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LS-DYNA(ANSYS)中文培训教程 1


欢迎 !
? 欢迎使用ANSYS/LS-DYNA 显式动力学 培训手册!

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?

这个培训课程包括将ANSYS 前后处理器和LS-DYNA显式求解器有效结 合起来完成高度非线性及瞬态分析的过程。 同时ANSYS 隐式求解器可 以与LS-DYNA显式求解器一起使用来扩展应用范围。 假设使用者已经了解ANSYS中基本的静态非线性和动力学分析过程,如 金属塑性分析,接触及瞬态现象,及基本的建模和网格划分技术,如选 择逻辑的概念。

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March 7, 2002 Inventory #001630 1-1

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

培训安排

第1天 第2天 第3天 第4天 第5天

概述、单元、part定义 载荷边界、求解控制、后处理 材料、接触 重启动、显式-隐式连续求解、隐式-显式连续求解 跌落分析、总结、讨论

March 7, 2002 Inventory #001630 1-2

培训目标和方式
? 培训目标:
– 判断问题属于显式求解或隐式求解的能力。

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– 熟练利用ANSYS/LS-DYNA完成显式动力学分析的过程。
– 获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验

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培训方式:
– 培训手册和习题集是这套幻灯的拷贝文档。
– 习题集的练习用来强化每一章所学习的内容。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-3

第1-1章

概述

概述

本章目标
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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

本章包括显式动力学和ANSYS/LS-DYNA 程序的背景、应用、理论以及 概述。

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主题:
A. 什么是 ANSYS/LS-DYNA ? B. ANSYS/LS-DYNA的应用 C. 隐式和显式方法的比较

D. 临界时间步
E. 文件系统 F. 习题

March 7, 2002 Inventory #001630 1-5

概述

A. 什么是 ANSYS/LS-DYNA?
? ? 显式动力学有限元程序的基本目标 用来求解高度非线性瞬态动力学问题
– 对大范围的接触类型有效
– 丰富先进的材料模型 – 强大的大变形分析能力

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ANSYS 和LS-DYNA 程序的无缝结合
– 将LS-DYNA 求解器完全集成到 ANSYS程序中 – 所有的前后处理使用ANSYS标准格式 – GUI 完全类似于通用ANSYS程序

– 支持隐式-显式顺序求解能力

March 7, 2002 Inventory #001630 1-6

概述

… 什么是 ANSYS/LS-DYNA?
? ? 完美的显式和隐式求解技术的结合 ANSYS 前后处理:
– 所有的显式动力学特定的命令有EDxx前缀
– 用户化ANSYS GUI能有效的执行显式问题 – 支持所有的固体建模和布尔操作 – 允许直接输入IGES, Pro/E, ACIS, Parasolid等几何模型 – 支持所有的ANSYS自由网格划分技术 – 可以使用APDL 和优化设计 – 支持所有的通用后处理器特性和动画宏 – 专业的时间-历程后处理器

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LS-DYNA 求解器
– 市场上最快的显式求解器
– 比其他任何显式程序具有更多的特性 – 完全版本的 LS-DYNA (带有气囊,空气包, 安全带, 炸药模型等) – 完全版的LS-POST后处理器

March 7, 2002 Inventory #001630 1-7

概述

B. ANSYS/LS-DYNA 的应用
? 防撞性分析
– ANSYS/LS-DYNA 适合波的传播分析: ? ? 整车碰撞 汽车部件分析

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?

所有汽车工业的碰撞
– – – – – – 轿车 卡车 公共汽车 火车 轮船 航行器

March 7, 2002 Inventory #001630 1-8

概述

… ANSYS/LS-DYNA 的应用
? 制造过程的模拟
? 深拉

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?
? ? ?

液压成形
超弹成形 轧制 挤压

?
? ?

冲压
加工 钻

?

所有的这些成形过程可以利用LSDYNA 程序的质量缩放和变化工 具速度功能来模拟

March 7, 2002 Inventory #001630 1-9

概述

… ANSYS/LS-DYNA 的应用
? 接触/碰撞
– 跌落试验 – 摆锤碰撞试验 – 喷气发动机扇片的包容性 分析

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?

大范围的接触分析类型

? 管碰撞 (ANSYS News 3/93): ? 带有50 rad/sec旋转角速度的管的碰撞 ? CPU 时间 (SGI Octane R12000) < 20 秒

March 7, 2002 Inventory #001630 1-10

概述

… ANSYS/LS-DYNA 的应用
? ? 非线性屈曲 阶越屈曲

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F(t)

?
?

声波的传播
失效分析

应力波的传播 2500 体单元. CPU 时间2 sec (SGI Octane R12000)

March 7, 2002 Inventory #001630 1-11

概述

C. 显式和隐式方法的比较
静态 “准” 静态 动态

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PUNCH

BLANK DIE

结构问题

金属成形

碰撞问题

SF=0 隐式方法

SF? 0

S F = ma

显式方法

March 7, 2002 Inventory #001630 1-12

概述

… 显式-隐式方法的比较
隐式时间积分: ? 时间t+Dt 时计算平均加速度-位移:

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?u t ?Dt ? ? ?K??1 ?Fta?Dt ?
线性问题:
– 当[K] 是线性时无条件稳定 – 可以采用大的时间步

非线性问题:
– 通过一系列线性逼近(Newton-Raphson) 来获得解 – 要求对非线性刚度矩阵[K]求逆 – 收敛需要小的时间步 – 对于高度非线性问题无法保证收敛

March 7, 2002 Inventory #001630 1-13

概述

… 显式-隐式方法的比较
显式时间积分
? 用中心差分法在时间 t 求加速度:

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?a t ? ? ?M??1 ??Ftext ?? ?Ftint ??
其中 {Ftext}为施加外力和体力矢量, {Ftint}为下式决定的内力矢量:

F int ? S? ? B T? n d? ? F hg ? ? F contact ? ? ?? ?

?
?

Fhg 为沙漏阻力 (见 单元 一章) ;Fcont 为接触力.
速度与位移用下式得到:

?vt ?Dt / 2? ? ?vt ?Dt / 2?? ?at ?Dt t ?ut ?Dt ? ? ?ut ?? ?vt ?Dt / 2?Dt t ?Dt / 2
其中 Dtt+Dt/2=.5(Dtt+ Dtt+ Dt) and Dtt- Dt/2=.5(Dtt- Dtt+ Dt)

March 7, 2002 Inventory #001630 1-14

概述

… 显式-隐式方法的比较
显式时间积分(续): ? 新的几何构形由初始构形{xo}加上位移增量 获得

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?xt ?Dt ? ? ?xo ?? ?ut ?Dt ?
? 非线性问题: – 集中质量矩阵需要简单求逆 – 方程非耦合,可以直接求解 (显式) – 无须对刚度矩阵求逆,所有非线性(包括接触) 都包含在内力矢量中 – 内力计算是主要的计算部分

– 无须收敛检查
– 保持稳定状态需要小的时间步

March 7, 2002 Inventory #001630 1-15

概述

… 显式-隐式方法的比较
隐式时间积分 ? 对于线性问题,时间步可以 任意大(稳定)。 ? 对于非线性问题,时间步由 于收敛困难变小 显式时间积分

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? 当时间步小于临界时间步时 稳定

Dt ? Dt

crit

?

2

?max

? 其中?max = 最大自然角频率

? 由于时间步小,显式分析对瞬态 问题有效

March 7, 2002 Inventory #001630 1-16

概述

D. 临界时间步
? 杆件的临界时间步长 – 自然频率:

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ωmax=2
? 临界时间步长:

c l

其中

E c= ρ

(波传播速度)

l Δt= c
– Courant-Friedrichs-Levy-准则

– Δt 为波传播杆长 l需要的时间

注意: 临界时间步尺寸由LS-DYNA 自动计算。它依赖于单元长度和材料特性(音速) 它很少需要用户重新定义(后面将讨论)。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-17

概述

… 临界时间步
?

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

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ANSYS/LS-DYNA在计算所需时间步时检查所有单元. 为达到稳定采用 一个比例系数(缺省为0.9)来减小时间步: Dt ? 0.9 l c 特征长度 l 和波速 c 取决于单元类型:

梁单元:

l = length of the element

c=

E ρ

壳单元:

l=

A 2A , for triangular shells: l= max (L1,L2,L3,L4 ) max (L1,L2,L3) E ρ(1- ν 2 )
L4 L1 L3
A

c=

L2

March 7, 2002 Inventory #001630 1-18

概述

E. 文件系统
ANSYS /PREP7 Preprocessing (database) Creates Jobname.DB -mesh, materials, loads, etc.

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ANSYS /SOLU LS-DYNA solver task Writes and submits Jobname.K - standard LS-DYNA ASCII input file

ANSYS /POST1 General postprocessing Reads Jobname.RST - general binary result data EDRST,Freq

LS-POST (phase 3) & ANSYS /POST26 Postprocess ASCII output files - GLSTAT, MATSUM, SPCFORC, etc. EDOUT,File and EDREAD, ,File

LS-POST (phase 1) Postprocess binary files - d3plot Similar to Jobname.RST EDRST,Freq

ANSYS /POST26 Time history postprocessing Reads Jobname.HIS - selective binary results data EDHIST,Comp and EDHTIME,Freq

LS-POST (phase 2) Postprocess time history binary results files - d3thdt Similar to Jobname.HIS EDHIST,Comp and EDHTIME,Freq

March 7, 2002 Inventory #001630 1-19

概述

… 文件系统
ANSYS/LS-DYNA 运行过程中产生的ANSYS文件的描述:

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Jobname.K
? ? ? ? 在执行ANSYS SOLVE命令后自动生成的LS-DYNA 输入文件 包括存在于ANSYS数据库中的几何、载荷和材料数据 ASCII 输入文件 100% 相容于 LS-DYNA 版本960 能自动地通过EDWRITE命令生成:

Solution > Write Jobname.K

Jobname.RST
? ? ? 与标准的ANSYS .RST类似的显式动力学结果文件 主要用来在通用后处理器ANSYS postprocessor (POST1)中查看结果 包括相对少的时间步结果 (e.g., 10 - 1000)

March 7, 2002 Inventory #001630 1-20

概述

… 文件系统
ANSYS/LS-DYNA 运行过程中产生的ANSYS文件的描述(继续):

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Jobname.HIS
? ? ? ? ? ? POST26 中使用的显式动力学时间历程结果文件 包含模型中节点或单元子集的结果 通常比 Jobname.rst 包含更多时间步的结果信息 包含显式分析的附加信息的特定文件 用户在求解前定义要输出的文件 (EDOUT command) ASCII 输出文件 (一些通过 POST26 中EDREAD命令可以获得的) 包括:
GLSTAT: MATSUM: SPCFORC: RCFORC: RBDOUT: NODOUT: ELOUT: etc.... 总体统计和能量 材料能量总结 (基于 Part ID 号) 单点 (节点) 约束反作用力 接触面反作用力 刚体数据 节点数据 单元结果

时间历程 ASCII 输出文件

March 7, 2002 Inventory #001630 1-21

概述

… 文件系统
?

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在显式求解过程中可以生成下面两个文件用于ANSYS/LSDYNA附带的 LSPOST后处理 :
– D3PLOT : 类似于 ANSYS Jobname.RST 的二进制结果文件 – D3THDT : 类似于ANSYS Jobname.HIS 的时间-历程结果文件

?

LS-POST可以识别所有的由LS-DYNA 生成的 ASCII 时间-历程输出文件

March 7, 2002 Inventory #001630 1-22

概述

F. 习题1-1
? 这个习题包括下面问题: 练习1-1. 方盒的跌落试验

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March 7, 2002 Inventory #001630 1-23

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第1-2章

单元

单元

本章目标
? 本章包括理解和定义ANSYS/LS-DYNA单元

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?

主题:
A. 了解显式动力学单元家族 B. 缩减积分

C. 沙漏
D. 定义 ANSYS/LS-DYNA 单元 E. LINK160 -- 3-D Spar (Truss) F. BEAM161 -- 3-D Beam

G. PLANE162 -- 2-D Solid
H. SHELL163 -- 3-D Thin Shell

March 7, 2002 Inventory #001630 1-25

单元

… 本章目标
? 主题 (继续):
I. SOLID164 -- 3-D 8-node Brick

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J. COMBI165 -- 3-D Spring or Damper
K. MASS166 -- 3-D Mass L. LINK167 -- 3-D Cable M. 单元使用指导 N. 单元习题

March 7, 2002 Inventory #001630 1-26

单元

A. 显式动力学单元概述
? ANSYS/LS-DYNA 程序可以定义8种不同的单元:
– LINK160: 3-D 显式杆单元 (类似于 LINK8)

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– BEAM161: 3-D 显式梁单元 (类似于 BEAM4)
– PLANE162: 2-D 显式平面体单元 (类似于 PLANE42) – SHELL163: 3-D 显式薄壳单元 (类似于 SHELL181) – SOLID164: 3-D 显式体单元 (类似于 SOLID185)

– COMBI165: 3-D 显式弹簧阻尼单元 (类似于 COMBIN14)
– MASS166: 3-D 显式结构质量单元 (类似于 MASS21) – LINK167: 3-D 显式索单元 (类似于 LINK10)

?

除2-D PLANE162外 (平面应力,平面应变或轴对称),其它显式单 元都是三维单元

March 7, 2002 Inventory #001630 1-27

单元

…显式动力学单元概述
? 显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同:

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– 每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式 ANSYS中,不同的单元类 型仅仅适用于特定的材料模式,如超弹单元 (HYPER56, 58, 74) 和粘弹单元 (VISCO106 , 108), 尽管现在新的18X 隐式单元允许多种材料选项。
– 大多数显式单元有许多不同的算法,如SHELL163最多有12种算法。 历史上 ,隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字 (如SHELL43 和 63), 但是现 在新的18X隐式单元正向这个趋势发展。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-28

单元

…显式动力学单元概述
? 显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同:(续):

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– 显式单元支持ANSYS/LS-DYNA所允许的所有非线性选项。 – 所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移 函数。 – 在ANSYS/LS-DYNA中,没有带有额外形函数和中间节点的单元及P-单元。

– 每种显式单元缺省为单点积分单元。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-29

单元

B. 缩减积分算法
?

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缩减积分单元 是使用最少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心
有一个积分点,一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点,但沿着壳的 厚度可以设置多个积分点。

?

全积分单元 主要用于隐式ANSYS中。 在ANSYS/LS-DYNA中,全积分
体单元有8个积分点,全积分壳单元有4个平面内积分点(沿着壳的厚度 有多组积分平面)。

?

缩减积分通过减小单元处理时间来减少CPU时间,所以缩减积分通常是 ANSYS/LS-DYNA中缺省的形式。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-30

单元

… 缩减积分算法
?

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

除了节省CPU 时间,单点积分单元有利于大变形分析。ANSYS/LSDYNA 单元能经历比ANSYS 单元大得多的变形。 缩减积分单元有两个主要的缺点
– 可能出现零能模式的变形 (沙漏) – 应力结果的精度直接与积分点的个数相关

?

March 7, 2002 Inventory #001630 1-31

单元

C. 沙漏
?

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沙漏 是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。 沙
漏模式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们 通常没有刚度,变形呈现锯齿形网格。
– 单点 (缩减) 积分单元将产生零能模式 – 在分析中沙漏变形的出现使结果无效,所以应尽量减小和避免 – 如果总体沙漏能超过模型总体内能的10% ,那么分析可能就是无效的。关于 沙漏能以后会讨论 (GLSTAT 和 MATSUM文件), 有时侯甚至 5% 的沙漏也 是不允许的。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-32

单元

… 沙漏
? 单点积分实体单元的零能模式:

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? 有必要控制零能模式

? 沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式

March 7, 2002 Inventory #001630 1-33

单元

… 沙漏
? 在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– 避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到 周围的单元,所以不要施加单点载荷。如果可能,尽量将载荷如同压力那样施加 到多个单元上。
– 细化网格通常减少沙漏,但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增 大。 – 全积分单元可以避免沙漏,但根据不同应用,要以求解速度,求解能力甚至求解 精度为代价。另一种选择,可以在网格划分时,分散一些全积分的“种子”单元 于模型中从而减少沙漏。 PLANE162无全积分模式,梁单元不需要全积分。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-34

单元

… 沙漏
? 在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– 总体 调整模型的体积粘度可以减少沙漏变形。可以通过EDBVIS命令的线性 或二次系数来增加模型的体积粘度:
? Solution > Analysis Options > Bulk Viscosity … ? ? 粘性沙漏控制推荐用于快速变形 的问题中(例如激振波) 可用的单元包括PLANE162 和 SOLID164.

? 不推荐过大改变 EDBVIS命令的缺省值 (1.5 and .06) ,因为它将对总体 结构产生相反的效应。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-35

单元

… 沙漏
? 在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)
– 总体 增加 弹性刚度 来减少沙漏. 可以通过EDHGLS 命令的沙漏系数 (HGCO) 来实现整体模型的沙漏控制:
? Solution > Analysis Options > Hourglass Ctrls > Global … ? ?

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刚度沙漏控制推荐用于低速变形问 题(如金属成型安定碰撞中) 适用的单元包括PLANE162, SHELL163, and SOLID164.

? 当增加沙漏系数时必须谨慎,因为大于0.15的值会过分刚化变形过程中 的响应并导致不稳定。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-36

单元

… 沙漏
? ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏 (续)

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– 在模型的关键部位局部 减少沙漏而对模型的总体刚度没有过大的影响。 EDMP, HGLS 命令被用来对特定材料施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙 漏控制类型(粘性或刚度)、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数:
? Solution > Analysis Options > Hourglass Ctrls > Local …

?

LS-DYNA 局部施加沙漏控 制是基于Part 号(不是基 于材料号), 所以任何带有 特定材料的Part 将有这种 沙漏控制 。 VAL1=5 通常用来定义减 少沙漏。

?

March 7, 2002 Inventory #001630 1-37

单元

D. 定义 ANSYS/LS-DYNA 单元
? 使用标准的ANSYS方法定义显式动力学单元:
– 从ANSYS GUI 过滤器选择 LS-DYNA Explicit

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? ANSYS Main Menu > Preferences …

?

选择 LS-DYNA Explicit 将在目前的分析中将 单元限制于显式单元家族。 必须记住,显式和隐式单元不能在一个分析 中同时使用。 如果在同一个模型中定义了隐式单元,那么 当执行SOLVE命令时,分析将自动被中止。

?

?

March 7, 2002 Inventory #001630 1-38

单元

… 定义 ANSYS/LS-DYNA 单元
? 增加单元类型:
– Preprocessor > Element type > Add/Edit/Dele....

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

设置LS/DYNA选项后,可选单元 将被限制于显式单元 (160 – 167)

– 可以用标准的格式定义关键选项和实常数

March 7, 2002 Inventory #001630 1-39

单元

E. LINK160 -- 3-D 杆 (Truss)

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? 3-D 杆单元只能承受轴向载荷
– 用三个节点定义单元 – 第三个节点用来定义初始杆方向

March 7, 2002 Inventory #001630 1-40

单元

F. BEAM161 -- 3-D 梁
? 3-D 梁单元适用于刚体旋转,因为它不产生应变
– 用三个节点定义单元
– 第三个节点用来定义梁的方向

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– 可以定义许多标准的梁横截面

March 7, 2002 Inventory #001630 1-41

单元

G. PLANE162 -- 2-D 体
? PLANE162 – 2-D, 4-节点体
– 3节点三角形单元 (不推荐)
J

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

SHELL162: 2-D PLANAR SOLID

K

– 仅支持 Lagrangian 算法
– UX, UY, VX, VY, AX, AY 自由度 – 对于轴对称模式,Y 轴 = 对称轴 – 不允许混用2D 和3D 单元类型
y
I

L

– 不允许全积分选项
x

?

PLANE162 KEYOPT 设置:
– Keyopt(2) –面积加权或体积加权 (AXISYM) – Keyopt(3) – 平面应力,轴对称或平面应变 ? 在给定的分析中仅仅可以使用一种2-D类型 (如在一个模型中不能同时 轴对称和平面应力单元)

March 7, 2002 Inventory #001630 1-42

单元

… PLANE162 -- 2-D 体
? ? 在X-Y 平面建立PLANE162 单元 PLANE162单元不要定义实常数

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?
? ?

支持许多材料模式 (如塑性,复合材料 ,Mooney-Rivlin橡胶材料)
RSYS 支持位移和应力(不包括应变) Lagrangian 算法基于大应变理论 ,根据此理论实体被离散化,并且当 网格随时间物理变形时几何体不断更新。该算法同样使用于隐式ANSYS 中。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-43

单元

H. SHELL163 -- 3-D 薄壳
SHELL163 有 12 种不同的单元算法, 重要的包括:
? Belytschko-Tsay (BT, KEYOPT(1)=0 or 2, 缺省):
– 简单壳单元 – 非常快 (相对速度 = 1.0) – 翘曲时易出错

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? Belytschko-Wong-Chiang (BWC, KEYOPT(1)=10):
– 相对速度 = 1.28 * BT – 设用于翘曲分析 – 推荐使用

? Belytschko-Leviathan (BL , KEYOPT(1)=8):
– 相对速度 = 1.25 * BT – 较新,仍在开发中 – 第一个有物理沙漏控制的单元 – (对于EDMP,HGLS,Mat,Val1无参数)

? S/R co-rotational Hughes-Liu (S/R CHL, KEYOPT(1)=7):
– 没有沙漏控制的壳 – 相对速度 = 8.84 * BT

March 7, 2002 Inventory #001630 1-44

单元

… SHELL163 -- 3-D Thin Shell
?

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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

单元算法BT, BWC, BL 仅适用于平面内单点积分,而 S/R CHL 用于平面 内4点积分。

?

所有的壳单元沿着厚度方向有任意多数目的积分点(NIP) 。
– 对于弹性行为NIP = 2 (缺省) – 对于塑性行为,3 < NIP < 5 (推荐NIP=5) – 实常数用来定义积分点的数目
? R, NSET, SHRF,NIP,T1
– NSET = 实常数组参考号 – SHRF = 剪切因子 (对于薄壳推荐为5/6) – NIP = 积分点数 – T1 = 单元厚度

– 目前SHELL163 不支持新的壳截面命令 (SECTYPE, SECDATA, SECOFFSET等)

March 7, 2002 Inventory #001630 1-45

单元

… SHELL163 -- 3-D Thin Shell
? 用 EDINT命令定义结果输出的沿厚度方向的积分点数目
– Solution > Output Controls > Integ Pt Storage … – EDINT, SHELLIP, BEAMIP
? ? ? ? ? SHELLIP 是输出中壳的积分点数目 SHELLIP ? 3 每一个积分点与一个LAYER 相关 缺省值是 3 (顶层,中层和底层) BEAMIP是输出的梁积分点数目

Training Manual

March 7, 2002 Inventory #001630 1-46

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

单元

… SHELL163 -- 3-D Thin Shell
? 有4种 Hughes-Liu 壳单元算法:

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normal CS 标准 “全缩减”
选择性 “全积分 ”
CPU factor 2.45*BT KEYOPT(1)=1 1 integration point CPU factor 20.01*BT KEYOPT(1)=6 4 integration points

co-rotational CS
CPU factor 1.49*BT KEYOPT(1)=11 1 integration point CPU factor 8.84*BT KEYOPT(1)=7 4 integration points

这个算法类似于SHELL143算法

March 7, 2002 Inventory #001630 1-47

单元

… SHELL163 -- 3-D Thin Shell
? 对于三角形壳单元有两种算法:
– C0 三角形壳 (KEYOPT(1)=4)

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? 基于 Mindlin-Reissner 平板理论
? 此算法刚度偏大,不推荐用于整个壳体网格中 – BCIZ 三角形壳 (KEYOPT(1)=3) ? 基于 Kirchhoff 平板理论

? 较慢
– 在混合网格中, C0 三角形单元通常比退化的4节点单元算法更好。所以当混合划 分(自由划分)通常使用下面的命令: ? EDSHELL, , , , , ,ITRST – ITRST = 1 : 退化的四边形单元被当作三角形单元(缺省) – ITRST = 2 : 退化的四边形单元保持不变 ? Preprocessor > Shell Elem Ctrls > Triangular Shell Sorting > Full Sorting > OK

March 7, 2002 Inventory #001630 1-48

单元

… SHELL163 -- 3-D Thin Shell
? 有两种膜单元算法:
– Belytschko-Tsay-膜(KEYOPT(1)=5):

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

? 单点积分的膜单元
– 全积分 Belytschko-Tsay-膜 (KEYOPT(1)=9): ? 具有4点积分的膜单元

?

全积分 Belytschko-Tsay 壳 (KEYOPT(1)=12):
– 不需要沙漏控制 – 对横向剪切,假设的小应变弥补了剪切锁定 – 平面内4点积分 (2 X 2 积分) ,但速度仍然很快

– 比缩减积分的Belytschko-Tsay 壳慢2.5 倍
– 当沙漏模式难以控制时推荐使用 – 在每一层的单元中心平均各层应力结果

March 7, 2002 Inventory #001630 1-49

单元

I. SOLID164 -- 3-D 8-node 实体

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?

极力反对用退化的四面体网格
– 一个完全四面体网格甚至不能运行

?

对显式动力学单元使用映射网格
– 拖拉生成的三棱柱单元可以接受 – 尽可能保持接近于立方体的实体形状

March 7, 2002 Inventory #001630 1-50

单元

… SOLID164 -- 3-D 8-node 实体
? 有两种实体单元算法:
– 单点积分实体 (整个单元中常应力) ? 缺省形式 ? 对于单元大变形单元非常快和有效 ? 通常需要沙漏控制来阻止沙漏模式

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– 全积分实体 (2x2x2 积分) ? 比较慢,但无沙漏 ? 对于高的泊松比时会同时出现剪切锁定和体积锁定,得到比较差的结果 ? 精度比缺省算法对单元形状更敏感 ? 在特定区域被选用来降低病态效应

March 7, 2002 Inventory #001630 1-51

单元

J. COMBI165 -- 3-D 弹簧或阻尼
? ? ? ? ? ?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

使用两个节点和离散的材料模式来定义 能与其它所有显式单元连接 具有平动和转动自由度 能定义复杂的力-位移关系 不象COMBIN14, 弹簧和阻尼必须是不同的单元 由于只能同时定义一个弹簧或阻尼选项,所以定义弹簧-阻尼集合体时需要重叠 定义两个单元

March 7, 2002 Inventory #001630 1-52

单元

K. MASS166 -- 3-D 质量
? ? 这个单元还有附加的选项用来定义无质量的转动惯量:
? KEYOPT(1)=0
? KEYOPT(1)=1

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

MASS166 是一个有9个自由度的单点质量单元:在x,y,z方向的平动、速度、加速度
无惯量的3-D 质量: 输入质量
3-D 转动惯量 (无质量):输入 6 个惯量值

?

这个单元用来调整例如汽车碰撞这样复杂模型的质量,其中许多组件(如座位,车 灯,控制工具和假人等)未被建模(以质量单元替代)。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-53

单元

L. LINK167 -- 3-D 索
? 三节点仅拉伸单元
– 第三个节点定义单元初始方向

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– 用于索绳建模

March 7, 2002 Inventory #001630 1-54

单元

M. 单元使用指导
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

只要可能尽量避免小单元,因为它将大大减小时间步,从而增加求解时 间。如果小单元不可避免,使用质量缩放(见第2-2章)。

?
? ?

减少使用三角形、四面体和棱柱单元,尽管程序支持,但不推荐使用。
避免尖角单元和翘曲的壳,因为它们将降低结果精度。 在需要沙漏控制的地方使用全积分单元,但是全积分六面体单元会导致 体积锁定(由于泊松比接近于0.5)和剪切锁定(如剪支梁的弯曲)。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-55

单元

N. 练习1-2
? 这个练习包括下面的问题: 练习1-2. 显式动力学单元

Training Manual

March 7, 2002 Inventory #001630 1-56

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

第1-3章

Part 定义

Part 定义

本章目的
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

本章目的主要是了解part的定义,学习在ANSYS/LS-DYNA中如何定义和 应用part.

?

主要内容
A. 什么是Part? B. 在ANSYS/LS-DYNA中如何使用Part? C. 如何对Part进行创建,更新和列表?

D. 使用Part的步骤
E. Part的选择 F. Part的显示 G. Part集 H. Part定义的练习题

March 7, 2002 Inventory #001630 1-58

Part 定义

A. 什么是Part ?
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

一个 Part 是指具有相同的单元类型,实常数和材料号组合的一个单元集 . 可以说, Part 是模型中的一个特定部分. 每个 Part 具有一个给定的参 考号 Part ID, 用于在后续 ANSYS/LS-DYNA 命令中使用。 为了说明在有限元分析中如何定义 Part, 参考球与平板接触的问题。描 述如下, 模型由两个 part 组成: 一个是球,一个是平板。

?

P

PART 1: BALL Mat 1: Si3N4 Ceramic Real 1 Type 1: SOLID164

PART 2: PLATE Mat 2: Steel Real 2 Type 2: SOLID164

March 7, 2002 Inventory #001630 1-59

Part 定义

B. ANSYS/LS-DYNA中Part的应用
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

由于 ANSYS/LS-DYNA 中许多命令要用到PART ID,因此PART 的定义在 ANSYS/LS-DYNA 中十分重要。 下面是一些需要 Part ID的操作: – 1. 定义和删除两个实体之间的接触 (EDCGEN 和 EDCDELE 命令) – 2 定义刚体载荷和约束, 惯量属性和集合 (EDLOAD, EDCRB, EDIPART, 和EDASMP 命令) – 3. 读取时间历程材料数据 (EDREAD 命令) – 4. 向模型的组元施加阻尼(EDDAMP 命令)

?

例子:

March 7, 2002 Inventory #001630 1-60

Part 定义

C. 创建、列表和更新 Part
? ? Parts 是通过EDPART命令来创建、列表和更新 菜单操作路径:
– Preprocessor > LS-DYNA Options > Parts Options

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?

在一个模型中创建Part,点击Ok即可,Part IDs 会自动按顺序生成。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-61

Part 定义

…创建、列表和更新 Part
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

对于每种单元类型, 如果实常数或材料号等属性发生变化, 这组单元将被赋 以新的PART ID。 创建一个新的Part后, 它会自动在屏幕上列出。 也可通过EDPART命令列 出Part表。
– Preprocessor > LS-DYNA Options > Parts Options

?

March 7, 2002 Inventory #001630 1-62

Part 定义

…创建、列表和更新 Part
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

在Part表中, Part ID 号在 PART 一列中与 MAT, TYPE, 和REAL 号相对 应给出。

?

Part ID 列 表

? ?

从上面列表可见,存在两种Part标号USED (1) 和UNUSED (0) 。 一个 UNUSED Part ID 是指此PART中已没有任何具有MAT、 TYPE和 REAL 的组合属性的单元。 UNUSED Parts 通常当单元被从模型中删 除后出现。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-63

Part 定义

…创建、列表和更新 Part
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

如果列表中显示有未用的Part, 当重新列表时这些Parts将被删除 (EDPART, CREATE)。重建的列表删除了未使用的Parts的标号从而 减少模型Parts的总数。 如果用EDPART, CREATE命令重建 Parts列表,Parts列表将被重写 。 这将造成前面用命令(如 EDLOAD) 定义的Part标号被修改。

?

?

为了避免这类问题,可以更新Part列表(不是重建)获取一个当前的 Part列表。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-64

Part 定义

…创建、列表和更新 Part
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

更新Part列表是在不改变现有列表顺序的情况下扩大现有的Part列表并 且允许单元(具有唯一的MAT、TYPE和REAL号)加入现有的列表中。 更新列表使用EDPART,UPDATE命令
– Preprocessor > LS-DYNA Options > Parts Options

?

March 7, 2002 Inventory #001630 1-65

Part 定义

D. 使用Part的 步骤
? 建立模型,直到遇到需要使用Part的命令.

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?
?

建立Part列表 (EDPART, CREATE) 并进行检查。
在命令中使用适当的Part号.

?
?

模型修改后, 遇到需要使用 Part 的命令时,应先更新和列表当前的Part。
如需要,重复最后一步。
注意: 更新Part列表并应保持到 SOLVE命令的使用。如果有命令使用未定义的Part ID,求解将被终止。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-66

Part 定义

E. 选择 Part
? 使用 PARTSEL 命令可以逻辑选择Parts。 单元集 _part1, _part2等可以自动生成。 ? UTILITY MENU > Select > Parts ...

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

– PARTSEL, Type, PMIN, PMAX, PINC
? Type = ‘S’, ‘R’, ‘A’, ‘U’, ‘ALL’, ‘NONE’, ‘INVE’, 和‘PLOT’ ? 由于命令是宏定义的,所以需要在命令上加单引号。 ? PMIN, PMAX, PINC = minimum, maximum, and increment #

March 7, 2002 Inventory #001630 1-67

Part 定义

F. 显示 Parts
? ? ? 由PARTSEL命令选择的Parts可用PARTSEL, ’Plot’选项来画出。

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

注意: PARTSEL,’Plot’不仅能显示最近被选择过的大多数Part,而且还 把这些Parts设定为当前的单元集。 UTILITY MENU > Plot > Parts ...

?

显示的Parts可以 清楚地表示出与 Parts有关的命令 所需的Part ID.

March 7, 2002 Inventory #001630 1-68

Part 定义

G. Part 集
?
?

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

运用EDASMP命令可以建立Part集。
Preprocessor > LS-DYNA Options > Assembly Options ...

– EDASMP, , ASMID, PART1, PART2, …, PART16 ? 多至16个Part组成一个集 。 ? ASMID = Part 集号( 必须大于最大的Part号.)

?

当定义接触时,经常使用Part集。
– EDCGEN命令中Cont 和 Targ域。

March 7, 2002 Inventory #001630 1-69

Part 定义

... Part 集
? 为建立一个Part集, 简单定义一 组Parts,并保证在最后求解时所 有的集合号都应大于最大的Part 号。 Part集也可以列出或删除:
– EDASMP, Delete, ASMID

Training Manual

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0

?

March 7, 2002 Inventory #001630 1-70

Part 定义

H. 练习1-3
? ? 本练习题涉及的问题: 练习1-3:在接触问题中Part的应用。

Training Manual

March 7, 2002 Inventory #001630 1-71

Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNA 6.0


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