LS-DYNA问答

1 如何处理LS-DYNA中的退化单元？

在网格划分过程中，我们常遇到退化单元，如果不对它进行一定的处理，可能会对求解产生不稳定的影响。在LS-DYNA中，同一Part ID 下既有四面体，五面体和六面体，则四面体，五面体既为退化单元，节点排列分别为N1，N2，N3，N4，N4，N4，N4，N4和N1，N2，N3，N4，N5，N5，N6，N6。这样退化四面体单元中节点4有5倍于节点1-3的质量，而引起求解的困难。其实在LS-DYNA的单元公式中，类型10和15分别为四面体和五面体单元，比退化单元更稳定。所以为网格划分的方便起见，我们还是在同一Part ID下划分网格，通过*CONTROL_SOLID关键字来自动把退化单元处理成类型10和15的四面体和五面体单元。

2 LS-DYNA中对于单元过度翘曲的情况有何处理方法 有两种方法：

1. 采用默认B-T算法，同时利用*control_shell控制字设置参数BWC＝1，激活翘曲刚度选项；

2. 采用含有翘曲刚度控制的单元算法，第10号算法。该算法是针对单元翘曲而开发的算法，处理这种情况能够很好的保证求解的精度。

除了上述方法外，在计算时要注意控制沙漏，确保求解稳定。

3 在ANSYS计算过程中结果文件大于8GB时计算自动中断，如何解决这个问题？ 解决超大结果文件的方案:

1. 将不同时间段内的结果分别写入一序列的结果记录文件； 2. 使用/assign命令和重启动技术；

3. ANSYS采用向指定结果记录文件追加当前计算结果数据方式使用/assign指定的文件，所以要求指定的结果记录文件都是新创建的文件，否则造成结果文件记录内容重复或混乱。特别是，反复运行相同分析命令流时，在重复运行命令流文件之前一定要删除以前生成的结果文件序列。具体操作方法和过程参见下列命令流文件的演示。

4关于梁、壳单元应力结果输出的说明

问题： 怎样显示梁单元径向和轴向的应力分布图（我作的梁单元结果只有变形图DOF SOLUTIN –Translation，但是没有stress等值线图，只有一种颜色）和壳单元厚度方向的应力、变形图（我们只能显示一层应力、变形，不知道是上下表层或中间层的结果）。

解答：如果想显示梁单元的应力等值线图，请打开实际形状显示功能（PLotCtrl->Style->Size and Shape->/ESHAPE选为ON），然后即可绘制。注意梁单元（如BEAM188，BEAM189）的应力结果是在单元坐标系中显示的，即SXX为轴向正应力，SXY，SXZ为截面剪应力，没有其他应力分量。另外，缺省情况下，只输出SXX，如果想观察SXY，SXZ，请将BEAM188或189的KEYOPT（4）选为Include both（以这两个单元为例，其他单元可能不同，请看帮助文件，推荐使用BEAM188，BEAM189，这是功能最强的梁单元）。

至于壳的应力显示也类似，请打开实际形状显示功能，即可如同在实体上一样显示结果，您可以很清楚地看出不同位置、高度的应力值。当然如果你只想画出顶部、中部或底部的应力图也可以，以shell63为例，首先需关闭powergraphics（Toolbar上点POWRGRPH，选择OFF），然后进入General PostProc->Option for outp->SHELL中选择位置即可。

5 LS-DYNA求解有时为什么有负的滑动能

这是由于在建立模型时PART与PART之间有初始穿透，尤其是壳单元模型时很容易发生，应当避免这种情况的出现，否则容易在有初始穿透的地方产生塑性铰，原因是程序在求解的开始阶段给与穿透相应的接触力消除穿透，使材料发生局部塑性变形。解决方法见2002年11月的应用技巧。

6在DYNA中如何考虑材料失效

问题：在LS-DYNA的材料库中，能考虑失效的材料其失效模式往往比较单一，或者是应力失效，或是应变失效，如果材料本身较为复杂，在破坏过程中可能涉及多种失效模式，能否在一种材料中同时定义多种实效模式？

答：可以。LS-DYNA材料库中提供了专门定义失效准则的命令，即*mat_add_erosion，利用该命令，可以同时定义压力、主应力、等效应力、主应变、临界应力以及应力脉冲六种失效准则，在加载过程中满足任何一种失效准则都会使材料发生破坏。

7在LS-DYNA中能否施加跟随力和跟随力矩？

答：能，对于一些应用，施加的载荷相对与坐标系不仅大小变化，而且方向变化，此时按照通常的施加力方向（X、Y、Z）不能满足要求，在LS-DYNA中，可以方便的施加跟随力和跟随力矩，在关键字*LOAD_NODE_OPTION中，对DOF选择4和8就可以施加跟随力和跟随力矩。

8如果在工程上遇到壳的厚度是坐标位置的函数时，这样的壳单元模型如何建立？

我们常用到等厚度的壳单元，如果在工程上遇到壳的厚度是坐标位置的函数时，这样的壳单元模型如何建立？要用到RTHICK命令。

/PREP7 ET,1,63

RECT,,10,,10 ESHAPE,2 ESIZE,,20 AMESH,1 EPLO

MXNODE = NDINQR(0,14) *DIM,THICK,,MXNODE *DO,NODE,1,MXNODE *IF,NSEL(NODE),EQ,1,THEN

THICK(node) = 0.5 + 0.2*NX(NODE) + 0.02*NY(NODE)**2 *ENDIF *ENDDO NODE = MXNODE =

RTHICK,THICK(1),1,2,3,4 /ESHAPE,1.0 /USER,1 /DIST,1,7

/VIEW,1,-0.75,-0.28,0.6 /ANG,1,-1

/FOC,1,5.3,5.3,0.27 EPLO

9不同自由度的单元在merge时，ANSYS如何处理自由度的不匹配问题

ANSYS可以将在给定容差（tolerance）内的节点通过merge可以合并到一起，它可以是不同的单元类型和不同的自由度（如：壳或梁（6自由度）与块单元（3自由度），ANSYS在处理共节点的自由度关系使，类似于藕合自由度（Couple DOFs）而非约束方程，即只把相同的自由度联系起来，这样就可以方便的处理如柱销、铰链之类的约束问题。

10如何方便地建立压力容器的有限元模型? 在建立压力容器模型时，充分考虑模型的对称性，灵活利用ANSYS软件的工作平面和坐标系，利用合理的分网工具，可以得到漂亮的有限元模型，如下面的命令流所示： /prep7 et,1,45

mp,ex,1,2e11 mp,nuxy,1,0.3 !

cylind,0.89,0.8,0,-1.7125,90,270, wpoff,0,0,-1.7125 wprot,0,90,

cylind,0.47/2,0.37/2,-1.5,0,90,180, vovlap,all

vsel,s,loc,x,-0.11,0 vdel,all,,,1

vsel,s,loc,y,0.3,0.5 vdel,all,,,1

vsel,s,loc,y,-0.3,0.3 vsbw,all

afillt,21,11,0.1 al,33,50,5 al,37,53,7 alls,all

va,15,13,25,24,11 kgen,2,35, , , ,-0.2, , ,0 lstr,35,15

adrag,54,,,,,,21 vsba,2,16 lsel,s,loc,y,1.5

lsel,u,length,,0,0.06 lesize,all,,,16, alls,all

vsel,s,loc,y,0.9,1.5 vsweep,all

vsel,s,loc,y,0.89,0.99 vsweep,all

vsel,s,loc,y,0.8,0.89 vsweep,all asel,s,loc,z, asel,r,loc,y,0,1 asel,a,loc,y,0 accat,all alls,all

vsel,s,loc,y,0,0.6 vmesh,all

vsel,s,loc,y,0,-0.6 vmesh,all alls,all !

WPCSYS,-1,0 wpoff,0,0,-1.7125 CSWPLA,11,0,1,1, VSYMM,z,all, nummrg,all numcmp,all

wpoff,0,0,-1.7125 CSWPLA,12,0,1,1, VSYMM,z,all, nummrg,all numcmp,all !

wpoff,0,0,-3.425 wprot,0,-90

sphere,0.89,0.8,90,180, csys,0

vsel,s,loc,z,-8.0,-6.85 vsbw,all alls,all nummrg,all numcmp,all

vsel,s,loc,z,-8.0,-6.85 vsweep,all

11 ANSYS是否具有混合分网的功能？

ANSYS具有混合网格剖分的功能。例如两个粘在一起的面，可以对一个面进行三角形划分，再对另一个面进行四边形划分。过程见下列命令：

/prep7 et,1,42 rect,,1,,1 rect,1,2,,1 aglue,all

2 2 2 2

$======================================================================== $ [3] OUTPUT CONTROLS

$======================================================================== *DATABASE_BINARY_D3PLOT $ DT CYCL LCDT BEAM 0.0005000 0 *DATABASE_GLSTAT 0.0001000

$======================================================================== $ [5] |SECTIONS|PARTS| DEFs

$======================================================================== *PART

water in the box

$ PID SECID MID EOSID HGID GRAV ADPOPT TMID 1 1 1 1 0 0 0 0 *SECTION_SOLID_ALE $ SECID ELFORM AET 1 12

$ AFAC BFAC CFAC DFAC START END AAFAC

0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000

$------------------------------------------------------------------------------- *MAT_NULL

$ MID RHO PC MU TEROD CEROD YM PR

1 1000.0000 -1.000+10 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000

*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL $ EOSID C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6

1 0.0000000 1.50000+9 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 $ E0 V0

0.0000000 1.0000000

$======================================================================== *PART

void portion in the box 2 1 1 1 0 0 0 0 *INITIAL_VOID_PART 2

$======================================================================== *PART

rigid box containing water

$ PID SECID MID EOSID HGID GRAV ADPOPT TMID 3 3 3 0 0 0 0 0 *SECTION_SOLID $ SECID ELFORM AET 3 0 *MAT_RIGID

3 2000.0000 1.00000+8 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000

0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 $======================================================================== *PART

rigid super-heavy platform

$ PID SECID MID EOSID HGID GRAV ADPOPT TMID 4 4 4

*SECTION_SHELL

$ SID ELFORM SHRF NIP PROPT QR/IRID ICOMP 4 0

$ T1 T2 T3 T4 NLOC 0.011 0.011 0.011 0.011 *MAT_ELASTIC

$ MID RHO E PR DA DB K 4 1000000.0 1.0000+14

$======================================================================== $ [8] BC's + IC's + BODY LOADS + FORCE FIELDS

$======================================================================== *INITIAL_VELOCITY $ NSID NSIDEX BOXID 0

$ VX VY VZ VXR VYR VZR 0.0 -20.0 0.0

$------------------------------------------------------------------------------- *LOAD_BODY_Y

$ LCID SF LCIDDR XC YC ZC 1 1.00 *DEFINE_CURVE

$ LCID SIDR SFO OFFA OFFO DATTYP

1

$ X=abcissa Y=ordinate 0.0 981.0 1.0 981.0

$======================================================================== $ [9] LAGRANGIAN CONTACTS CONSTRAINTS, ...

$======================================================================== $ SFS = scale fact on dflt SLAVE penal stifns (see CONTROLL_CONTACT) $ SFM = scale fact on dflt MASTER penal stifns (see CONTROLL_CONTACT) *CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE

$ SSID MSID SSTYP MSTYP SBOXID MBOXID SPR MPR 3 4 3 3

$ FS FD DC VC VDC PENCHK BT DT

$ SFS SFM SST MST SFST SFMT FSF VSF 100. 100.

$======================================================================== $ [10] EULERIAN & ALE CONTACTS CONSTRAINTS, ...

$======================================================================== *CONTROL_ALE

$ DCT NADV METH AFAC BFAC CFAC DFAC EFAC 2 1 4-1.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 $ START END AAFAC VFACT VLIMIT EBC 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0 *ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP

$ SID STYPE PRTYP PRID BCTRAN BCEXP BCROT ICOORD 1 0 5 1

$ XC YC ZC EXPLIM

*SET_PART_LIST $ SID DA1 DA2 DA3 DA4 1

$ PID1 PID2 PID3 PID4 PID5 PID6 PID7 PID8 1 2

*ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE $ NSID 1

$ N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 5 6 7

2、 SPH算法

SPH算法作为DYNA中第一种无网格（meshfree）算法，在连续体的破碎或分离分析中得到了广泛的关注和应用。在解决极度变形和破坏类型的问题上SPH有着其他方法无法比拟的优势，可以说无网格算法正在成为数值分析领域的研究热点，具有很好的发展前景。 我们知道传统的有限单元法中，单元的形状对结果的精度影响很大，如果单元因为变形过大可能造成矩阵奇异，使得精度降低甚至无法计算下去。而SPH算法则是把每个粒子作为一个物质的插值点，各个粒子间通过规则的内插函数计算全部质点即可得到整个问题的解。

主要的关键字如下： *section_sph

提供算法选择，以及sph粒子的滑顺长度的定义； *control_sph

提供sph算法的控制，如粒子排序后的循环次数、计算空间、中止时间以及维数； 处理sph粒子与其它结构的相互作用采用接触算法。 下面给出某一算例的部分命令流： *KEYWORD *TITLE sph test $

*DATABASE_FORMAT 0

$units:cm,gm,us

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ CONTROL OPTIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*CONTROL_PARALLEL

1

*CONTROL_ENERGY 2 2 2 2 *CONTROL_SHELL 20.0 1 -1 1 2 2 1 *CONTROL_TIMESTEP

0.0000 0.9000 0 0.00 0.00 *CONTROL_TERMINATION

$1000.0000 0 0.00000 0.00000 0.00000 0.800E+05 0 0.00000 0.00000 0.00000 *CONTROL_SPH 2 0 $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ TIME HISTORY $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*DATABASE_BINARY_D3PLOT 200.0E+00 $0.500E+00

*DATABASE_BINARY_D3THDT 0.8000E+02

*DATABASE_EXTENT_BINARY 0 0 3 1 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 $ $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ SECTION DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*SECTION_SOLID 2 1

*SECTION_SPH 1 $

$

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ MATERIAL DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*MAT_RIGID

2 7.80 2.10 0.300000 0.0 0.0 0.0 1.00 7.00 7.00

*MAT_RIGID

3 7.80 2.10 0.300000 0.0 0.0 0.0 1.00 6.00 7.00

*MAT_RIGID

4 7.80 2.10 0.300000 0.0 0.0 0.0 1.00 6.00 7.00

*MAT_NULL 1 1.00 *EOS_GRUNEISEN

1 .1484000 1.9790000 .0000000 .0000000 .1100000 3.0000000 .0000000 .0000000 $ $ $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ PARTS DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $ *PART

Part 1 for Mat 4 and Elem Type 1 1 1 1 1 0 0 0 $ *PART

Part 2 for Mat 2 and Elem Type 1

2 2 2 0 0 0 0 $ *PART

Part 3 for Mat 3 and Elem Type 1 3 2 3 0 0 0 0 *PART

Part 3 for Mat 3 and Elem Type 1 4 2 4 0 0 0 0 $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ RIGID BOUNDRIES $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*LOAD_BODY_Y 2,1.0

*DEFINE_CURVE 2

0.0,9.8E-10 1.0,9.8E-10 $

*DEFINE_CURVE

1 0 1.000 1.000 0.000 0.000

0.000000000000E+00 1.000000000000E-04 1.000000000000E+05 1.000000000000E-04 *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID 3 2 0 1 -1.00 0 0.000 0.000 $ $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ NODE DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE 1 1 3 2 0 0 0 0

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.0000E+08 0.000 0.000 0.100 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

1 0.1000000 3 *SET_PART_LIST 1 2,3,4 *INCLUDE mesh.k *END

3、 ALE（接触算法）

采用接触算法分析流固耦合问题也是一种选择，在液面波动幅度较小时可以采用此种方法进行分析，流体用ALE算法描述，结构采用Lagrange算法；需要注意的一点：对ALE网格要进行滑顺处理，以控制网格形态，保证求解精度。 下面是某算例的部分命令流：

*KEYWORD *TITLE ALE $

*DATABASE_FORMAT 0 $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ CONTROL OPTIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*CONTROL_PARALLEL 1

*CONTROL_ENERGY 2 2 2 2 *CONTROL_ALE

3 1 2 1.0000000 1.0000000 0.000000 1.0000000 1.0000e+9 0.000000 0.000000 2 *CONTROL_TIMESTEP

0.0000 0.9000 0 0.00 0.00 *CONTROL_CONTACT

0.0000000 0.0000000 1 0 2 0 0 0 0 0 0

*CONTROL_TERMINATION

0.100E+05 0 0.00000 0.00000 0.00000 $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ TIME HISTORY $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*DATABASE_BINARY_D3PLOT 0.1000E+03

*DATABASE_BINARY_D3THDT 0.1000E+02

*DATABASE_EXTENT_BINARY 0 0 3 1 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 $ $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ SECTION DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*SECTION_SOLID 2 1

*SECTION_SOLID_ALE 1 5 $ $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ MATERIAL DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*MAT_RIGID

2 7.80 2.10 0.280000 0.0 0.0 0.0 1.00 7.00 7.00

*MAT_RIGID

3 7.80 2.10 0.280000 0.0 0.0 0.0 1.00 6.00 7.00

*MAT_RIGID

4 7.80 2.10 0.280000 0.0 0.0 0.0 1.00 6.00 7.00

*MAT_NULL

1 1.0000000 0.0000000 1.00000-8 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 *EOS_LINEAR_POLYNOMIAL

1 1.00000-6 1.92100-3 0.0000000 0.0000000 0.4000000 0.4000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 $ $ $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ PARTS DEFINITIONS $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ $ *PART

Part 1 for Mat 4 and Elem Type 1 1 1 1 1 0 0 0 $ *PART

Part 2 for Mat 2 and Elem Type 1 2 2 2 0 0 0 0 $ *PART

Part 3 for Mat 3 and Elem Type 1 3 2 3 0 0 0 0 *PART

Part 3 for Mat 3 and Elem Type 1 4 2 4 0 0 0 0 $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $ RIGID BOUNDRIES $

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ $

*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE 1 2 3 3 0 0 0 0

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0 0.00000.1000E+08 1.0000 0.0001 0.0000 0.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 *CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE 1 3 3 3 0 0 0 0

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0 0.00000.1000E+08 1.0000 0.0001 0.0000 0.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 *CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE 1 4 3 3 0 0 0 0

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0 0.00000.1000E+08 1.0000 0.0001 0.0000 0.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 $

*DEFINE_CURVE

1 0 1.000 1.000 0.000 0.000

0.000000000000E+00 1.000000000000E-04 1.000000000000E+05 1.000000000000E-04 *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID 3 2 0 1 -1.00 0 0.000 5.00e3 *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID 4 2 0 1 -1.00 0 5.00e3 0.000 $

通常我们处理液面晃动采用上述方法，LS-DYNA求解器在下一个版本LS970中在MESHFREE功能上增加了更为稳定和高效的EFG技术，在解决此类问题上将给予我们更大的灵活性和更多的选择。

24复杂几何模型的系列网格划分技术

众所周知，对于有限元分析来说，网格划分是其中最关键的一个步骤，网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。在ANSYS中，大家知道，网格划分有三个步骤：定义单元属性（包括实常数）、在几何模型上定义网格属性、划分网格。在这里，我们仅对网格划分这个步骤所涉及到的一些问题，尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。 一、 自由网格划分

自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它在面上（平面、曲面）可以自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。通常情况下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技术（SMARTSIZE命令）来自动控制网格的大小

和疏密分布，也可进行人工设置网格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及选择分网算法等（MOPT命令）。对于复杂几何模型而言，这种分网方法省时省力，但缺点是单元数量通常会很大，计算效率降低。同时，由于这种方法对于三维复杂模型只能生成四面体单元，为了获得较好的计算精度，建议采用二次四面体单元（92号单元）。如果选用的是六面体单元，则此方法自动将六面体单元退化为阶次一致的四面体单元，因此，最好不要选用线性的六面体单元（没有中间节点，比如45号单元），因为该单元退化后为线性的四面体单元，具有过刚的刚度，计算精度较差；如果选用二次的六面体单元（比如95号单元），由于其是退化形式，节点数与其六面体原型单元一致，只是有多个节点在同一位置而已，因此，可以利用TCHG命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化的四面体单元，减少每个单元的节点数量，提高求解效率。在有些情况下，必须要用六面体单元的退化形式来进行自由网格划分，比如，在进行混合网格划分（后面详述）时，只有用六面体单元才能形成金字塔过渡单元。对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言，自由网格划分中的层网格功能（由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制）是非常有用的。

二、 映射网格划分

映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，其原始概念是：对于面，只能是四边形面，网格划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形；对于体，只能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致；形成的单元全部为六面体。在ANSYS中，这些条件有了很大的放宽，包括：

1 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。对于四边以上的多边形，必须用LCCAT命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划分而言，仍然是三角形或四边形；或者用AMAP命令定义3到4个顶点（程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条）来进行映射划分。

2 面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 3 面上可以形成全三角形的映射网格。

4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以上的多面体，必须用ACCAT命令将某些面联成一个面，以使得对于网格划分而言，仍然是四、五或六面体。

5 体上对应线和面的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用ANSYS布尔运算功能，将其切割成一系列四、五或六面体，然后对这些切割好的体进行映射网格划分。当然，这种纯粹的映射划分方式比较烦琐，需要的时间和精力较多。 面的三角形映射网格划分往往可以为体的自由网格划分服务，以使体的自由网格划分满足一些特定的要求，比如：体的某个狭长面的短边方向上要求一定要

有一定层数的单元、某些位置的节点必须在一条直线上、等等。这种在进行体网格划分前在其面上先划分网格的方式对很多复杂模型可以进行良好的控制，但别忘了在体网格划分完毕后清除面网格（也可用专门用于辅助网格划分的虚拟单元类型－MESH200－来划分面网格，之后不用清除）。

三、 拖拉、扫略网格划分

对于由面经过拖拉、旋转、偏移（VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令）等方式生成的复杂三维实体而言，可先在原始面上生成壳（或MESH200）单元形式的面网格，然后在生成体的同时自动形成三维实体网格；对于已经形成好了的三维复杂实体，如果其在某个方向上的拓扑形式始终保持一致，则可用（人工或全自动）扫略网格划分（VSWEEP命令）功能来划分网格；这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。通常，采用扫略方式形成网格是一种非常好的方式，对于复杂几何实体，经过一些简单的切分处理，就可以自动形成规整的六面体网格，它比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性。

四、 混合网格划分

混合网格划分即在几何模型上，根据各部位的特点，分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式，以形成综合效果尽量好的有限元模型。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。通常，为了提高计算精度和减少计算时间，应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格，这种网格既可以是线性的（无中节点）、也可以是二次的（有中节点），如果无合适的区域，应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域（尤其是对所关心的区域或部位）；其次，对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域，采用带中节点的六面体单元进行自由分网（自动退化成适合于自由划分形式的单元），此时，在该区域与已进行扫略或映射网格划分的区域的交界面上，会自动形成金字塔过渡单元（无中节点的六面体单元没有金字塔退化形式）。ANSYS中的这种金字塔过渡单元具有很大的灵活性：如果其邻接的六面体单元无中节点，则在金字塔单元四边形面的四条单元边上，自动取消中间节点，以保证网格的协调性。同时，应采用前面描述的TCHG命令来将退化形式的四面体单元自动转换成非退化的四面体单元，提高求解效率。如果对整个分析模型的计算精度要求不高、或对进行自由网格划分区域的计算精度要求不高，则可在自由网格划分区采用无中节点的六面体单元来分网（自动退化成无中节点的四面体单元），此时，虽然在六面体单元划分区和四面体单元划分区之间无金字塔过渡单元，但如果六面体单元区的单元也无中节点，则由于都是线性单元，亦可保证单元的协调性。

五、 利用自由度耦合和约束方程 对于某些形式的复杂几何模型，可以利用ANSYS的约束方程和自由度耦合功能来促成划分出优良的网格并降低计算规模。比如，利用CEINTF命令可以将相邻的体在进行独立的网格划分（通常是采用映射或扫略方式）后再\粘结\起来，由于各个体之间在几何上没有联系，因此不用费劲地考虑相互之间网格的影响，所以可以自由地采用多种手段划分出良好的网格，而体之间的网格\粘结\是通过形函数差值来进行自由度耦合的，因此连接位置处的位移连续性可以得到绝对保证，如果非常关注连接处的应力，可以如下面所述再在该局部位置建立子区模型予以分析。再如，对于循环对称模型（如旋转机械等），可仅建立一个扇区作为分析模型，利用CPCYC命令可自动对扇区的两个切面上的所有对应节点建立自由度耦合条件（用MSHCOPY命令可非常方便地在两个切面上生成对应网格）。

六、 利用子区模型等其它手段

子区模型是一种先总体、后局部的分析技术（也称为切割边界条件方法），对于只关心局部区域准确结果的复杂几何模型，可采用此手段，以尽量小的工作量来获得想要的结果。其过程是：先建立总体分析模型，并忽略模型中的一系列细小的特征，如导角、开孔、开槽等（因为根据圣维南原理，模型的局部细小改动并不特别影响模型总的分析结果），同时在该大模型上划分较粗的网格（计算和建模的工作量都很小），施加载荷并完成分析；其次，（在与总体模型相同的坐标系下）建立局部模型，此时将前面忽略的细小特征加上，并划分精细网格（模型的切割边界应离关心的区域尽量远），用CBDOF等系列命令自动将前面总体模型的计算结果插值作为该细模型的边界条件，进行求解计算。该方法的另外好处是：可以在小模型的基础上优化（或任意改变）所关心的细小特征，如改变圆角半径、缝的宽度等；总体模型和局部模型可以采用不同的单元类型，比如，总体模型采用板壳单元，局部模型采用实体单元等。

子结构（也称超单元）也是一种解决大型问题的有效手段，并且在ANSYS中，超单元可以用于诸如各种非线性以及装配件之间的接触分析等，有效地降低大型模型的求解规模。

巧妙地利用结构的对称性对实际工作也大有帮助，对于常规的结构和载荷都是轴对称或平面对称的问题，毫无疑问应该利用其对称性，对于一些特殊情况，也可以加以利用，比如：如果结构轴对称而载荷非轴对称，则可用ANSYS专门用于处理此类问题的25、83和61号单元；对于由多个部件构成装配件，如果其每个零件都满足平面对称性，但各对称平面又不是同一个的情况下，则可用多个对称面来处理模型（或至少可用此方法来减少建模工作量：各零件只需处理一半的模型然后拷贝或映射即可生成总体模型）。

总之，对于复杂几何模型，综合运用多种手段建立起高质量、高计算效率的有限元模型是极其重要的一个步骤，这里介绍的注意事项仅仅是很少一部分，用户自己通过许多工程问题的不断摸索、总结和验证才是最能保证有效而高效地处理复杂模型的手段。

复杂几何模型的系列网格划分技术

众所周知，对于有限元分析来说，网格划分是其中最关键的一个步骤，网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。在ANSYS中，大家知道，网格划分有三个步骤：定义单元属性（包括实常数）、在几何模型上定义网格属性、划分网格。在这里，我们仅对网格划分这个步骤所涉及到的一些问题，尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。 一、 自由网格划分

自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它在面上（平面、曲面）可以自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。通常情况下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技术（SMARTSIZE命令）来自动控制网格的大小和疏密分布，也可进行人工设置网格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及选择分网算法等（MOPT命令）。对于复杂几何模型而言，这种分网方法省时省力，但缺点是单元数量通常会很大，计算效率降低。同时，由于这种方法对于三维复杂模型只能生成四面体单元，为了获得较好的计算精度，建议采用二次四面体单元（92号单元）。如果选用的是六面体单元，则此方法自动将六面体单元退化为阶次一致的四面体单元，因此，最好不要选用线性的六面体单元（没有中间节点，比如45号单元），因为该单元退化后为线性的四面体单元，具有过刚的刚度，计算精度较差；如果选用二次的六面体单元（比如95号单元），由于其是退化形式，节点数与其六面体原型单元一致，只是有多个节点在同一位置而已，因此，可以利用TCHG命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化的四面体单元，减少每个单元的节点数量，提高求解效率。在有些情况下，必须要用六面体单元的退化形式来进行自由网格划分，比如，在进行混合网格划分（后面详述）时，只有用六面体单元才能形成金字塔过渡单元。对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言，自由网格划分中的层网格功能（由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制）是非常有用的。 二、 映射网格划分

映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，其原始概念是：对于面，只能是四边形面，网格划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形；对于体，只能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致；形成的单元全部为六面体。在ANSYS中，这些条件有了很大的放宽，包括：

1 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。对于四边以上的多边形，必

须用LCCAT命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划分而言，仍然是三角形或四边形；或者用AMAP命令定义3到4个顶点（程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条）来进行映射划分。

2 面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 3 面上可以形成全三角形的映射网格。

4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以上的多面体，必须用ACCAT命令将某些面联成一个面，以使得对于网格划分而言，仍然是四、五或六面体。

5 体上对应线和面的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。 对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用ANSYS布尔运算功能，将其切割成一系列四、五或六面体，然后对这些切割好的体进行映射网格划分。当然，这种纯粹的映射划分方式比较烦琐，需要的时间和精力较多。 面的三角形映射网格划分往往可以为体的自由网格划分服务，以使体的自由网格划分满足一些特定的要求，比如：体的某个狭长面的短边方向上要求一定要有一定层数的单元、某些位置的节点必须在一条直线上、等等。这种在进行体网格划分前在其面上先划分网格的方式对很多复杂模型可以进行良好的控制，但别忘了在体网格划分完毕后清除面网格（也可用专门用于辅助网格划分的虚拟单元类型－MESH200－来划分面网格，之后不用清除）。 三、 拖拉、扫略网格划分

对于由面经过拖拉、旋转、偏移（VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令）等方式生成的复杂三维实体而言，可先在原始面上生成壳（或MESH200）单元形式的面网格，然后在生成体的同时自动形成三维实体网格；对于已经形成好了的三维复杂实体，如果其在某个方向上的拓扑形式始终保持一致，则可用（人工或全自动）扫略网格划分（VSWEEP命令）功能来划分网格；这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。通常，采用扫略方式形成网格是一种非常好的方式，对于复杂几何实体，经过一些简单的切分处理，就可以自动形成规整的六面体网格，它比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性。 四、 混合网格划分

混合网格划分即在几何模型上，根据各部位的特点，分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式，以形成综合效果尽量好的有限元模型。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。通常，为了提高计算精度和减少计算时间，应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格，这种网格既可以是线性的（无中节点）、也可以是二次的（有中节点），如果无合适的区域，应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域（尤其是对所关心的区域或部位）；其次，对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域，采用带中节点的六面体单元进行自由分网（自动退化成适合于自由划分形式的单元），此时，在该区域与已进行扫略

或映射网格划分的区域的交界面上，会自动形成金字塔过渡单元（无中节点的六面体单元没有金字塔退化形式）。ANSYS中的这种金字塔过渡单元具有很大的灵活性：如果其邻接的六面体单元无中节点，则在金字塔单元四边形面的四条单元边上，自动取消中间节点，以保证网格的协调性。同时，应采用前面描述的TCHG命令来将退化形式的四面体单元自动转换成非退化的四面体单元，提高求解效率。如果对整个分析模型的计算精度要求不高、或对进行自由网格划分区域的计算精度要求不高，则可在自由网格划分区采用无中节点的六面体单元来分网（自动退化成无中节点的四面体单元），此时，虽然在六面体单元划分区和四面体单元划分区之间无金字塔过渡单元，但如果六面体单元区的单元也无中节点，则由于都是线性单元，亦可保证单元的协调性。 五、 利用自由度耦合和约束方程 对于某些形式的复杂几何模型，可以利用ANSYS的约束方程和自由度耦合功能来促成划分出优良的网格并降低计算规模。比如，利用CEINTF命令可以将相邻的体在进行独立的网格划分（通常是采用映射或扫略方式）后再\粘结\起来，由于各个体之间在几何上没有联系，因此不用费劲地考虑相互之间网格的影响，所以可以自由地采用多种手段划分出良好的网格，而体之间的网格\粘结\是通过形函数差值来进行自由度耦合的，因此连接位置处的位移连续性可以得到绝对保证，如果非常关注连接处的应力，可以如下面所述再在该局部位置建立子区模型予以分析。再如，对于循环对称模型（如旋转机械等），可仅建立一个扇区作为分析模型，利用CPCYC命令可自动对扇区的两个切面上的所有对应节点建立自由度耦合条件（用MSHCOPY命令可非常方便地在两个切面上生成对应网格）。

六、 利用子区模型等其它手段

子区模型是一种先总体、后局部的分析技术（也称为切割边界条件方法），对于只关心局部区域准确结果的复杂几何模型，可采用此手段，以尽量小的工作量来获得想要的结果。其过程是：先建立总体分析模型，并忽略模型中的一系列细小的特征，如导角、开孔、开槽等（因为根据圣维南原理，模型的局部细小改动并不特别影响模型总的分析结果），同时在该大模型上划分较粗的网格（计算和建模的工作量都很小），施加载荷并完成分析；其次，（在与总体模型相同的坐标系下）建立局部模型，此时将前面忽略的细小特征加上，并划分精细网格（模型的切割边界应离关心的区域尽量远），用CBDOF等系列命令自动将前面总体模型的计算结果插值作为该细模型的边界条件，进行求解计算。该方法的另外好处是：可以在小模型的基础上优化（或任意改变）所关心的细小特征，如改变圆角半径、缝的宽度等；总体模型和局部模型可以采用不同的单元类型，比如，总体模型采用板壳单元，局部模型采用实体单元等。

子结构（也称超单元）也是一种解决大型问题的有效手段，并且在ANSYS中，超单元可以用于诸如各种非线性以及装配件之间的接触分析等，有效地降低大

型模型的求解规模。

巧妙地利用结构的对称性对实际工作也大有帮助，对于常规的结构和载荷都是轴对称或平面对称的问题，毫无疑问应该利用其对称性，对于一些特殊情况，也可以加以利用，比如：如果结构轴对称而载荷非轴对称，则可用ANSYS专门用于处理此类问题的25、83和61号单元；对于由多个部件构成装配件，如果其每个零件都满足平面对称性，但各对称平面又不是同一个的情况下，则可用多个对称面来处理模型（或至少可用此方法来减少建模工作量：各零件只需处理一半的模型然后拷贝或映射即可生成总体模型）。

总之，对于复杂几何模型，综合运用多种手段建立起高质量、高计算效率的有限元模型是极其重要的一个步骤，这里介绍的注意事项仅仅是很少一部分，用户自己通过许多工程问题的不断摸索、总结和验证才是最能保证有效而高效地处理复杂模型的手段。

25 LS-DYNA典型的射流模拟过程

问题

对于正在设计过程中的破甲弹，在试验之前了解其起爆、射流的形成及穿甲的全过程是非常重要的。 计算模型

一个完整的弹体，从起爆到射流穿甲全过程都可以在ANSYS/LS-DYNA完全模拟。在ANSYS/LS-DYNA中计算时，如果采用三维实体进行计算时，炸药、药型罩、空气、泡沫等材料都最好考虑有状态方程，弹壳可采用一般的弹塑性材料。Keyword文件中会涉及到如下材料相关的关键字： *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN *EOS_JWL *MAT_NULL

*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL *MAT_STEINBERG *EOS_GRUNEISEN

*MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO *MAT_PLASTIC_KINEMATIC

计算区域包括破甲弹弹体部分以及射流在空中行程路径周围的空气。其中炸药、空气和药形罩采用ALE算法，泡沫、弹壳等可以采用Lagrange算法。也可全采用Euler算法。计算到一定程度，逐渐删除对计算影响越来越小的part。涉及到的关键字： *SECTION_SOLID

*SECTION_SOLID_ALE

*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID *ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP_PART *INITIAL_DETONATION

为了降低计算量，要充分考虑到弹体的对称性，计算模型只考虑取几分之一即可。如图2所示。对各个部分划分非常细的均匀网格（特别是药形罩部分和弹体中心线射流拉长流动的区域），网格要求都是六面体的，选用SOLID164单元。 载荷及边界条件

由于计算是采用几分之一的弹体进行的，在切开的对称面上需要施加滑移边界条件。涉及到的关键字：

*BOUNDARY_SLIDING_PLANE *SET_NODE_LIST

*BOUNDARY_SPC_SET

计算结果处理

计算过程中可逐渐删除泡沫、炸药、弹体外壳材料等影响已不大的PART。

在LSPOST中可以非常方便的绘制系统动能、内能和总能量随时间的变化曲线。下图为系统动能随时间变化的曲线图：

计算完成后，应和理论分析结果进行比较，并让专业设计工程师判断，如果有条件，可与试验结果进行比较。对实际工程设计应有较大的指导作用，特别适合于试验之前设计初期的方案选择，设计后期的方案验证等等。

应该选择ansys分析结果里面的哪些数值来判别材料会不会失效？

判断材料是否失效的准则与材料特性有关，一般来讲，对于各向同性塑性材料可以用 Von Mises 应力与拉伸极限来比较；对于各向同性脆性材料，可以用第一和第三主应力分别与抗拉和抗压强度比较。对于复合材料需要比较拉压、剪切等不同情况。对于各向异性则需对不同方向的强度分别比较。

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