LS-DYNA中文教程

第二部分 ANSYS/LS-

DYNA程序的使用方法

1 概述

ANSYS/LS-DYNA 程序系统是将非线性动力分析程序LS-DYNA显式积分部分与

ANSYS程序的前处理PREP7和后处理POST1、POST26连接成一体。这样既能充分运用LS-DYNA程序强大的非线性动力分析功能，又能很好地利用ANSYS程序完善的前后处理功能来建立有限元模型与观察计算结果，它们之间的关系如下。

ANSYS前处理PREP7 Jobname.DB Jobname.k ANSYS/LS-DYNA Jobname.RST d3plot Jobname.HIS d3thdt

ANSYS/LS-DYNA程序系统的求解步骤为：

ANSYS后处理POST1,POST26 后处理LS-TAURUS 1.1 前处理Preprocessor建模（用PREP7前处理解算器）

1.设置Preference(Main Menu:Preference)选项

置Structural LS-DYNA explicit。这样，以后显示的菜单完全被过滤成ANSYS/LS-DYNA的输入选项。再定义一种显式单元类型，即可激活LS-DYNA求解。 GUI: Main Menu>Preferences a.选择Structural. b.选择LS-DYNA Explicit. c.OK.

2.定义单元类型Element Type和Option（算法）和实常数Real Constant。 3.定义材料性质Material Properties。 4.建立结构实体模型Modeling。 5.进行有限元网格剖分Meshing。 6.定义接触界面Contact。

1.2 加载和求解Solution

1.约束、加载和给定初始速度。 2.设置求解过程的控制参数。 3.选择输出文件和输出时间间隔。 4.求解Solve（调用LS-DYNA）。

1.3 后处理POST1（观察整体变形和应力应变状态）和POST26（绘制时间历程曲线），也可连接LSTC公司的后处理程序LS-TAURUS。

在各程序模块之间传递数据的文件有：

(1) ANSYS数据文件

数据库文件(Database File)－Jobname.DB 二进制文件 图形数据文件(Results File)－Jobname.RST 二进制文件 时间历程数据文件－ Jobname.HIS 二进制文件 输出文件(Output File)－ Jobname.OUT ASCII文件

命令文件(Log File)－ Jobname.LOG ASCII文件

(2) LS-DYNA数据文件

输入数据文件(Iuput file)－ Jobname.K ASCII文件 重起动文件(Dump File)－ D3DUMP 随机文件 图形数据文件(Plot File)－ D3PLOT 随机文件 时间历程文件－ D3THDT 随机文件

由于ANSYS前处理程序还不能满足LS-DYNA程序系统的全部功能，用户可以生成LS-DYNA的输入数据文件Jobname.K，经过编辑、修改后，再直接调用LS-DYNA程序求解，其计算结果图形数据文件仍然可以连接ANSYS后处理程序POST1和POST26以及LS-DYNA的后处理程序LS-TAURUS观察计算结果。

ANSYS/LS-DYNA可以与ANSYS结构分析程序之间传递几何数据和结果数据来执行隐式显式和显式－隐式分析，如跌落试验、回弹计算等。

使用ANSYS/LS-DYNA时，建议用户使用程序提供的缺省设置。多数情况，这些设置适合求解问题。

下面详细介绍ANSYS/LS-DYNA程序的使用方法，由于ANSYS前处理程序PREP7的实体建模和网格剖分在ANSYS培训教材中详细介绍，这里不再重复。

2 单元

160-168九种单元

2.1 概述

在ANSYS/LS-DYNA程序的显式动态分析中可以使用如下类型单元：

LINK160 BEAM161

杆单元 轴向力 梁单元 两个端点

PLANE162 二维实体单元

SHELL163 SOLID164

薄壳单元 薄壳 三维实体单元 三维一般情况 弹簧阻尼单元 弹簧 质量单元 一个点

COMBI165 MASS166

LINK167 仅位伸单元 索

SOLID168 四面体实体单元

这些单元都是三维的，采用线性位移函数（低阶单元），每种单元都有多种算法可供用户选择。其高斯积分点数，缺省时实体单元是单点积分，薄壳单元是面内单点积分、沿壳厚多点积分。线性位移函数和单积分点的显式单元能够很好地用于大变形和材料失效等非线性问题。近年来新版本LS-DYNA的单元也可以采用多点积分，供用户选择。各种单元能够选用的材料模型是有限制的，详见下一节“材料性质”。

(1) SOLID164实体单元

它是8节点六面体单元，可以采用某些节点重复来退化成6节点楔形单元，5节点锥形单元。在受弯曲时退化单元比较僵硬，要尽量避免使用。实体单元算法有二种：(1)KEYOPT(1)=1，缺省算法，采用单点积分和沙漏控制。它能节省机时并在大变形条件下增加可靠性。(2)KEYOPT(1)=2，采用2X2X2多点高斯积分。它没有零能模式，不需要沙漏控制。对于某种材料，如泡沫材料，计算结果会好些。但计算机时将有显著增加。

(2) SHELL163薄壳单元

它是4节点四边形单元，或3节点三角形单元。有11种算法，用KEYOPT(1)值来定义不同算法。和实体单元一样，积分点数会显著影响机时耗费，对于一般课题建议采用面内单点积分。以下概述这十一种算法。

a. 4节点四边形薄壳单元（沿壳厚多积分点） －Belytschko-Tsay(KEYOPT(1)=2)缺省算法

采用面内单点积分，计算速度快，建议在大多数分析中使用，单元过度翘曲时不要使用。 －Belytschko-Wong-Chiang(KEOPT(1)=10)

比Belytschko-Tsay算法慢1/4，采用面内单点积分，用于翘曲情况，一般可得到正确结果。 －Belytschko-Leriathan(KEYOPT(1)=8)

采用面内单点积分，比Belytschko-Tsay算法慢2/5，自动含物理上的沙漏控制。 －Hughes-Liu(KEYOPT(1)=1)

采用面内单点积分，比Belytschko-Tsay算法慢250%。 －Fast(Co-Rotational) Hughes-Liu（改进型KEYOPT(1)=11） 采用面内单点积分，比Belytschko-Tsay算法慢150%。 －S/R Hughes-Liu(KEYOPT(1)=6)

采用面内２X２积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay算法慢20倍，如果在分析中遇到沙漏麻烦的话，建议使用这种算法。

－S/R co-rotational Hughes-Liu(KEYOPT(1)=7)

采用面内２X２积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay算法慢8.8倍，如果在分析中遇到沙漏麻烦的话，建议使用这种算法。

b. 薄膜单元算法（沿壳厚单积分点） －Belytschko-Tsay(KEYOPT(1)=5)薄膜单元

采用单个积分点，计算速度快，建议在大多数薄膜分析中使用，可很好地用于纤维织品。

－Fully integrated Belytschko-Tsay(KEYOPT(1)=9)薄膜单元

采用2X2积分点，无沙漏控制，比Belytschko-Tsay单积分点薄膜单元要显著地慢。

c. 3节点三角形薄壳单元（沿壳厚多积分点） －C0三角形壳单元（KEYOPT(1)=4）

面内单点积分，根据Mindlin-Reissner薄板理论导出，相当僵硬，建议不要用它做整体网格剖分。

－BCIZ三角形壳单元（KEYOPT(1)=3）

采用面内单点积分，根据Kirchhoff薄板理论导出，比C0三角形壳单元的计算速度慢。

退化的四边形单元在横向剪切时会发生锁死，应改用三角形壳单元。在同一种材料中，只要把单元分类标记（EDSHELL命令中ITRST值）置1，就可混合使用四边形单元和三角形单元（程序将三角形单元自动改为C0算法）。

所有壳单元算法，沿壳厚方向用户可任选2-5个高斯积分点，对于弹性材料沿壳厚方向2个积分点已足够，但对于塑性材料，至少要3个或更多的积分点。

薄壳单元的输出应力，尽管后处理中采用顶面Top和底面Bottom术语，实际上它们是最外面积分点处的应力，而不是薄壳表面上的应力，因此，在分析计算结果时应特别注意。

(3) 梁单元和杆单元 a. BEAM161梁单元

采用单元端部二个节点定义，并以第3个节点对单元主轴面定向，它有二种算法： －Hughes-Liu梁单元（KEYOPT(1)=1）缺省算法

它是一个很方便的退化单元，可以用梁单元中间跨度横截面上的一组积分点来模拟矩

2.Mooney-Rivlin不可压缩橡胶

Mooney-Rivlin橡胶是不可压缩橡胶模型。它与ANSYS的Mooney-Rivlin二参数模型很相似。

通过C10、C01和?来定义应变能量密度函数：

W?C10(l1?3)?C01(l2?3)?C(C?C10?C012

1l32?1)?D(l3?1)2

D?C10(5??2)?C01(11??5)2(1?2?)

输入数据DENS（质量密度）、NUXY（泊松比，应取值为0.49?0.5之间）和Mooney-Rivlin常数C10与Ｃ01。

3.粘弹性 Viscoelastic

由Herrmann和Peterson提出的线粘弹性材料模型。该模型采用偏量特性：

?(?)????ij?ij?2??(t??)??d?0????

t式中剪切松弛模量为：

?(t)?G??(G0?G?)e??t

在模型中，由弹性体积模量K和体积V计算压力：P=KlnV；需要参数G?、G0、K（体积模量）和?来定义线粘弹性材料模型。 输入数据：

G0－短期限的弹性剪切模量

G?－长期限（无限期）的弹性剪切模量 K－弹性体积模量 Y?－衰减常数 DENS－质量密度

第三类 弹塑性材料（Plasticity）

这一材料族有十种材料模型，其中2种是与应变率无关的各向同性材料模型，5种是与应变率相关的各向同性材料模型和3种是与应变率相关的各向异性材料模型。

(A) 与应变率无关的各向同性材料

二种： a.双线性随动硬化Bilinear Kinematic（BKIN）

b.双线性各向同性硬化Bilinear Isotropic（BISO）

这二种材料模型的应力／应变曲线用二条直线（斜率为弹性模量EX和切线模量ETAN）表达，其不同在于硬化假定，随动硬化或各向同性硬化，这类与应变率无关的材料

模型，可用于多种工程金属材料（钢、铝、铸铁等）。 与应变率相关的各向同性材料

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