择菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.Define Material Model Behavior 对话框出现。 注 --如果不事先定义 ANSYS/LS-DYNA 单元类型,那么就不能定义 ANSYS/LS-DYNA 材料模型。 2.在 Material Models Available 窗口的右侧,双击 LS-DYNA,然后选择一 种材料模型种类:线性、非线性、状态方程、离散单元特性或刚体材料。 3.双击一种材料的子目录。例如,在非线性材料中,有弹性、非弹性和泡沫 材料模型。

4.继续双击下面的材料分类直到数据输入对话框出现。框中的选项包括所有 的材料模型,它对所选的材料模型都有效。 5.输入所需的值,单击 OK 。然后在 Materials Models Defined 窗口左边 就列出了材料模型的类型和号码。 然后用户可以双击 Materials Models Defined 窗口左边的材料模型使相关 数据对话框出现。这样就可以修改其值。然后单击 OK 。 用户可以选择 Edit>Copy 并指定新模型号来复制现有材料模型的内容,复制 的材料模型以新模型号列在 Materials Models Defined 窗口左侧,其内容与原 材料模型内容相同。 单击模型号选定它,然后选择 Edit>Delete,可以删除材料模型。 使用 GUI 路径定义材料的详细信息, 参看§1.2.4.4 《ANSYS Basic Analysis Guide》中的 Material Model Surface,也可参看《ANSYS Operations Guide》 的§4.2.1.10 Using Tree Structure 来获得材料模型界面结构层的详细信息。 如果用户通过 GUI 路径来定义、修改、复制或删除材料模型,ANSYS 将自动发出 正确命令并将其写入 log 文件中。

7.2 显式动态材料模型的描述
本节将详细讲述每一种材料模型。每当提及“加载曲线 ID”时,就需要输入 一条材料数据曲线 ID,用 EDCURVE 命令定义材料数据曲线,见第四章 , Loading 。当采用交互工作方式时,所有材料模型的可用特性都出现在材料模型 对话框中。当使用批处理或命令流方式时,相应的命令都提供在这里。要保证定 义材料属性为模型列出的,不要定义与模型无关的数据。

7.2.1 线弹性模型 7.2.1.1 各向同性弹性模型
各向同性弹性模型。使用 MP 命令输入所需参数: MP ,DENS—密度 MP ,EX—弹性模量 MP ,NUXY—泊松比 此部分例题参看 B.2.1,Isotropic Elastic Example:High Carbon Steel。

7.2.1.2 正交各向异性弹性模型
正交各向异性弹性模型。用 MP 命令输入所需参数: MP ,DENS—密度 MP ,EX—弹性模量(EY,EZ);需一值 MP ,NUXY—从泊松比(NUXY,NUXZ);需一值或 MP ,PRXY—主泊松比(PRYZ,PRXZ);需一值 MP ,GXY—剪切模量(GYZ,GXZ);需一值 当仅给定一个值时(例如,EX)其它值将自动定义(EY=EZ=EX)。用 EDLCS 和 EDMP ,ORTHO 命令定义材料坐标系统。如果没有给定材料坐标系统,材料特 性将单元的 I,J,L 节点定义的材料轴保持正交各向异性(参看下图)。对于多 层复合壳,用 TB ,COMP 命令代替,并作为 SHELL163 单元实常数给定层性质。 详细信息参看§7.2.3.11 Composite Damage Model. 例题参看 B.2.2 Orthopic Elastic Example:Aluminum Oxide.

7.2.1.3 各向异性弹性模型
此种材料的描述需要全弹性矩阵。由于其对称性,仅需 21 种常数。这种材 料仅对 SOLID164 单元和 PLANE162 单元有效(轴对称和平面应变问题)。

用 MP 命令输入密度。用 TB ,ANEL 命令以上三角形式输入常数。用 EDLCS 和 EDMP ,ORTHO 命令定义材料方向轴。如果没有定义材料坐标系,材料性质将 与单元的 I、J、L 节点所定义的材料轴保持正交各向异性(参看上面的单元坐标 系图)。 MP ,DENS—密度 TB ,ANEL TBDATA ,1,C11,C12,C22,C13,C23,C33 TBDATA ,7,C14,C24,C34,C44,C15,C25 TBDATA ,13,C35,C45,C55,C16,C26,C36 TBDATA ,19,C46,C56,C66 当用户使用 TBLIST 显示材料类型的数据信息时,这些常数以下三角形式[D] 出现而不是上三角形式[C]。这一矛盾不是计算错误;材料数据已准确传递给 LS-DYNA 程序。 例题参看 B.2.3,Anisotropic Elastic Example:Cadmium。

7.2.1.4 弹性流体模型
使用此选项来模拟动态冲击载荷作用下盛满流体的容器。可以用 MP 命令输 入密度(DENS),用 EDMP 命令定义材料模型为弹性流体: MP ,DENS EDMP ,FLUID,MAT,VAL1 流体模型要求指定体积模量, 可以在上述命令的 VAL1 域输入。 除了使用 EDMP 外,用户也可用 MP 命令输入弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。然后程序将计 算体积模量如下所示:

MP ,EX MP ,NUXY

如果 VAL1( EDMP 内)、EX 和 NUXY 都指定了,VAL1 将用作体积模量。

7.2.2 非线性弹性模型 7.2.2.1Blatz-ko 弹性橡胶模型
Blatz 和 ko 定义的超弹连续橡胶模型。该模型使用第二类 Piola-Kirchoff 应力:

其中,G—剪切模量,V—相对体积,ν—泊松比, 量,而

—右柯西-格林应变张

—Kronecker delta。用 MP 命令输入密度(DENS)和剪切模量(GXY)。

例题参看 B.2.4,Blatz-Ko Example:Rubber。

7.2.2. 2 Mooney-Rivlin 橡胶弹性模型
不可压缩橡胶模型。它与 ANSYS 的 Mooney-Rivlin 2-参数模型很相似。输入 , 和 来定义应变能量密度函数:





是右柯西-格林张量不变量。

用 MP 命令输入泊松比( )和密度。(泊松比的值要比推荐的大一些,太 小的值不能工作。)用 TB 和 TBDATA 命令输入 Mooney-Rivlin 常数,只允许一 种温度下的数据,并且必须放在数据表中的 1 和 2 位置。 TB ,MOONEY,,,,0 TBDATA ,1,

TBDATA ,2,

如果不直接输入



, 可以设这些常数为 0, 然后用载荷曲线提供表格

式单轴数据。 程序将根据 TBDATA 命令的 3-6 项所输入的实验数据来计算这些常 数。使用这种输入法,必须设 TB 命令的 TBOPT=2: TB ,MOONEY,,,,2 TBDATA ,1, (设为 0,应用实验数据)

TBDATA ,2,

(设为 0,应用实验数据)

TBDATA ,3,

(试样测量长度



TBDATA ,4,

(试样测量宽度)

TBDATA ,5,

(试样厚度)

TBDATA ,6,

(载荷曲线 ID)

提供单轴数据的载荷曲线应使测量长度

随相应力的变化而变化。在压缩

中,力和长度变化须为负值。在拉伸中,力和测量长度变化须为正值。单轴方向 的主拉伸比 由下式给出:

—初始长度,L—实际长度。 或者可以通过设定测量长度、设置厚度和宽度为 1.0,并且在测量长度变化 处定义工程应变以及在有作用力的地方定义名义(工程)应力,从而输入应力应变曲线。 在 ANSYS/LS-DYNA 求解的初始阶段,用最小二乘法来处理输入的实验数据。
例题参看 B.2.5 Mooney-Rivlin Example :Rubber 。

7.2.2. 3 粘弹性模型
Herrmann 和 Peterson 提出的线性粘弹性模型。模型采用偏量特性:

这里剪切松弛模量由下式给出:

在模型中,由体积 V 计算增量积分压力时,需事先进行弹性体积假设,即 V: p=K 。用参数 、 、K(体积模量)和 β 来定义线粘弹性模型。用 TB ,

EVISC 和 TBDATA 命令的 46、47、48 和 61 项输入以上数据: TB ,EVISC TBDATA ,46,

TBDATA ,47, TBDATA ,48,K TBDATA ,61,1/β 注 --对于这种材料选项,必须用 MP 命令定义密度(DENS)。 例题参看 B.2.6, Viscoelastic Example:Glass。

7.2.3 非线性无弹性模型 7.2.3.1 双线性各向同性模型
使用两种斜率(弹性和塑性)来表示材料应力应变行为的经典双线性各向同 性硬化模型(与应变率无关)。仅可在一个温度条件下定义应力应变特性。(也 有温度相关的本构模型;参看 Temperature Dependent Bilinear Isotropic Model)。用 MP 命令输入弹性模量(Exx),泊松比(NUXY)和密度(DENS), 程序用 EX 和 NUXY 值计算体积模量(K)。用 TB 和 TBDATA 命令的 1 和 2 项输 入屈服强度和切线模量: TB ,BISO TBDATA ,1, (屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

例题参看 B.2.7,Bilinear Isotropic Plasticity Example:Nickel Alloy。

7.2.3.2 与温度相关的双线性各向同性模型
应变率无关、用两种斜率(弹性和塑性)来表示材料应力应变特性的经典双 线性各向同性硬化模型。可以在六个不同的温度下定义应力应变行为。如果仅在 一个温度下定义应力应变行为,就需假定双线性各向同性材料模型(与应变率和 温度无关)。可以通过输入较大的屈服强度值来以该模型、表热-弹性材料。 用 MP 命令输入密度(DENS)(温度无关)。用 MPTEMP 和 MPDATA 输入弹 性模量(Exx)、泊松比(NUXY)和热胀系数(ALPX) (这些特性和温度有关)。用 TB ,BISO,,NTEMP、 TBTEMP 以及 TBDATA 命令的 1 和 2 项输入屈服强度和切 线模量。 屈服强度和切线模量必须相对于同一温度定义, MPTEMP 命令中输入。 在

MP ,DENS MPTEMP ,1, , ,…,

MPDATA ,EX,,1,



,…,

MPDATA ,NUXY,,1,



,…

MPDATA ,ALPX,,1,



,…,

TB ,BISO,,NTEMP(NTEMP 可为 2 到 6) TBTEMP , (第一个温度点)

TBDATA ,1,

( 屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

TBTEMP ,

(第二个温度点)

TBDATA ,1,

( 屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

(重复此形式 NTEMP 次) TBTEMP , (最后一个温度点)

TBDATA ,1,

(屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

注 --对于这些材料模型,必须提供足够范围的温度数据,使之能够覆盖分 析中的实际温度。否则,分析将会中止。

7.2.3.3 横向各向异性硬化模型
仅供壳单元和 2-D 单元使用的全迭代各向异性塑性模型。在此模型中,由 HILL 给出的屈服函数在平面应力情况下简化如下:

这里 R 为各向异性硬化参数,它为平面内的塑性应变率 率 之比:

和平面外应变

R=

/

应力应变仅定义在一个温度下。 MP 命令输入弹性模量 用 (Exx) 密度(DENS) , 和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,7 和 TBDATA 命令的 1-4 项输入屈服应 力,切线模量,各向异性硬化参数以及有效屈服应力相对于有效塑性应变的载荷 曲线 ID 号: TB ,PLAW,,,,7 TBDATA ,1, (屈服应力)

TBDATA ,3,R(各向异性硬化参数) TBDATA ,2, (切线模量)

TBDATA ,4,LCID(屈服应力和塑性应变的载荷曲线 ID) 例题参看 B.2.8,Transversely Anisotropic Elastic Plastic Example: 1010 Steel。

7.2.3.4 横向各向异性 FLD 硬化模型
这种材料模型用于模拟各向异性材料的板料成形。仅考虑横向各向异性材 料。对于此模型,可以用定义的载荷曲线来模拟流动应力和有效塑性应变的关系

( EDCURVE ) 另外, 。 也可以定义成形极限图 (也可用 EDCURVE , 如下图所示) 。 ANSYS/LS-DYNA 程序用此图来计算材料所承受的最大应变比。 这一塑性模型仅在壳单元和 2-D 单元中使用。这一模型遵循前边所述的横向 各向异性弹塑性模型所介绍的塑性理论。理论基础可参考该模型。 使用横向各向异性 FLD 模型, 需用 MP 命令输入密度 (DENS) 弹性模量 , (Exx) 和泊松比(NUXY)。如下所示,可以用 TB ,PLAW,,,,10 和 TBDATA 命令 中的 1-5 项定义其它参数。 TB ,PLAW,,,,10 TBDATA ,1, (屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

TBDATA ,3,R(各向异性硬化参数) TBDATA ,4,LCID1(有效应力和塑性应变的载荷曲线) TBDATA ,5,LCID2(定义 FLD 的载荷曲线) 例题参看 B.2.9, Transversely Anisotropic FLD Example: Steinless Steel。

7.2.3.5 双线性随动模型
(与应变率无关)经典的双线性随动硬化模型,用两个斜率(弹性和塑性) 来表示材料的应力应变特性。用 MP 命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS) 和泊松比(NUXY)。可以用 TB ,BKIN 和 TBDATA 命令中的 1-2 项输入屈服强 度和切线模量: TB ,BKIN TBDATA ,1, (屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

例题参看 B.2.10,Bilinear Kinematic Plasticity Example :Titanium Alloy。

7.2.3.6 塑性随动模型
各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型,与应变率相关,可 考虑失效。通过在 0(仅随动硬化)和 1(仅各向同性硬化)间调整硬化参数 β 来选择各向同性或随动硬化。应变率用 Cowper-Symonds 模型来考虑,用与应变 率有关的因数表示屈服应力,如下所示:

这里 数。

—初始屈服应力, —有效塑性应变,

—应变率,C 和 P-Cowper Symonds 为应变率参 —塑性硬化模量,由下式给出:

应力应变特性只能在一个温度条件下给定。 MP 命令输入弹性模量 用 (Exx) , 密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,1 和 TBDATA 命令中的 1-6 项输入屈服应力,切线斜率,硬化参数,应变率参数 C 和 P 以及失效应变: 如下所示,可以用 TB ,PLAW,,,,10 和 TBDATA 命令中的 1-5 项定义其 它参数。 TB ,PLAW,,,,1 TBDATA ,1, (屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

TBDATA ,3,β(硬化参数) TBDATA ,4, C(应变率参数) TBDATA ,5,P(应变率参数) TBDATA ,6, (失效应变)

例题参看 B.2.11,Plastic Kinematic Example:1018 Steel。

7.2.3.7 3- 参数 Barlat 模型
由 Barlat Lian 提出的各向异性塑性模型,用于平面应力条件下的铝质薄板 模型。使用了指数和线性硬化法则。平面应力下各向异性屈服准则定义为:

—屈服应力,a 和 c—各向异性材料模型,m—Barlat 常数, 义为





其中 h 和 p 为附加各向异性材料常数。对于指数硬化选项,材料屈服强度给 定如下:

k—屈服系数,

—初始屈服应变,

—塑性应变,n—硬化系数。所有各

向异性材料常数,除 p 隐含定义外,都由 Barlat 和 Lian 定义的宽厚应变比(R) 决定:

c=2-a

对于任意角 φ 的宽厚应变比可由下式计算;

——沿 φ 方向的单轴向拉伸应力。 仅在同一个温度下给定应力应变特性。 用 MP 命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。硬化准则 类型 HR(线性为 1 或指数为 2),切线模量(HR=1)或屈服系数(HR=2),屈服 应力(HR=1)或硬化系数(HR=2),Barlat 指数,m,厚度和宽度方向的应变比, , 和 以及正交各向异性材料轴,用 TB ,PLAW,,,,3 和 TBDATA 命

令的 1-8 项输入:

最后一项 CSID 有两个有效值:0(缺省)和 2,如果 CSID=0,局部坐标系由 单元节点 I,J 和 L 定义(如上图所示);如果 CSID=2,材料轴由 EDLCS 命令给 定的局部坐标系决定(对于确定轴向的详细信息,请参看命令的描述)。在定义 材料特性之前,必须用 EDLCS 定义局部坐标系,然后执行 EDMP ,ORTHO,VAL1, 其中 VAL1 值为 EDLCS 命令定义的坐标系标号。

7.2.3.8 Barlat 各向异性塑性模型
由 Barlat,lege 和 Berm 发展的各向异性塑性模型,用于模拟成形过程的材 料特性,各向异性屈服函数 Φ 定义如下:

这里 m 为流动指数;

为对称矩阵

的主值,

这里 a、b、c、f、g 和 h 代表各向异性材料常数,当 a=b=c=f=g=h=1,就会 模拟各向同性材料行为, 而屈服表面就会简化为 Tresca 表面 (m=1) Von Mises 和 表面(m=2 或 4),对于此材料选项,屈服强度由下式给出:

这里 k 是强度系数,

是塑性应变,

是初始屈服应变,n 是硬化系数,

仅在同一温度下定义应力、应变特性。用 MP 命令输入弹性模量(Exx),密度 (DENS)和泊松比(NUXY),强度系数,初始屈服应变,硬化系数,流动指数和 Barlat 各向异性常数 a-h,用 TB ,PLAW,,,,6 和 TBDATA 命令的第 1-10 项输 入。
TB , PLAW,,,,6 TBDATA , 1, k (强度系数) TBDATA , 2, (初始应变)

TBDATA , 3, n (硬化系数) TBDATA , 4, m (流动指数 (Barlat) ) TBDATA , 5, a TBDATA , 6, b TBDATA , 7, c TBDATA , 8, f TBDATA , 9, g TBDATA , 10, h

例题参看 B.2.13,Barlat Anisotropic Plasticity Example:2008-T4 Aluminum。

7.2.3.9 应变率敏感的幂函数式塑性模型
与应变率相关的塑性模型,主要用于超塑性成形分析,该模型遵循 Ramburgh -Osgood 本构关系:

这里 ε-应变;

-应变率;m-硬化系数;k-材料常数;n-应变率敏感

系数。 应力-应变关系只能定义于一个温度下。 MP 命令输入弹性模量 用 (EXX) , 密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,4 和 TBDATA 命令的第 1-4 项定义材料常数、硬化系数、应变率敏感系数及初始应变率。
TB , PLAW,,,,4 TBDATA , 1, k (材料常数) TBDATA , 2, m (硬化系数) TBDATA , 3, n (应变率灵敏系数) TBDATA , 4, (初始应变率)

例 题 参 看 B.2.14 , Rate Sensitive Powerlaw Plasticity Example:A356 Aluminum。

7.2.3.10 应变率相关的塑性模型
应变率相关各向同性塑性模型主要用于金属和塑性成形分析,在此模型中, 载荷曲线用来描述初始屈服强度 义如下: 与有效应变率之间的函数关系。屈服应力定

式中

-初始屈服强度,

-有效应变率,

-有效塑性应变,

应力-应变特性仅定义于同一温度下。用 MP 命令输入弹性模量(EXX)、 密度(DENS)和泊松比(NUXY)。定义初始屈服应力和有效应变率的载荷曲线号, 切线模量,定义弹性模量和有效应变率的载荷曲线号,定义切线模量和有效应变 率的载荷曲线 ID,定义 Von Misess 失效应力和有效应变率的载荷曲线号,用 TB ,PLAW,,,,5 和 TBDATA 命令的第 1-5 项输入。对于壳单元,可在第 6 项中

给定 Mn Time,取代第 5 项中的 LCID4 定义材料失效。Mn Time 为自动删除单元的 最小步长。
TB , PLAW,,,,5 TBDATA , 1, LCID1 (定义初始屈服应力和有效应变率的载荷曲线 ID) TBDATA , 2, E tan (切向(塑性硬化)模量) TBDATA , 3, LCID2 (定义弹性模量和有效应变率的载荷曲线 ID) TBDATA , 4, LCID3 (定义切线模量和有效应变率的载荷曲线 ID) TBDATA , 5, LCID4 (定义 Von Misess 失效应力和有效应变率的载荷曲线 ID) TBDATA , 6, Mn Time (自动删除单元的最小步长,仅用于壳单元)

例题参看 B.2.15,Strain Rate Dependent Plasticity Example;4140 Steel。

7.2.3.11 复合材料破坏模型
此材料模型是由 Chang & Chang 发展的复合材料失效模型,模型采用如下 5 个参数: S1=轴向拉伸强度 S2=横向拉伸强度 S12=剪切强度 C2=横向压缩强度 =非线性剪切应力参数 所有参数均由实验确定, 用 MP 命令输入弹性模量(Exx,Eyy,Ezz)、剪切 模量(Gxy,Gyz,Gxz),密度(DENS)和泊松比(NUXY,NUYZ,NUXZ),压缩失效时 的体积模量、剪切强度、轴向拉深强度、横向拉深强度、横向压缩强度以及非线 性剪切应力参数用 TB ,COMP 和 TBDATA 命令的第 1-6 项输入:
TB , COMP TBDATA , 1, KFAIL (压缩失效时的体积模量) TBDATA , 2, S12 (剪切强度) TBDATA , 3, S1 (轴向拉伸强度) TBDATA , 4, S2 (横向拉伸强度) TBDATA , 5, C2 (横向压缩强度) TBDATA , 6, (非线性剪切应力参数)

注 --关于 LS-DYNA 材料模型#22 (复合破坏) 的详细信息, 请参考 《LS-DYNA Theoretical Manual》。即使不使用失效特性,多层复合薄片也要求此模型。薄 片特性定义为 SHELL 163 的实常数。

7.2.3.12 混凝土 破坏 模型
此模型用于分析承受混合冲击载荷的刚劲加强混凝土材料。这一模型要求混 凝土和加强材料常数以及状态方程(有关状态方程的详细信息参考 7.2.6,Equation of State Models) 用 MP 命令输入密度 。 (DENS) 和泊松比 (NUXY) 用 TB ,CONCR,,,,2 命令和 TBDATA 命令的 1-78 项输入下列值: TB ,CONCR,,,,2 TBDATA ,1, (失效的最大主应力)

TBDATA,2,

(内聚常数)

TBDATA ,3,

(压力硬化系数)

TBDATA ,4,

(压力硬化系数)

TBDATA ,5,

(屈服内聚力)

TBDATA ,6,

(屈服极限的压力硬化系数)

TBDATA ,7,

(屈服极限的压力硬化系数)

TBDATA ,8,

(失效材料的压力硬化系数)

TBDATA ,9,

(失效材料的压力硬化系数)

TBDATA ,10,

(破坏比例因子)

TBDATA ,11,

(单轴拉伸的破坏比例因子)

TBDATA ,12,

(三轴拉伸的破坏比例因子)

TBDATA ,13,PRE(加强筋的百分比) TBDATA ,14, (加强筋的弹性模量)

TBDATA ,15,

(加强筋的泊松比)

TBDATA ,16,

(初始屈服应力)

TBDATA ,17,

(切线模量)

TBDATA ,18,LCP(主材料速率敏感度的载荷曲线 ID) TBDATA ,19,LCR(加强筋速率敏感度的载荷曲线 ID) TBDATA ,20-32, (破坏函数 1-13)

TBDATA ,33-45,

(比例因子 1-13)

TBDATA ,46,GAMA(温度常数) TBDATA ,47, (初始内部能量)

TBDATA ,48,

(初始相对体积)

TBDATA ,49-58,

(体积应变数据值 1-10;相对体积自然记录)

TBDATA ,59-68,



处的体积压力值)

TBDATA ,69-78,



处的温度值)

7.2.3. 13 分段线性塑性模型
多线性弹塑性材料模型,可输入与应变率相关的应力应变曲线。它是一个很 常用的塑性准则, 特别用于钢。 采用这个材料模型, 也可根据塑性应变定义失效。 采用 Cowper-Symbols 模型考虑应变率的影响,它与屈服应力的关系为:

这里 服应力,而

——有效应变率,C 和 P——应变率参数,

——常应变率处的屈

是基于有效塑性应变的硬化函数。用 MP 命令输入弹性模量

(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,8 和 TBDATA 命 令的 1-7 项输入屈服应力、 切线模量、 失效的有效真实塑性应变、 应变率参数 C、 应变率参数 P、定义有效全应力相对于有效塑性真应变的载荷曲线 ID 以及定义 应变率缩放的载荷曲线 ID。 TB ,PLAW,,,, 8 TBDATA ,1, (屈服应力)

TBDATA ,2,

(切线模量)

TBDATA ,3,

(失效时的有效塑性真应变)

TBDATA ,4,C(应变率参数) TBDATA ,5,P(应变率参数) TBDATA ,6,LCID1(定义全真应力相对于塑性真实应变的载荷曲线) TBDATA ,7,LCID2(关于应变率缩放的载荷曲线) 注 --如果采用载荷曲线 LCID1, 则用 TBDATA 命令输入的屈服应力和切线模 量将被忽略。另外,如果 C 和 P 设为 0,则略去应变率影响。如果使用 LCID2, 用 TBDATA 命令输入的应变率参数 C 和 P 将被覆盖。 只考虑真实应力和真实应变 数据。在数据曲线一节中讲述了此种类型的例题。

注 --例题参看 B.2.16, Piecewise Linear Plasticity Example: High Carbon Steel。

7.2.3. 14 幂函数塑性模型
用于金属和塑性成形分析的与应变率有关的塑性模型。该模型提供各向同性 硬化的弹塑性行为。并且它用一个包括 Cowper-Symbols 乘子的幂函数本构关系 来描述应变率的影响:

其中 变,

——应变率,C,P——Cowper-Symbols 应变率参数,

——弹性应

——有效塑性应变,k——强度系数,n——硬化系数,仅能在一个温

度下指定应力应变特性。用 MP 命令输入弹性模量(Exx)、密度(DENS)和泊松 比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,2 和 TBDATA 命令的 1-4 项输入强度系数、硬 化系数和应变率参数 C 和 P: TB, PLAW,,,,2 TBDATA ,1,k(强度系数) TBDATA ,2,n(硬化系数) TBDATA, 3,C(应变率参数) TBDATA ,4,P(应变率参数) 例题参看 B.2.17,Powerlaw Plasticity Example:Aluminum 1100。

7.2.4 压力相关的塑性模型 7.2.4.1 弹塑性流体动力学模型
该模型用于模拟承受大应变的材料,这里塑性特性可以由一系列数据点定义 或屈服应力和切线模量定义。如果不指定有效真实塑性应变和有效真实应力数 据,屈服强度将按下式计算(依据各向同性硬化):

根据杨氏模量和切线模量可计算塑性硬化模量



如果指定了有效真实塑性应变和应力值,应力应变特性可以由有效真实应力 与真实塑性应变曲线的数据点定义。可以最多定义 16 个数据点。如果应变值超 过了最大输入值,将使用线性插值;因此,需输入其它值来覆盖分析中所有的应 变值。用 MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和剪切模量(GXY)。用 TB ,PLAW,,,,9 和 TBDATA 命令的第 1-45 项输入下列参数: TB ,PLAW,,,,9 TBDATA ,1, (初始屈服应力)

TBDATA ,2,

(硬化模量)

TBDATA ,3,PC(截断压力值) TBDATA ,4, (失效应变)

TBDATA ,5-20,

(有效应变数据曲线值)

TBDATA ,21-36,

(有效应力数据曲线值)

TBDATA ,37,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,38,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,39,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,40,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,41,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,42,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,43,

(状态常数的线性多项式方程)

TBDATA ,44,

(初始内能)

TBDATA ,45,

(初始相对体积)

注意 TBDATA 命令指定的 37-45 的常数与状态模型的线性多项式方程相同。 详细信息请参看§7.2.6,Equation of State Models。

7.2.4.2 地质帽盖模型
该模型是一种用于地质力学问题或诸如混凝土材料分析的非粘性、双常量材 料模型。该模型中,双常量帽盖理论又被扩展到包括非线性随动硬化。下面将讨 论扩展的帽盖模型及其参数。

图 7-1 用应力张量不变量来描述帽盖模型。从偏量应力得出偏应力张量第二不变量 的平方根 ,如下所示:

此为变形或剪切力的客观标量尺寸。应力 迹。 帽盖模型包括压力

-第一不变量是应力张量的轨

空间的三个表面,如图 7-1Surface of the 是失效包络, 是极限表面,而 是

Two-invariant Cap Model 所示。表面 拉伸中止值。 的函数形式如下:

这里

由下式给出:



。这一失效包络面固定在

空间,因此,如果不存在随动硬化就不会硬化,接着,在图中,有一 个帽盖表面 ,由下式给出:

这里

由下式给出

是帽盖表面和 而 L(k)定义为

轴的交叉:

由硬化准则,硬化参数 k 和塑性体积的变化

有关,

在几何上,认为 R 为帽盖表面和失效表面交叉处的 止拉伸表面,在图中表示为 ,函数 由下式给出

坐标,最后,有一个截

式中 T 为输入的材料参数, 它来定义材料所支持的最大静水张力, 处的弹性区域由上面的失效包络面, 左边的拉伸截止表面和右边的帽盖表面来定 义边界。用 MP 命令输入密度(DENS)和剪切模量(GXY)。用 TB ,GCAP 命令 和 TBDATA 命令的 1-13 项输入下列参数。 TB ,GCAP TBDATA ,1,K(体积模量) TBDATA ,2,α(失效包络参数) TBDATA ,3,θ(失效包络线性系数) TBDATA ,4,γ(失效包络指数系数) TBDATA ,5,β(失效包络指数) TBDATA ,6,R(帽盖表面中心线比率) TBDATA ,7,D(硬化率指数) TBDATA ,8,W(硬化率系数) TBDATA ,9, (硬化率指数)

TBDATA ,10,C(动态硬化系数) TBDATA ,11,N(动态硬化参数) TBDATA ,12,Ftype(公式标志:1 表示土和混凝土,2 表示石头) TBDATA ,13,Toff(拉伸截止值;Toff〈0,在压缩中为正〉)

对于该种材料的详细信息请参看《LS-DYNA Theoretical Manual》。
例题参看 B.2.18, Geological Cap Example:SRI Dynamic Concrete 。

7.2.5 泡沫模型 7.2.5. 1 闭合多孔泡沫模型
刚性、闭合多孔、低密度聚氨酯泡沫材料模型通常用于汽车设计的撞击限制 器模型。该模型与 honeycomb 很相似,在体积压缩达到之前,所有应力张量的分 量都不耦合。但与 honeycomb 不同的是,闭合多孔泡沫是各向同性的,还受约束 的空气压力的影响,材料模型定义应力为:

这里

—轮廓应力,

—初始泡沫应力, —泡沫与聚合物密度之比,

—Kronecker delta,

—体积应变定义如下:

这里 V—相对体积, 下:

—初始体积应变。屈服条件使用试探主应力,定义如

这里 a,b,c 为用户自定义常数。 只能在同一温度下定义应力应变特性。 MP 用 命令输入弹性模量(Exx)和密度(DENS),假设该模型的泊松比为 0,用 TB ,FOAM,,,,1 和 TBDATA 命令的 1-6 项输入屈服应力常数 a,b 和 c,初始泡沫 压力,泡沫与聚合物密度之比以及初始体积应变,如下示: TB ,FOAM,,,,1 TBDATA ,1,a TBDATA ,2,b TBDATA ,3,c TBDATA ,4, (初始泡沫压力)

TBDATA ,5,

( 泡沫与聚合物密度之比)

TBDATA ,6,

( 初始体积应变)

7.2.5.2 粘性泡沫模型
用于撞击模型的能量吸收泡沫材料。该模型包括并行的非线性弹性刚度和粘 性阻尼。在粘性吸收能量同时使用用弹性刚度限定整体撞击。弹性刚度 始粘性系数 都是相对体积的非线性函数: ,初

—初始弹性刚度,

—初始粘性系数,



—分别为弹性刚度和粘性

系数的幂指数。 仅能在同一种温度下定义应力应变曲线。用 MP 命令输入弹性刚 度(Exx),泊松比(NUXY)和密度(DENS)。用 TB ,FOAM,,,,3 和 TBDATA 命 令的 1-4 项输入弹性刚度幂指数,初始粘性系数,粘性弹性刚度(防止产生时间 步问题)和粘性幂函数: TB ,FOAM,,,,3 TBDATA ,1, (弹性刚度的幂指数)

TBDATA ,2,

(初始粘性系数)

TBDATA ,3,

(粘性弹性刚度)

TBDATA ,4,

(粘性系数的幂指数)

7.2.5.3 低密度泡沫模型
高度可压缩泡沫材料模型,常常用于衬垫材料如椅子坐垫。在压缩中,该模 型假设存在伴随能量耗散的滞后卸载特性。拉伸过程中撕裂发生之前,该材料模 型呈线性。对于单轴载荷,该模型假设在横向方向上无耦合。采用输入形状因子 控制(滞后卸载因子(HU),延迟常数(β)和卸载形状因子),就可以近似估 计泡沫的卸载特性。 仅可在同一温度下定义应力应变特性。用 MP 命令输入弹性 模量(Exx)和密度(DENS)。用 TB ,FOAM,,,,2 和 TBDATA 命令的 1-8 项输入 滞后卸载因子,延迟常数,粘性系数,卸载形状因子,达到中止应力时的失效选 项以及体积粘度标志: TB ,FOAM,,,,2 TBDATA ,1,LCID(应力应变行为的载荷曲线 ID) TBDATA ,2,TC(拉伸截断应力,缺省=1E20) TBDATA ,3,HU(滞后卸载因子:1.0-无能量耗散;0.0 –全部能量耗散) TBDATA ,4,β(延迟常数) TBDATA ,5,DAMP(粘性系数,推荐值为 0.05 到 0.5) TBDATA ,6,SHAPE(形状卸载因子,缺省值=1) TBDATA ,7,FAIL 达到截断应力时的失效选项: ( 0.0–截断值处的拉伸应力; 1.0拉伸应力设为 0) TBDATA ,8,BVFLAG(体积粘度特性标志:0.0 –没有体积粘度(推荐值),1.0激活体积粘度)

7.2.5.4 可压缩泡沫模型
该模型用于边侧撞击的可压缩泡沫或其它周期效应不太重要的应用。该模型 与应变率有关并且在单向压缩时泊松比为 0。在公式中,弹性模量认为是常数且 采用弹性特性修正应力:

—应变率,E—弹性模量,t—时间,该模型包括在拉伸载荷作用下定义失效 的拉伸应力截断值。对于拉伸截断值以下的应力,该模型在拉伸和压缩载荷作用

下有相同的反应。 重要的是该截断值需有非零值防止材料在小拉伸载荷下产生破 坏。用 MP 命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB , FOAM,,,,4 和 TBDATA 命令的 1-3 项输入应力体积应变曲线,拉伸截断值和 粘性阻尼系数。 TB ,FOAM,,,,4 TBDATA ,1,LCID(应力体积应变曲线 ID) TBDATA ,2,TC(拉伸截断值) TBDATA ,3,DAMP(粘性阻尼系数,)

7.2.5.5 Honeycomb 泡沫模型
用于 Honeycomb 材料的正交各向异性材料模型。在压缩之前,材料为正交异 性的,应力张量分量不耦合,弹性模量呈线性分布与相对体积关系如下:

这里

为全压缩 Honeycomb 材料的弹性剪切模量。并且,

V—相对体积(定义为当前体积与原始体积之比)

—全压缩 Honeycomb 的相对体积 载荷曲线用于表示平均应力幅值随相对体积的变化。每个曲线必须有相同的 横坐标值。曲线可以定义为相对体积(V)或体积应变(1-V)的函数。用 MP 命 令输入弹性模量 (Exx) 密度 , (DENS) 和泊松比 (NUXY) 用 TB ,HONEY 和 TBADATA 。 命令的 1-17 项输入下列值: TB ,HONEY TBDATA ,1, (全压缩 Honeycomb 材料的屈服应力)

TBDATA ,2,

(全压缩 Honeycomb 材料的相对体积)

TBDATA ,3,

(材料粘度系数,缺省=0.05)

TBDATA ,4,

( 未压缩构形在 aa 方向的剪切模量)

TBDATA ,5,

(未压缩构形在 bb 方向的剪切模量)

TBDATA ,6,

(未压缩构形在 cc 方向的剪切模量)

TBDATA ,7,

( 未压缩构形在 ab 方向的剪切模量)

TBDATA ,8,

(未压缩构形在 bc 方向的剪切模量)

TBDATA ,9,

(未压缩构形在 ca 方向的剪切模量)

TBDATA ,10,LCA(aa 方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID) TBDATA ,11,LCB(bb 方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID) TBDATA ,12,LCC(cc 方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID) TBDATA ,13,LCS(剪切屈服应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID) TBDATA ,14,LCAB(ab 方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID)

TBDATA ,15,LCBC(bc 方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID) TBDATA ,16,LCCA(ca 方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线 ID) TBDATA ,17,LCRS(应变率效应的载荷曲线 ID。该输入为可选项,上面定义的 曲线用该曲线缩放)

7.2.6 状态方程
在 ANSYS/LS-DYNA 中有三种状态方程: 线性多项式 Gruneisen Tabulated 这些状态模型方程用于特定模型材料,例如,Johnson-Cook 塑性和 Zerilli-Armstrong 模型。可以用 TB 命令的 EOSOPT 域输入合适的数字来确定 状态方程。

7.2.6.1 线性多项式状态方程
( EOSOPT=1 )这一状态方程的内部能量呈线性分布。压力由下式给出:

这里如果 始密度之比。

,就把



设为 0。

是当前密度与初

用 TBDATA 命令输入所需常数。常数的初始位置(LOC)与所用的材料模型 有关。(对于初始位置值的使用请参看特定材料模型的描述。) TBDATA ,LOC,

TBDATA ,LOC+1,

TBDATA ,LOC+2,

TBDATA ,LOC+3,

TBDATA ,LOC+4,

TBDATA ,LOC+5,

TBDATA ,LOC+6,

TBDATA ,LOC+7,

(初始内部能量)

TBDATA ,LOC+8,

(初始相对体积)

7.2.6.2 Gruneisen 状态方程
(EOSOPT=2) 这一状态方程可由两种方法定义压力体积的关系,从而确定 材料是压缩还是扩张。 具有立体撞击速度-粒子的速度的状态 Gruneisen 方程定义压缩材料的压力 如下:

对于膨胀材料:

这里 C 是 vs-vp 曲线的截距;S1,S2 和 S3 是 vs-vp 曲线的斜率系数, Gruneisen gamma



,a 是



的的一阶体积修正量。

用 TBDATA 命令输入所需常数。常数的初始位置(LOC)确定所用的材料模 型。(对于使用什么初始位置值请参看特定材料模型的描述。) TBDATA ,LOC,C TBDATA ,LOC+1,

TBDATA ,LOC+2,

TBDATA ,LOC+3,

TBDATA ,LOC+4, TBDATA ,LOC+5,A TBDATA ,LOC+6, (初始内部能量)

TBDATA ,LOC+7,

(初始相对体积

7.2.6.3 Tabulated 状态方程
( EOSOPT=3 )Tabulated 状态方程模型的内部能量呈线性分布。压力定义 如下:

用 TBDATA 命令输入所需的常数。常数的初始位置(LOC)取决于所用的材 料模型。(对于使用什么初始位置值请参看特定材料模型的描述。) TBDATA ,LOC,GAMA(温度常数) TBDATA ,LOC+1, (初始内部能量)

TBDATA ,LOC+2,

(初始相对体积)

TBDATA ,LOC+3-LOC+12, 记) TBDATA ,LOC+13-LOC+22,

(体积应变值 1-10,相对体积的自然标



处的体积压力值)

TBDATA ,LOC+23-LOC+32,



处的温度值)

7.2.6.4 Bamman 塑性模型
该模型相当复杂,主要用于金属成形过程, 塑性与应变率和温度相关。 Bamman 模型不要求其它的状态模型方程(不需要 EOSOPT),因为在 TBDATA 命 令的 21-26 项定义了状态方程的内部变量(如下所示)。 用 MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。用 TB , EOS 和 TBDATA 命令的 1-26 项输入下列参数: TB ,EOS,,,,4 TBDATA ,1, (初始温度)

TBDATA ,2,HC(热生成系数) TBDATA ,3-20, (流动应力常数)

TBDATA ,21-26,

( 内部状态方程变量)

关于该模型的运动学详细描述以及所需输入常数的详细信息,请参看 《LS-DYNA Theoretical Manual》的第十六章材料模型 51 的描述。

7.2.6.5 Johnson-Cook 塑性模型
该模型也称为粘弹性模型,它是一种与应变率和绝热(忽略热传导)温度相 关的塑性模型。 该模型适用于应变率大范围变化的问题和由塑性耗散导致的材料 硬化引起的温度变化问题。此模型可以用于壳单元和实体单元。对于实体单元, 需要状态方程(后面将讨论)。 Johnson 和 Cook 将流动应力表示如下:

这里,A,B,C 和 m 都是材料常数。 是有效塑性应变



时的有效塑性应变率。

相应温度= 破坏应变定义如下:

这里

为压力与有效压力之比。

当破坏参数

为 1 时,就会发生破裂。

用 MP 命令输入杨氏模量(EX)、密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB , EOS 和 TBDATA 命令输入上述方程中的参数: TB ,EOS,,,,1,EOSOPT TBDATA ,1,A TBDATA ,2,B TBDATA ,3,n TBDATA ,4,C TBDATA ,5,m TBDATA ,6,

TBDATA ,7,

TBDATA ,8,

(有效塑性应变率)

TBDATA ,9,CP(比热) TBDATA ,10,压力截断值 TBDATA ,11,

TBDATA ,12,

TBDATA ,13,

TBDATA ,14,

TBDATA ,15, 使用 Johnson-Cook 塑性模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性 多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程都 有它自己的常数,从 TBDATA 命令的第 16 项开始上述参数。关于三种状态模型 方程的描述请参看§7.2.6, Equation of State Models. 关于线性多项式 EOS 的例题参看 B.2.19,Johnson-Cook Linear Polynomial EOS Example: 1006 Steel。 关于 Gruneisen EOS 的例题参看 B.2.20, Johnson-Cook Gruneisen EOS Example:OFHC Copper。

7.2.6. 6 空材料模型
该材料考虑状态方程时不用计算偏应力。也可以选择定义一个粘度。拉伸和 压缩时的侵蚀也可以考虑。杨氏模量和泊松比仅用于设置接触表面刚度,所以需 用一个合理的值。 用 MP 命令输入杨氏模量(EX)、密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB , EOS 和 TBDATA 命令的 1-4 项输入下列参数:

TB ,EOS,,,,2,EOSOPT TBDATA ,1,压力截断值( TBDATA ,2,粘度系数(任选) )

TBDATA ,3,拉伸时侵蚀的相对体积(



TBDATA ,4, 压缩时侵蚀的相对体积(



当使用空材料模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式 (EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程都有它自 己的常数,从 TBDATA 命令的第 16 项输入上述参数。关于三种状态模型方程的 描述请参看 7.2.6, Equation of State Models. 关于线性多项式 EOS 的例题参看 B.2.21,NULL Material Linear Polynomial EOS Example:Brass。 关于 Gruneisen EOS 的例题参看 B.2.22,Null Material Gruneisen EOS Example:Aluminum。

7.2.6. 7 Zerilli-Armstrong 模型
该模型用于金属成形过程和高速冲击过程,这里应力与应变、应变率以及温 度有关。Zerilli-Armstrong 模型对屈服应力表示如下:

对于面心立方金属:

对于体心立方金属:

这里

热容和温度的关系给定如下:

Zerilli-Armstrong 模型也需定义一种状态方程。 用 MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。用 TB , EOS 和 TBDATA 命令的第 1-19 项输入下列参数: TB ,EOS,,,,3,EOSOPT TBDATA ,1, (初始应变)

TBDATA ,2,N(体心立方金属的应变指数) TBDATA ,3, (室温)

TBDATA ,4,PC(压力截断值) TBDATA ,5,SPALL(破坏类型。SPALL=1.0,使用最小压力极限;SPALL=2.0, 用最大主应力;SPALL=3.0,用最小压力截断值/) TBDATA ,6, (流动应力系数)

TBDATA ,7,

(流动应力系数)

TBDATA ,8,

(流动应力系数)

TBDATA ,9,

(流动应力系数)

TBDATA ,10,

(流动应力系数)

TBDATA ,11,

(流动应力系数)

TBDATA ,12,

(失效应变)

TBDATA ,13,

(温度系数)

TBDATA ,14,

(温度系数)

TBDATA ,15,

(温度系数)

TBDATA ,16,

(热容系数)

TBDATA ,17,

(热容系数)

TBDATA ,18,

(热容系数),

TBDATA ,19,

(热容系数)

当使用 Zerilli-Armstrong 模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线 性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程 都有它自己的常数,从 TBDATA 命令的第 20 项输入上述参数。关于三种状态模 型方程的描述请参看§7.2.6, Equation of State Models.

7.2.6. 8 Steinberg 模型
该模型用于模拟带失效的实体单元的高应变率效应。屈服强度是温度和压力 的函数.需定义一种状态方程。 Steinberg 材料模型开始主要用于处理高应变率的塑性问题( ),这

里应变率变化对材料屈服应力的影响达到饱和。此模型中,剪切模量(G)和屈 服强度( 时,G 和 )都随压力的增大而增大而随温度的升高而降低。当材料达到熔点 均为零。

模型中,材料熔化前剪切模量定义如下:

这里

,b,h 和 f 都为试验确定的材料常数, 是压力, 是相对体积, p V



冷压缩能量:

是熔化能量:

其中熔化温度为





时的熔化温度。

在上述方程中,

定义为

这里 R 是气体常数,A 是原子量。如果不定义 cm-gram-microsecond 系统中用 R 计算。 屈服强度给定如下:

,LS-DYNA 在单位

如果

超过



给定如下:

—初始塑性应变,如果 后,

超过了



设置为与

相等。材料熔化

和 G 均为初始值的一半。

如果输入时不定义系数

,LS-DYNA 将把冷压缩能作为



的函

数定义为十项扩展多项式形式。它与输入变量 FLAG 有关:

这里

是第 i 个系数,并且,



用线性最小平方方法来完成这一配合。 有三种破坏模型表示拉伸载荷下材料的分裂、压碎和失效。SPALL=1,压力 限制模型,限制静水应力在指定值 一应力重新设置为 内。如果计算应力值比这一极限值大,这

。此选项不仅限于散裂模型,因为偏应力不受到达拉伸截

断压力的影响,并且压力截断值在整个分析中保持不变。最大主应力破坏模型, SPALL=2,检查最大主应力 为负值,因为 超过极限值时材料的断裂。注意这里要求

在压缩时为正值,而

在拉伸时为正值。一旦在模型中检

查有破坏情况,偏应力重新设为 0,而不允许有静水压力(p<0)。计算出拉伸 应力时,它们在破坏材料中重新设为 0,这样的话,破坏模型就类似一种橡胶或 无凝聚力材料。静水应力破坏模型,SPALL=3,检测压力超过了指定极限 时

的破坏情况。一旦检测到破坏,偏应力重新置为 0,而压力的非零值要求为压缩 时的值(正值)。如果随后考虑静水应力(p<0),那个单元的压力值重置为 0。 用 MP 命令输入剪切模量(GXY)和密度(DENS)。用 TB ,EOS 和 TBDATA 命 令的 1-28 项输入上述等式中的参数: TB ,EOS,,,5,EOSOPT TBDATA ,1, (初始屈服应力)

TBDATA ,2,

(硬化系数)

TBDATA ,3,n(硬化参数) TBDATA ,4, (初始塑性应变)

TBDATA ,5,

(最大屈服应力)

TBDATA ,6,b(剪切模量参数) TBDATA ,7, (Steinberg 屈服强度参数)

TBDATA ,8,h (Steinberg 屈服强度参数) TBDATA ,9,f(Steinberg 指数系数) TBDATA ,10,A(原子量) TBDATA ,11, (绝对熔化温度)

TBDATA ,12,

(熔化温度参数)

TBDATA ,13,a(熔化温度参数) TBDATA ,14,PC(压力截断值 )

TBDATA ,15,SPALL(Spall 类型。 SPALL=1, 使用压力极限破坏模型; SPALL=2, 使用最大主应力破坏模型;SPALL=3,使用静水应力模型。) TBDATA ,16,FLAG (冷压缩能量标记) TBDATA ,17,MMN(最小体积模量) TBDATA ,18,MMX(最大体积模量) TBDATA ,19-28, (冷压缩能量常数)

使用 Steinberg 模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式 (EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3)。每种方程都有它 自己的常数,从 TBDATA 命令的第 29 项开始输入上述参数。关于三种状态模型 方程的描述请参看 7.2.6, Equation of State Models. 关于 Gruneisen EOS 的例题参看 B.2.23, Steinberg Gruneisen EOS Example:Stainless Steel。

7.2.7 离散单元模型 7.2.7.1 线弹性弹簧模型
该模型提供了两个节点间的平移或旋转弹性弹簧。用 TB ,DISCRETE,,,, 0 和 TBDATA 命令的第一项输入弹簧弹性刚度: TB ,DISCRETE,,,,0 TBDATA ,1,KE(弹性刚度(力/位移)或(力矩/转动惯量))

7.2.7.2 通用非线性弹簧模型
该模型提供了两个节点间的通用非线性平移和转动弹簧,可承受任意加载或 卸荷。用户可以定义硬化和软化特性,用 TB ,DISCRETE,,,,5 和 TBDATA 命 令的 1-5 项输入模型参数: TB ,DISCRETE,,,,5 TBDATA , LCDL 1, (加载时, 定义力与位移或力矩与转动惯量的载荷曲线 ID) TBDATA , LCDU 2, (卸载时, 定义力与位移或力矩与转动惯量的载荷曲线 ID) TBDATA ,3,BETA(硬化参数) TBDATA ,4,TYI(拉伸时的屈服应力(=0:伴随有应变软化的拉伸或压缩 屈服; 0,没有应变软化的动态硬化;=1:没有应变软化的各向同性硬化。)) TBDATA ,5,CYI(压缩时的初始屈服应力(〈0〉)

7.2.7.3 非线性弹性弹簧模型
该模型提供了具有任意力/位移或力矩/转动惯量的非线性弹性平移或转动 弹簧。用 TB ,DISCRETE,,,,3 和 TBDATA 命令的 1-2 项输入模型参数: TB ,DISCRETE,,,,3 TBDATA ,1,LCID(载荷曲线 ID(力与位移或力矩与转动惯量)) TBDATA ,2,LCR(可选载荷曲线号,描述了力或力矩分别作为相对速度或 角速度的函数的比例因子。)

7.2.7.4 弹塑性弹簧模型
该模型提供了弹塑性平移或转动弹簧。其在两个节点间具有各向同性硬化特 性。用 TB ,DISCRETE,,,,2 和 TBDATA 命令的 1-3 项输入弹性刚度、切向 刚度和屈服力: TB ,DISCRETE,,,,2 TBDATA ,1,KP(弹性刚度(力/位移或力矩/转动惯量)) TBDATA ,2,KT(切向刚度(力/位移或力矩/转动惯量)) TBDATA ,3,FY(屈服(力)或(力矩))

7.2.7.5 非弹性仅拉或仅压缩弹簧模型
该模型提供了两个节点间的一种非弹性拉伸或仅压缩平移或转动弹簧。用户 可以选择定义卸载刚度而不是最大加载刚度。 TB , 用 DISCRETE, , 7 和 TBDATA ,, 命令的 1-3 项输入模型参数: TB ,DISCRETE,,,,7 TBDATA ,1,LCFD(描述任意力/转矩和位移/扭矩的载荷曲线 ID,不管弹簧 处于拉伸或压缩状态,必须定义在正的力-位移象限) TBDATA ,2,KU(卸载刚度,最大 KU 值和用于卸载的力/位移或力矩/扭矩 曲线中最大加载刚度) TBDATA ,3,CTF(压缩或拉伸指示:-1.0,仅拉伸,0.0-仅压缩(缺省), 1.0-仅压缩)

7.2.7.6 麦克斯韦粘性弹簧模型
该模型提供了两个节点间三参数麦克斯韦粘弹性平移或转动弹簧。可以选择 定义剩余力/力矩的终止时间。用 TB ,DISCRETE,,,,6 和 TBDATA 命令的 1-6 项输入模型参数: TB ,DISCRETE,,,,6 TBDATA ,1,Ko(瞬时刚度) TBDATA ,2,KI(持久刚度)

TBDATA ,3,BETA(延迟参数) TBDATA ,4,TC(终止时间,在这之后,传送不变力/力矩) TBDATA ,5,FC(终止时间后的力/力矩) TBDATA ,6,COPT(时间执行选项)

7.2.7.7 线性粘性阻尼模型
该模型提供了两个节点间的线性平移或转动阻尼器。 TB , 用 DISCRETE, , ,, 1 和 TBDATA 命令的第 1 项输入模型参数: TB ,DISCRETE,,,,1 TBDATA ,1,DC(阻尼常数(力/位移比率)或(力矩/转动惯量比率))

7.2.7.8 非线性粘性阻尼模型
该模型提供了一种非线性阻尼弹簧,它与两个节点间的任意的力/速度或力 矩/角速度有关。载荷曲线必须包括正负象限区的响应,并且过原点(0,0), 用 TB ,DISCRETE,,,,4 和 TBDATA 命令的第一项输入载荷曲线 ID: TB ,DISCRETE,,,,4 TBDATA ,1,LCID(描述力与位移速度的关系或力矩与角速度的关系的载荷 曲线 ID。载荷曲线必须定正负象限区的响应,并且过原点(0,0))

7.2.7.9 缆(索)模型
用此模型来真实模拟弹性线缆(索)。在压缩中不产生力,仅仅当线缆中有 拉伸时,则其产生的力不为 0,该力定义如下:

式中

为长度的变化。

=当前长度-(初始长度-平移量) 刚度定义如下:

对于 LINK167 来说用实常数定义面积和平移量。对于松弛电缆,平移量应为 负长度。对于初始拉伸力,平移量应为正值。如果定义了载荷曲线,则忽略了杨 氏模量而只用载荷曲线。载荷曲线定义为工程应力和工程应变,例如,在原始长 度上的变化。用 MP 和 EDMP 命令输入所需的值: MP ,DENS MP ,EX EDMP ,CABLE,MAT,载荷曲线 ID 例题参看 B.2.24,Cable Material Example:Steel。

7.2.8 刚性体模型 7.2.8.1 刚性体模型
用 EDMP 命令定义刚性体, 例如, 定义材料 2 为刚性体, 执行: EDMP , RIGIS, 2。用指定材料号定义的所有单元都认为是刚性体的一部分。材料号以及单元的 单元类型和实常数类型号用来定义刚体的 PART ID。这些 PART ID 用于定义刚性 体的载荷和约束(如第 4 章所述,Loading)。刚体内的单元不必用连接性网格 连接。因此,为了在模型中表示多个独立的刚性体。必须定义多个刚体类型。但 是,两个独立刚体不能共同使用一个节点。 使用 EDMP 命令的同时,必须用 MP 命令定义刚体材料类型的杨氏模量 (Ex),泊松比(NUXY)和密度(DENS)。必须指定实际的材料特性值,从而使 程序能计算接触表面的刚度。基于此原因,在显动态分析中,刚性体不要用不切 实际的杨氏模量或密度,刚体不能再变硬因为它已是完全刚硬的。 因为刚性体的质量中心的运动传递到节点上,所以不能用 D 命令在刚体上 施加约束。刚体的一个节点上的约束和初始速度将转换到物体的质心。但是,如 果约束了多个节点,就很难确定使用哪种约束。要正确在刚体上施加约束,使用 EDMP 命令的平移(VAL1)和转动(VAL2)约束参数域,表示如下: VAL1-平移约束参数(相对于整体笛卡尔坐标系) 0 没有约束(缺省) 1 约束 X 方向的位移 2 约束 Y 方向的位移

3 约束 Z 方向的位移 4 约束 X 和 Y 方向的位移 5 约束 Y 和 Z 方向的位移 6 约束 Z 和 X 方向的位移 7 约束 X,Y,Z 方向的位移 VAL2-转动约束参数(相对于整体笛卡尔坐标系) 0 没有约束(缺省) 1 约束 X 方向的旋转 2 约束 Y 方向的旋转 3 约束 Z 方向的旋转 4 约束 X,Y 方向的旋转 5 约束 Y 和 Z 方向的旋转 6 约束 Z 和 X 方向的旋转 7 约束 X,Y 和 Z 方向的旋转 例如,命令 EDMP ,IGID,2,7,7 将约束材料的刚体单元的所有自由度。 在定义刚体之后,可以用 EDIPART 命令指定惯性特性、质量和初始速度矢 量。如果没有定义刚性体的惯性特性,程序将会依据有限元模型计算它们。 例题参看 B.2.25,Rigid Material Example:Steel。

第八章 刚性体
用刚性体定义有限元模型中的刚性部分可以大大减少显式分析的计算时间。 这是由于定义一个刚性体后, 刚性体内所有节点的自由度都耦合到刚性体的质心 上。因此,不论定义了多少节点,刚性体仅有六个自由度。缺省设置时,每个刚 性体的质量、质心和惯性都由刚性体体积和单元的密度计算得到。作用在刚性体 上的力和力矩由每个时间步的节点力和力矩合成,然后计算刚性体的运动,位移 就会转换到节点上。

ANSYS/LS-DYNA 中,将分析中保持刚性特性的刚性体定义为一种材料模型。 用 E DMP 命令定义该种类型的刚性体,对于定义材料模型的详细信息,参看第 7章,Material Models。 另外,可以用 EDCRB 命令把两个刚体结合在一起,它们的作用如同一个刚 性体。但与刚性体的定义不同的是,它主要依据材料号,根据 PARTID 定义的刚 体约束和一个约束方程号。因此,为了在两个物体间施加刚体约束,必须执行命 令 EDCRB , ADD, NEQN, PARTS, NEQN 为约束方程参考编号, PARTM 是主刚体 part 号, PARTS 是从刚体 part 号。必须注意不能用同一个 NEQN 值执行多个 EDCRB 命令,仅使用最后一个 NEQN 值。当使用 EDCRB 命令时,第二个刚性体将 被第一个刚性体吸收,因而此后对第二个刚性体的任何操作将无效.

8.1 定义惯性特性
缺省时,程序将计算每个刚体的惯性特性。但是,用户可能会发现给刚性体 设定重力、质量、初始速度(在整体或局部坐标系)的特定中心和特定惯性张量 是很有用的,而不是依赖于求解过程中由有限元模型计算得到的值。可以用 EDIPART 来定义刚性体的任意特征,命令格式如下: 其中:PART-定义惯性的 part ID

Option -要执行的选项 Cvect -包括部件质心坐标系的矢量 TM -平移质量 IRCS -惯性张量参考坐标系的标志 Ivect -包括惯性张量分量的矢量 Vvect -包括刚体初始速度的矢量 CID -局部坐标系 ID
如果采用 ANSYS/LS DYMA GUI 路径,可以采用下列路径 Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Inertia Options>Define Inertia。输入 上述所有参数,包括所需的矩阵参数。对于批处理输入,在执行 EDIPART 命令 前需定义数组( DIM )并输入数据参数。下例说明了怎样定义部件2的惯性特 性,此为一个刚性体。 !定义参数输入 tm=0.6300E-03 平移质量

ircs=0 坐标系标志 cid=0 坐标系ID ! /prep7 ! !生成包含部件号为 2 的含有多个部件的刚体模型 edmp,rigid 定义刚性体 edpart,create 生成 part 列表 !定义所需矩阵 *dim,coord2,,3 *dim,velo2,,6 *dim,inert2,,6 ! !给矩阵赋值 coord2(1)=0.2450E+01,0.5000E+00,0.5000E+00 velo2(1)=0,10.0E-7,0 inert2(1)=0.3150E-03,0,0,0.2851E-03,0,0.2851E-03 ! EDIPART,2,ADD,coord2,tm,ircs,inert2,velo2,cid !

8.2 加载
正如第4章 Loading 描述的那样,可用 EDLOAD 命令对刚性体施加位移和速 度载荷。注意,位移和速度是施加在 PART 号上而并不是在节点 Component 上。 一个典型的命令如下:

EDLOAD , ADD, RBUX,,2, PAR1, PAR 2 该命令就是对刚体 PART2 定义 UX 位移, PART 号定义在 EDLOAD 命令的 Cname 项内(注意,对于其它类型的加载,该项为 Component 名。而对刚性体而言,该 项为 PART 号而非 Component 名) 该 PART 号必须与 EDMP 命令定义的刚性体相 。 对应。

8.3 变形体和刚性体部件间的转换
在一些动力学应用中,如果模型中大部分单元都是可变形的,那么,持续时 间较长的刚体运动的计算量就会极为庞大。摩托车轮子就是这样一个例子,轮子 翻滚持续较长时间相对于后来的撞击会占用更多的 CPU。为了提高这种应用的计 算效率,ANSYS/LS-DYNA 提供了这样一种转换性能,它把某些材料从变形状态换 至刚性状态,然后转到变形状态,通过刚体运动过程中转换变形体为刚性体,可 以节省大量的 CPU 时间。 变形体/刚性体转换本质上和重启动操作联系在一起,用户需要停止分析, 定义部件转换,然后再重新启动分析。虽然在开始分析时不用部件转换,但必须 在新分析中设定一个标志。使 LS-DYNA 了解模型中所有材料在计算中都有可能 变为刚体。在开始分析时执行 EDRD 或 EDRI 命令设定这一标志。 注 ――用 EDMP ,RIGID 定义的刚体永远都是刚体,不能转换成变形体. 要转换变形体为刚性体部件,执行下列命令 EDRD , D2R, PART, MRB 这里, PART 是部件号, MRB 为为主刚体,转换部件要融合在其中。(在 GUI 中,执行 Main Menu>Solution>Rigid-Deformable>Switch)如果不想此部件 和另一个刚体融合,仅留 MRB 为空白即可。 一旦使用上述命令把变形体转换为刚体后,可以接着执行 EDRD ,R2D,PART 可以再转换回来 在新分析中,如果没有变形体转换成刚体,但转换在重启动中可以定义,执 行 EDRD ,D2R。(在GUI中,采用 Main Menu>Solution>Rigid-Deformable>Switch)然后选择“Initialize") 转换变形体为刚体时, 可以用 EDRI 命令定义刚体的惯性特性. (Main Menu> Solution>Rigid-Deformable>Inertia Properties)。如果不定义惯性特性,它 们将由程序计算.

在变形体转换为刚体后,变形体上定义的一些约束变为无效.为了避免计算 的不稳定, 需用 EDRC 命令 (Main Menu>Solution>Rigid-Deformable>Controls) 来改变这些约束的状态,详细信息请参看 EDRC 命令的描述。 为了使刚体转换能正常工作,单元算法的选择是很关键的。在现行 LS-DYNA 中,Hughes-Liu 壳和梁单元不能用于部件转换。因为其应用的是应变和应力更 新算法。不能使用的单元算法有:SHELL163 的 KEYOPT(1)=1,6,7,11,BEAM161 的 KEYOPT(1)=0和1。 对于 SOLID164 单元要特别注意的是:当刚体转换为变形体时,单元应力为 零以去除虚拟特性。

8.4 节点刚体
与用 EDMP 命令定义的典型刚体不同,节点刚体和部件号无关。用 EDCNSTR ,ADD,NRB,COMP1 定义节点刚体。这里 COMP1 是节点组元。节点刚体主 要用于模拟刚性(焊接)接点,在该点不同的柔性组元(有不同的 MAT IDS)作 为一个刚体一起运动,因为节点刚体和部件号无关,所以本章前面讨论的刚体的 其他选项(如 EDLOAD 命令施加载荷)不能用于节点刚体。关于使用刚体的详细 信息,请参看 4.2.1 Constraints 和 EDCNSTR 命令。

第九章 沙漏
尽管 ANSYS/LS-DYNA 中所有使用的单个积分点实体单元和壳单元在大变形中 很可靠,并且能节约大量计算机时,但它们容易形成零能模式。该模式主要指沙 漏模式,产生一种自然振荡并且比所有结构响应的同期要短得多(数学形态,物 理上不可能)。沙漏变形没有刚度并产生锯齿形外形(如图示)称为沙漏变形。 分析中沙漏变形的出现将使结果不正确,应尽量避免。

图 9-1 沙漏变形 沙漏能影响实体和四边形单元以及二维单元,但不影响三角形壳单元,三角 形 2-D 或梁单元。 好的建模可以防止产生过度沙漏。基本原则是使用均匀网格,避免在单点上 集中加载。由于激活的单元把沙漏模式传递给相邻单元,所有点加载应扩展到几 个相邻节点组成的一个面上。 一般来说, 整体网格细化会明显地减少沙漏的影响。 ANSYS/LS-DYNA 提供了一些内部沙漏控制。这些方法的思想是(1)增加抵抗 沙漏模式的刚度但不增加刚体运动和线性变形(2)在沙漏方向上的速度施加阻 尼。 控制沙漏模式的一种方法就是调整模式的体积粘性。程序自动计算结构的体 积粘性, 可抑制沙漏变形。 可以调整 EDBVIS 命令中的线性 (LVCO) 和二次(QVCO) 项系数来增加体积粘性。 然而, 并不建议大幅度地改变 EDBVIS 命令中的缺省值, 因为它将对结构的整体模式产生反作用。 另一个控制沙漏变形的方法是使用 SHELL163 和 SOLID164 单元的全积分方 法。 此方法不会有沙漏模式。 但是, 它们会比其它单元算法花费更多的 CPU 时间, 并且对于一些不可压缩行为、金属塑性和弯曲问题,它们可能导致不切实际的刚 度结果(锁定)。在 SHELL163 中可以用假定的应变来矫正锁定。 增加模型的弹性刚度也可以控制沙漏变形。沙漏可能出现在小位移情况,特 别是使用动态松弛。 在这种情况下, 应增加模型的弹性刚度, 而不是体积粘性值。 可以用 EDHGLS 命令增加沙漏系数(HGCO)来实现它。但是,增加该值时要十分 小心,因为它可能会使模式在大变形问题中变得很僵硬,并且 HGCO 超过 0.15 时会造成不稳定。 以上所讨论的是对整个模型进行沙漏控制。最后一种沙漏控制方法是用 EDMP ,HGLS 命令来局部地增加模型刚度。执行此命令,必须定义材料号、沙漏 控制模型(粘度或刚度)、沙漏系数和体积粘性系数。(缺省的沙漏系数和体积 粘性已足够。)使用该方法时,沙漏控制只施加于给定的材料而并非整个模型。 这就可以在模型的危险区域内进行沙漏控制却不改变整个模型的刚度特性。 当显式动态分析使用缩减积分单元时,应判断沙漏是否会显著的影响结果。 一般准则是,沙漏能量不能超过内能的 10%,沙漏能量和内能的对比可在 ASCⅡ 文件 GLSTAT 和 MATSDM 中看出也可在 POST20 中画出。为确保这些文件中记录沙 漏能量结果, EDENERGY 中的 HGEN 域须设为 1。

第十章 质量缩放
正如附录 A 和下图所讨论的那样,显式时间积分的最小时间步长由最小单元 长度 和音速 C 决定 (例子为二维连续体) 注意到对于一个给定的材料特性, 。 是由最小单元尺寸控制的(图中 )。并且,对于

模型中最小时间步长 给定的网格,

取决于音速,它是材料性质的函数(密度、弹性模量和泊松

比)。在模型中用 EDTP 命令来检查最小时间步长。

=泊松比 =特定质量密度 =杨氏模量 在 ANSYS/LS-DYNA 程序中,可以在分析中通过包括质量缩放来控制最小时间 步长。如果程序计算出时间步太小,则须用质量缩放。当要求质量缩放时,就要 调整单元密度以达到用户规定的时间步长。 在 ANSYS/LS-DYNA 程序中用 EDCTS 命令定义质量缩放,使用该命令时,根 据给定的 DTMS 值而决定施加质量缩放的两种方法之一;

·DTMS>0,所有的单元采用同样的时间步长,质量缩放加到全部单元上。 ·DTMS<0,质量缩放仅加到计算时间步长小于 DTMS 的单元上。 在以上两种方法中,第二种方法更有效并建议使用。虽然质量缩放可能会轻 微地增加模型质量和改变质心位置, 然而所节省的 CPU 时间足以让这些误差显得 微不足道。例如,使用质量缩放,节省 50%的 CPU 时间,而只会增加 0.001%质 量。必须注意,不要模型增加过多的质量,它将对惯性影响显著。 单元计算的时间步大小乘以比例因子(通常为 0.9),用户输入的质量缩放 参数在缩放之前会影响时间步长, 在质量缩放之后控制时间步长, 采用 EDCTS 命 令的 TSSFAC 参数。

第十一章 子循环
子循环,即混合时间积分,用于模型中单元尺寸差别较大时加快分析速度。 相对小的单元将使模型中所有单元包括大单元也采用小的时间步长。 如果使用子 循环,则根据时间步长大小而把单元分类成许多组,每一组的时间步长值可能是 单元最小时间步长的数倍(图 11-1,Time Step Sizes Before and After Subcycling) 这样, 。 最小单元的最小时间步长将增加, 而对于其他较大单元组, 根据它们的大小可能为最小时间步长的 2 倍,3 倍,4 倍等等。使用 EDOS 命令 以打开子循环。 t min determines time step size for all elements t fmin n*t min

图 11-1 子循环前后的时间步长 决定所有单元的时间步长 在程序中,单元将被三次排序:

1.按单元号升序排列 2.大矢量块按 PART 号排序 3.根据右端矢量的连续性 使用子循环有两大优点: ·单元大小差别很大时加快分析速度 ·允许局部网格细化而不会产生惩罚 子循环支持下列单元和接触选项 ·实体单元 ·梁单元 ·壳单元 ·基于罚函数的接触算法 离散单元排除在外,因为它们对分析时间耗费影响不大。 步长接触算法中采用的界面刚度是根据从节点或主片最小值确定,交界面的 每一侧单元决定的时间将互不影响,因此,当使用子循环时再增大罚刚度值将是 很危险的。 包括约束方程、刚性体或与刚性墙发生碰撞的节点通常给以最小的时间步 长。

第十二章后处理
可以用 ANSYS 的两种后处理 POST1 和 POST26 查看 ANSYS/LS-DYNA 结果。用 POST1 观看整个模型在特定时刻点的结果或动画结果。用 POST26 观看一段时间 内指定 component 在很多时间点的结果。 显式动态分析中所需观看的一般是动画 结果(POST1)和时间历程结果(POST26)。 注 --有经验的 LS-DYNA 用户也可以用 LSTC 后处理器 LS-POST。但是 ANSYS 不支持这种处理器。

12.1 输出控制 12.1.1 结 果 文 件 ( Jobname.RST ) 和 时 间 历 程 文 件 (Jobname.HIS)的比较
后处理中所使用的结果取决于用 EDRST 和 EDHTIME 命令写入到 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 文件的信息。(Main Menu>Solution>Output Controls>File Output Freq)。 注意 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 的区别: Jobname.RST 文件主要用于 POST1 后处理,包括整个模型的求解,但是捕捉的时间点相对较少。一般来说, Jobname.RST 文件包含有足够的信息以形成动画。相对来说,在 POST26 中使用 的 Jobname.HIS 文件包括较多的时间点上的结果,但它仅限于模型的一部分。 (要得到整个模型在较多时刻的结果将很快充满硬盘空间。)相比较而言, Jobname.RST 文件中的时间步通常小于 100; Jobname.HIS 文件通常是大于 1000 或更多。 注 --ANSYS/LS-DYNA 不支持文件分离。因此,存储在任何文件中的全部数据 仅限于系统所允许的最大文件大小。 对于大模型, 存储在结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 中的数据可能超过系统的限制。 在这种情况下, ANSYS/LS-DYNA 将把数据写入每一个结果文件中直到限制的大小。剩余的数据将不再写入,而存 储的最后一个载荷步数据可能是不完全的。而且,如果试图用 SET 命令获得最 后一次存储的载荷步数据, 系统就会产生错误。 为了防止结果文件超出系统限制, 应该减少写入到 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 的输出量。(参看 EDRST 和 EDHTIME 命令)

12.1.2 生成 POST26 的 Components
在用 POST26 观看结果前,必须在模型中生成单元或节点 Components。例如, 在 PREP7 或 SOLUTION 阶段,选择想观看结果的那部分单元,生成仅含有那些单 元节点的 Component,也可以生成包含一组给定节点的 Component。这些 Components 可通过 GUI 生成,或执行下列命令; ESEL,S,MAT,,1 选择材料 1 的单元。 CM,elm1,elem 生成单元组件 elm1。 NSLE 选择单元的节点。 CM,nod1,node 生成节点组件 nod1 。

应限制单元和节点组件以节省硬盘空间。 生成组件的详细信息请参看 《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。

12.1.3 为 POST26 记录输出文件
在用 POST26 观看结果前,必须直接命令 ANSYS/LS-DYNA 把相关的信息写入 到 Jobname.HIS 或其它输出文件中去, PREP7 或 SOLUTION 阶段, 在 需定义时间 步数、要分析的单元和节点 Component 以及记录的 ASCII 码文件。可用 GUI 给定 上述信息(Main Menu>Solution>Output Controls)或执行下列命令: EDHTIME,NSTEPS 定义时间历程结果的时步数。 EDHIST,elm1 定义单元 component 名。 EDHIST,nod1 定义节点 component 名。 EDOUT,GLSTAT 写 ASCII 文件 GLSTAT(总的时间步和能量统计)。 EDOUT,MATSUM 写 ASCII 文件 MATSUM(每个 PART 的能量信息)。 EDOUT,SPCFORC 写 ASCII 文件 SPCFORC(单点约束(反作用)力)。 EDOUT,RCFORC 写 ASCII 文件 RCFORC(合成界面力数据)。 EDOUT,SLEOUT 写 ASCII 文件 SLEOUT(界面滑移能量)。 EDOUT,NODOUT 写 ASCII 文件 NODOUT(节点数据)。 EDOUT,RBDOUT 写 ASCII 文件 RBDOUT(刚性体数据)。 LS-DYNA 用户注意——如果熟悉 LS-DYNA 程序所产生的所有 ASCII 文件,可 用 EDOUT ,ALL 命令写出所有可能的 ASCII 文件。

12.2 使用 ANSYS/LS-DYNA 的 POST1
ANSYS 程序的 POST1 操作同样适用于 ANSYS/LS-DYNA 程序。 可显示变形形状、 等值线、矢量以及结果表格,对于上述或其它 POST1 后处理的详细信息请参看 《ANSYS Basic Procedures Guide》。 当采用 POST1 时,可用 RSYS 命令把应力结果转换到定义的坐标系中。在打 印输出、显示或单元列表操作时,就会轮换应力数据。除 BEAM161,COMBI165 和合成单元 SHELL163(KEYOPT(3)=1)外, RSYS 支持所有显式单元的应力输 出。在包括这些单元的模型中使用 RSYS 命令,执行此命令之前,千万不能选择 不支持的单元。

注 --任何显式单元的应变数据都不能转换。如果 RSYS 不设置为整体笛卡 尔坐标系,而需要应变结果,将忽略打印或绘图命令。 当在 POST1 中显示结果时,将自动去除失效单元。失效单元是那些超过指定 失效准则的单元(例如失效应变)。在某些情况下,由于模型中某时间步一定数 量单元失效,网格连接可能会出现丢失现象。但是,单元仍在所选之列,模型仍 按所期望的那样工作。(在 LS-DYNA 求解中,单元失效后自动从求解中去除)。

12.2.1 动画结果
在 POST1 中也可进行动画显示;例如,可以动画显示变形形状的单元中心应 力。从 Jobname.RST 文件读入一系列结果后,采用 Utility Menu>Plotctrls>Animate>Over Results。然后使用动画对话框中的 “push-button”来运行、停止、重新运行以及控制动画显示。 如果使用命令输入,使用合适的绘图命令(例如, PLESOL )然后再运行 ANDATA 命令如下示。 PLESOL,Item,Comp ANDATA 这种方法就是读入所有的结果数据,并进行动画显示。对于快速作图,使用 INRES 命令选择结果数据中的特定类型:INRES,Item

12.2.2 单元数据输出
POST1 中所使用的结果数据因单元不同而不同。每一种显式动态单元 (LINK160,BEAM161,SHELL163,SOLID164,COMBI165,MASS166,LINK167)的 输出数据,都在《ANSYS Elements Reference》中有完整的描述。 以下是有关显式动态单元中应注意的几项: ·对于 SOLID164 单元,不论使用 1 个或 8 个积分点(KEYOPT(1)),应力应 变结果只储存单元中心的。 ·对于 BEAM161 和 SHELL163 单元,不论使用缩减还是多个积分点,储存应 力应变结果仅在每个单元的中心(壳单元的每一层)。 ·对于 BEAM161 和 SHELL163 单元,必需给定 ANSYS/LS-DYNA 计算的积分点 数(采用实常数)和存储结果数据的积分点数(采用 EDINT 命令)。缺省值时, 壳单元高斯积分点数为 2;对于高斯积分法,可定义到 5 个点(层壳)。超过 5 层,需要用梯形积分法则或用户自定义积分法。( 注 —对于少于 20 个积分点 的情况尤其是弯曲,不推荐使用梯形积分法)缺省时,对于壳单元,用 EDINT ,

SHELLIP 定义的层数为 3。如果 NIP=2,底层的结果和积分点 1 相对应,顶层的 结果和积分点 2 相对应,中间的结果为顶层和底层的平均值。对于梁单元,缺省 时存储 4 个积分点的结果(在 EDINT 中,BEAMIP=4)。对于作为结果输出的梁 单元的描述,(KEYOPT(1)=2),不管有没有 BEAMIP 设置,都没有应力输出。 如果 BEAMIP=0,对于任何梁单元都没有应力输出。在这种情况下,梁单元将不 出现在任何 POST1 的图中,因为程序假设它们为失效单元。 ·当使用 BEAM161 单元时,可用 LAYER ,NUM 命令定义想要保存结果的层数, 对于应力数据,层数由最低层开始逐层向上定义。然而,对于应变数据,层 1 是低层,层 2 是顶层,无论存在多少层,应变信息只存储这两层。另外,仅可得 到在层中间的数据,而不能得到每层或单元的顶表面或底表面的数据。要得到靠 近单元表面的结果,应沿壳单元厚度给定较多的积分点。然而,存储这么多层数 据量将变得很庞大。 · SHELL , 命令不影响 SHELL163 单元。 LOC 缺省时, 在绘制数据 PLNSOL , ( PLESOL ) 时只显示顶层输出数据, 但在打印结果中将显示最顶层和最低层数据。 ·对于 PLANE162,SHELL163,SOLID164 单元,“TOTAL”应变仅是记录的应 变(不管单元采用的材料性质,包括弹性材料)。当观看这些单元的塑性应变时 [ PLESOL , EPPL ],也可以显示塑性应变以外的应变。

12.2.3 自适应网格划分的处理结果
在 ANSYS/LS-DYNA 的大变形分析中,用自适应网格来定义壳单元的网格细分 (关于如何使用自适应网格参看§3.8 Adaptive Meshing)。在分析中包括自适 应网格时,随着网格增多与用户定义的单元面比保持一致,模型中单元的数目在 求解中也会增多。随着单元数的变化,文件扩展名也会改变来表示一个新的有限 元网格。 结果文件扩展名表示如下: Jobname.RS01 -第一次网格划分 Jobname.RS02 -第二次网格划分 Jobname.RS03 -第三次网格划分,等等。 为了在采用自适应网格时处理结果,需定义合适的文件名和扩展名( FILE 命令)来区分特定的时间步。不能恢复原来的模型数据库(.DB

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