hypermesh教材3

第9章 LS-DYNA前处理 9.2 实例：定义LS-DYNA的模型、载荷数据、控制卡片及输出

本实例包含以下内容。

? 在HyperMesh中查看LS-DYNA关键字，与LS-DYNA求解文件中格式相同。 ? 理解part、material和section的创建和组织。 ? 创建sets。 ? 创建速度。

? 理解LS-DYNA数据对象与HyperMesh中单元和加载方式的关系。 ? 创建单点约束。

? 使用segment编号创建接触。 ? 定义输出与仿真时间。

? 输出LS-DYNA格式的求解文件。

下列tools/utilities是HyperMesh设定LS-DYNA模型的基础。 ? LS-DYNA FE input translator。 ? FE output template。 ? Ls-DYNA Utility Menu。 ? User Profile。

本实例包含如下3个部分。

? 实例1：定义头部和A柱的模型数据。

? 实例2：为头部和A柱碰撞分析定义边界条件和载荷。 ? 实例3：为头部和A柱碰撞分析定义碰撞时间和输出。 1．定义模型数据

（1）*PART，*ELEMENT，*MAT，和*SECTION 之间的关系

*PART可以引用属性（*SECTION）和材料（*MAT）等。使用了相同属性的一组单元一般放置到一个组件中。

表9-2列出了*ELEMENT，*PART，*SECTION和 *MAT在HyperMesh中的组织关系。

表9-2 *ELEMENT，*PART，*SECTION和 *MAT的引用关系

*ELEMENT EID PID *PART PID SID MID *SECTION SID *MAT MID 单元存放于组件集合(Component)中 组件(Component)的卡片 属性的卡片，通过在组件的卡片中指定属性(*SECTION)给*PART 材料集合的卡片，通过指定材料集合(*MAT)给组件来定义*PART的材料 可以使用Collectors来创建和编辑组件，属性和材料集合。 （2）在HyperMesh中查看LS-DYNA关键字

HyperMesh卡片编辑器可以查看LS-DYNA关键字的数据行。在HyperMesh中显示的关

341

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 键字和数据与在LS-DYNA求解文件中的显示一致。另外，对于一些关键字卡片，读者可以定义和编辑它们的参数和数据。

Card Editor面板可以查看卡片，它位于Tool菜单，即工具栏中的Card Editor（）按钮或者右键单击Model Browser和Solver Browser弹出来的菜单中。

（3）创建*MAT

在HyperMesh中，*MAT是带有卡片的材料收集器。可以通过将材料收集器指定到组件（component）收集器来关联*PART，也可以从Model Browser、Solver Browser或者Material下拉菜单来创建材料收集器。

（4）更新组件的材料

可以通过Component Collectors面板的update子面板来更新组件的材料。 （5）Material Table Utility

此工具位于LS-DYNA Utility下的DYNA Tools页面，具有如下功能。 ? 查看模型中已有的材料和属性。

? 创建、编辑、合并、检查重复的材料。 （6）创建*SECTION

在HyperMesh中，*SECTION是带卡片的属性收集器。可以从Property Collectors面板的create子面板创建。

实例1：定义头部和A柱碰撞分析模型数据

本实例的目的是进一步熟悉在HyperMesh中定义LS-DYNA中的 materials、sections和 parts，包括为头部和A柱碰撞分析定义模型数据。头部和A柱模型如图9-1所示。

图9-1 头部和A柱模型

此实例包括如下步骤。

? 定义头部和A柱的材料为*MAT_ELASTIC。

342

第9章 LS-DYNA前处理 ? 定义A柱属性为*SECTION_SHELL。 ? 定义头部属性为*SECTION_SOLID。 ? 定义头部和A柱为*PART。

STEP

01 加载LS-DYNA模板。

（1）从菜单栏选择Preferences > User Profiles。 （2）选择LS-DYNA模板并单击OK按钮。

STEP

02 打开HyperMesh文件。

（1）从工具栏单击Open Model按钮，浏览并选择文件head_start.hm。 （2）单击Open按钮。 模型被加载至图形区域。

STEP

03 为A柱和头部定义材料*MAT_ELASTIC。

（1）右键单击Model Browser选择Create > Material，弹出Create material对话框。 （2）在Name栏输入elastic。

（3）在Card image栏选择MATL1。

（4）选中Card edit material upon creation来激活选项。 （5）单击Create按钮创建材料并编辑其卡片。 （6）单击[Rho]区域，输入密度值1.2E-6。 （7）单击杨氏模量[E]，输入210。 （8）单击泊松比[Nu]，输入0.26。 （9）单击return按钮关闭面板。

STEP

04 定义A柱属性(*SECTION_SHELL)，厚度为3.5mm。

（1）右键单击Model Browser，选择Create > Property。弹出Create property对话框。 （2）在 Name栏输入section3.5。 （3）在 Type栏选择SURFACE。 （4）在 Card image栏选择SectShll。

（5）选中Card edit property upon creation激活选项。 （6）单击Create按钮生成属性并编辑卡片。 （7）单击T1，输入3.5。

（8）单击return按钮离开此面板。

343

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 STEP

05

定义头部*SECTION_SOLID。

（1）右键单击Model Browser 选择Create > Property。 （2）在Name栏输入solid。 （3）在Type栏选择VOLUME。 （4）在Card image栏选择SectSld。

（5）选中Card edit property upon creation来激活选项。 （6）单击Create按钮生成属性。

STEP

06 将A柱定义为*PART。

MAT_ELASTIC在材料收集器中的名称为elastic，*SECTION_SHELL在属性收集器中的名称为section3.5。

（1）在Model Browser中右键单击pillar组件，选择Edit。 （2）在Card image栏选择Part。 （3）单击Material按钮。

（4）选中Assign material选项来激活。 （5）在 Name栏选择elastic。 （6）单击Property按钮。

（7）选中Assign property激活选项。 （8）在Name栏选择section3.5。 （9）单击Update按钮。

STEP

07 定义头部为*PART。

*MAT_ELASTIC 的材料收集器名称为elastic，*SECTION_SOLID 的属性收集器名称为solid。

（1）在Model Browser中右键单击head组件，选择Edit。 （2）在Card image栏选择Part。 （3）单击Material按钮。

（4）选中Assign material来激活选项。 （5）在Name栏选择elastic。 （6）单击Property按钮。

（7）选中Assign property选项来激活。 （8）在Name栏选择solid。

（9）单击Update按钮来更新组件。 至此完成实例1的操作保存文件。

344

第9章 LS-DYNA前处理 2．定义边界条件和载荷

（1）*INITIAL_VELOCITY_(Option)

表9-3列出了定义DYNA初始速度的关键字。

表9-3 定义初始速度的关键字

DYNA 关键字 *INITIAL_VELOCITY 应 用 范 围 节点集， *SET_NODE_LIST 在HyperMesh中创建 用于节点集，载荷收集器卡片名称为InitialVel comps集，载荷收集器卡片名称为*INITIAL_VELOCITY_GENERATION *PART 或*PART 集*SET_PART_LIST InitialVel 从 Velocity 面板创建， 在载荷收集器中*INITIAL_VELOCITY_NODE 单个节点 无卡片 （2）*SET

除了*SET_SEGMENT，选择Tools>Create>Sets命令，可以从Entity Sets面板创建所有其他*SET类型。用Entity Sets面板中的review可以查看set的内容，如何从Contactsurfs面板创建*SET_SEGMENT不在此赘述。

（3）HyperMesh Entity对象和类型

HyperMesh的单元和载荷的选择可以通过配置（Configuration）和类型（Type）来确定。配置（Configuration）是HyperMesh的关键特征，类型（Type）用来定义载荷输出模板。一个配置（Configuration）可以支持多种类型（Type）。在生成单元和载荷之前，从Elem Types面板选择需要的类型（type）。

Load Types子面板只使用在可以将载荷直接创建在节点或单元上的情况下。其他情况下，载荷定义为一个有卡片的载荷收集器。比如*INITIAL_VELOCITY_NODE （直接应用在节点上）可以由Velocities面板创建，而*INITIAL_VELOCITY（作用在节点集上）是通过创建一个InitialVel卡片的载荷收集器来定义的。

从Elem Types和Load Types 面板能看到一系列单元和载荷类型，如图9-2和图9-3所示。

图9-2 单元类型面板

图9-3 载荷类型面板

一些单元的配置是rigid和quad4。当加载了DYNA.key模板后，rigid配置的具体单元类型的名称是RgdBody、ConNode和GenWeld（关键字为*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_

345

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 BODY，*CONSTRAINED_NODE_SET 和*CONSTRAINED_GENERALIZED_WELD_SPOT）。

类似的，一些载荷的配置是force和pressure。pressure配置的具体类型是ShellPres和SegmentPre（关键字为*LOAD_SHELL_ELEMENT和*LOAD_SEGMENT）。

大多数单元和载荷的类型都能在创建它们的面板上进行选择。例如，rigids从Rigids面板创建，约束从Constraints面板创建时，均可在它们的面板上选择具体的Rigids类型Constraints类型。

（4）*BOUNDARY_SPC_(Option)

表9-4列出了定义单点约束的DYNA关键字

表9-4 单点约束的关键字

DYNA 关键字 *BOUNDARY_SPC_NODE *BOUNDARY_SPC_SET 应 用 范 围 单个节点 节点集*SET_NODE_LIST 在HyperMesh中创建 用Constaints面板创建约束并将其放置于无卡片的载荷收集器中 用于带BoundSpcSet卡片的载荷收集器引用的节点集 （5）*CONTACT 和 *SET_SEGMENT

从BCs菜单打开Interfaces面板，可以创建除*CONTACT_ENTITY外的各种接触（*CONTACT_ENTITY可以从BCs菜单下的Rigid Walls面板创建）。

DYNA接触在HyperMesh中定义为组（groups）。如果用户希望对*CONTACT进行删除、编号或者显示操作，应该编辑组HyperMesh模型浏览器中的groups。

（6）DYNA接触的Master和Slave类型

DYNY有很多类型的主和从可供选择。HyperMesh完全支持它们，本节主要描述type0的使用和设置segment ID。

（7）*SET_SEGMENT 和 Contactsurfs 面板

在Contactsurfs面板中创建*SET_SEGMENT。用这个面板还可以为已创建的*SET_SEGMENT删除或添加接触单元，直接调整其法向，而不用去调整单元的法向。

接触面在屏幕上显示为金字塔，每个segement对应一个金字塔。金字塔的方向代表了segment的法向。金字塔的方向默认与单元的法向相同。

在Interfaces面板为*CONTACT指定*SET_SEGMENT，在add 子面板将类型设置为csurfs来指定maste或slave要引用的segement。

9.3 实例：使用曲线、梁、刚体、铰链

本章实例实例包含两个部分：实例1，定义座椅碰撞分析的模型数据；实例2，定义边界条件和载荷。通过本章涉及的实例，读者可以学到如下内容。

? 创建XY曲线来定义非线性材料。 ? 用HyperBeam定义梁单元。

? 创建constrained nodal rigid bodies。 ? 创建运动副。

? 定义*DEFORMABLE_TO_RIGID。 ? 定义*LOAD_BODY。

? 创建*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_NODE。

346

第9章 LS-DYNA前处理 ? 使用Component Table工具查看模型数据。 本章涉及的实例将用到如下工具。 ? DYNA Tools。 ? Component Table。 ? Curve Editor。

下面对这3个工具作一些介绍，其中的DYNA Tools 菜单可以从Utility Menu中找到。 Component Table是DYNA Tools中的一个工具。读者可以用它来查看模型的part信息，创建和编辑part。下面列出了这个工具的一些功能。

? 列出已显示或模型中所有part的列表，并在图形区进行查看。 ? 显示具有相同材料和属性的part。 ? 重命名或重编号part、属性或材料。 ? 更新厚度信息。 ? 创建新的part。

? 为part赋予属性和材料。 ? 导出用逗号分隔格式的表格。

在Component Table窗口，可以将光标置于相应按钮上来显示并查看各项功能的解释。图9-6即为Component Table窗口。

图9-6 Component Table窗口

Curve Editor是个弹出窗口，它比xy plots面板更能直观地查看和编辑曲线。从XYPlots > Curve Editor菜单打开Curve Editor工具。下面列出了此工具的一些功能。

? 改变曲线的属性。 ? 改变graph的属性。 ? 在图形区域显示曲线。 ? 创建新的曲线。 ? 删除曲线。 ? 重命名曲线。

图9-7给出了Curve Editor的示例图片。

这里首先介绍一下如何在HyperMesh中定义模型中的LS-DYNA关键字数据：*DEFINE_ CURVE、*DEFINE_TABLE、*ELEMENT_BEAM、*SECTION_BEAM、*CONSTRAINED_ NODAL_RIGID_BODY、*CONSTRAINED_JOINT、*DEFORMABLE_TO_RIGID等。

347

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 1．*DEFINE_CURVE

*DEFINE_CURVE卡片用来在LS-DYNA中定义曲线，曲线通常用来定义非线性材料和载荷。在HyperMesh中有几种方法来定义DYNA曲线。

（1）用曲线编辑器创建

具体方法为在菜单栏选择XYPlots > Curve Editor命令。

图9-7 Curve editor

（2）从文件输入XY数据

在 xy plots菜单，可以通过读入XY 数据文件来创建*DEFINE_CURVE卡片。xy数据文件格式的示例如下。

XYDATA， x1 y1 x2 y2

ENDDATA

XYDATA， x1 y1 x2 y2

ENDDATA

工程师通过测试得到的数据格式通常是Excel文件。从Excel导出的数据是由逗号或空格分开的格式文件，可以被HyperView读取。将HyperView切换到HyperGraph，从File菜单选择Export Curves，用XY Data格式输出。HyperView导出的XY数据文件也可以被HyperMesh读取。

（3）用数学表达式创建

348

第9章 LS-DYNA前处理 从Edit Curves面板用数学表达式的方法创建*DEFINE_CURVE卡片。通过这个面板，可以同时使用数学表达式和XY数据文件来创建曲线。

HyperMesh通常用curveN来命名曲线。曲线会显示在plots上。在Model Browser的Display面板，可以通过单击plot来显示或隐藏曲线。

如表9-6所示，用下列模板可以只输出 LS-DYNA格式的曲线。选择File>Export...命令，在File type处选择Custom，选择Curves.key作为模板。

表9-6 导出LS-DYNA曲线的模板

HyperMesh template ls-DYNA\\curves.key Ls-DYNA960\\curves.key DYNA input file generated from template Version 970 keyword format for curves only Version 960 keyword format for curves only Curves.key模板文件位于ALTAIR_HOME\\templates\\feoutput，可以使用Import按钮来导入文件模板。

2．*DEFINE_TABLE

*DEFINE_TABLE用来定义一个表，包括了一系列的输入曲线。每条曲线定义了一组升序的数据，由*DEFINE_CURVE来定义这些曲线。

在HyperMesh中，可以用空的*DEFINE_CURVE来生成*DEFINE_TABLE。用上面的任何一种方法生成一个空曲线（dummy curve），再在Card Edit 面板编辑此空曲线。在弹出的卡片中激活DEFINE_TABLE选项，来创建*DEFINE_TABLE并指定值和加载曲线。如图9-8所示为*DEFINE_TABLE卡片。

图9-8 *DEFINE_TABLE卡片

比如，给出对应不同应变率的10条不同的应力应变曲线，HyperMesh将在第一个*DEFINE_TABLE卡片后给出10个*DEFINE_CURVE卡片入口。10条对应的*DEFINE_CURVE将被定义于*DEFINE_TABLE卡片中。

3．*ELEMENT_BEAM

在Bars面板可以创建*ELEMENT_BEAM。可能需要用户指定第三个节点来确定截面的方向。但不是所有的梁单元都需要第三个节点，需要用Card Editor面板来编辑梁单元的卡片

349

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 来抑制第三节点。

梁单元放置于带Part卡片的组件中（component）。用Card Editor面板编辑单元来指定梁单元的THICKNESS 和 PID。

4．*SECTION_BEAM

*SECTION_BEAM是一个梁属性收集器。

当ELFORM设置为2或3时，使用HyperBeam创建的截面可以支持*SECTION_BEAM。HyperBeam面板位于1D页面，可以创建梁截面并保存于beamsec。从*SECTION_BEAM 卡片选择一个beamsec截面来自动填写A，Iss，Itt，和 Irr。使用工具栏上的和 可以在屏幕上显示截面形状。

5．*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY

从菜单栏选择Tools > Create Cards或Mesh > Create > 1D Elements > Rigids可以创建*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY。如图9-9所示是RIGIDS面板的图片。选中attach nodes as set，会自动创建一个包含从节点的*SET_NODE_LIST集。可以用Renumbers面板来为其重新编号。在DYNA输出的求解文件中，*SET_NODE_LIST卡片紧随*CONSTRAINED_ NODAL_RIGID_BODY卡片之后。

图9-9 RIGIDS面板

6．*CONSTRAINED_JOINT

单击Tools > Create Cards或Mesh > Create > 1D Elements > Joints可以创建所有的DYNA运动副。它们被放置于一个没有卡片的组件（component）。

与其他1维单元不一样，用户不需要在Elem Types面板指定运动副类型，而要在FE Joints面板进行指定。

FE Joints面板有property=和orientation选择器，用户可以忽略它们。

DYNA运动副使用的一对节点是位置重合的。选择Preferences > Graphics来激活coincident picking 选项，可以在两个重合节点中选取想要的节点，此功能也可以用在重合单元、载荷、坐标系的选取上。

从Geom页面打开Nodes面板，可以用已有的节点创建一个重合的节点。选择type in子面板，单击as node后从屏幕选择一个节点并单击create按钮来创建一个重合的节点。

*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_OPTION是带JointStff卡片的属性收集器。

7．*DEFORMABLE_TO_RIGID

表9-7列出了*DEFORMABLE_TO_RIGID的关键字。

表9-7 *DEFORMABLE_TO_RIGID的关键字

350

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 （3）单击节点1635。

注意由于设置了重复选择功能，所以显示了两个节点，1635和 1633。 （4）选择1635的节点作为node1。node2已激活。

（5）同样方法选择1633的节点作为node2。node3已激活。 （6）选择节点1636。显示两个重合节点，1636 和1634。 （7）选择节点1636作为node 3。node4已激活。 （8）选择节点1634作为node 4。 （9）单击create按钮生成旋转副。 （10）单击return按钮。

STEP

20 创建一个set集，包含base_frame、back_frame和cover。

（1）选择Tools > Create > Sets。

（2）在name =栏输入 set_part_seat。 （3）在card image栏选择Part。 选择器自动设置为comps。

（4）单击黄色comps按钮并选择base_frame、back_frame 和cover 。 （5）单击create按钮创建sets。 （6）单击return按钮。

STEP

21 定义*DEFORMABLE_TO_RIGID， 在分析开始时将座椅转换为刚体。

（1）右键单击Solver Browser，接着Create > *DEFORMABLE_TO_RIGID > *DEFORMABLE_ TO_RIGID。

（2）在Name栏输入dtor并单击OK按钮创建卡片。 （3）单击[PSID]两次并选择set_part_seat。 （4）单击[MRB]两次并选择back_frame。 （5）单击return按钮。

STEP

创建*DEFORMABLE_TO_RIGID_AUTOMATIC，在碰撞开始时将刚体座22 椅转换为柔体。

（1）右键单击Solver Browser，选择Create>*DEFORMABLE_TO_RIGID>*DEFORMABLE_ TO_RIGID_AUTOMATIC。

（2）在 Name栏输入dtor_automatic并单击OK按钮。 （3）在[SWSET]栏输入1。

（4）激活转换模式[CODE]，并选择0。转换将发生在[TIME1]。 （5）在[TIME1]栏输入175。转换将发生在175ms时刻后。 （6）在菜单激活R2D_Flag。

356

第9章 LS-DYNA前处理 刚体转换为柔体的part数量将写到R2D域（card 2，field 6）。这个数值基于下一步选择的set中包含的part数量。

（7）卷动左边滚动条到 [PSIDR2D]。

（8）单击[PSIDR2D] 按钮两次并选择set_part_seat。 （9）单击return按钮。

STEP

*DEFORMABLE_TO_RIGID ，设置座椅为刚体直

20 ～22 是为了定义

到开始接触刚体块，以减少计算时间。 23 显示指定材料的parts (Ex: steel)。

STEP

STEP

（1）在Model Browser面板单击Material View（）按钮。

（2）高亮显示steel，右键单击并选择isolate，只显示关联指定材料的component。

（3）为查看多个材料，单击isolate（）按钮在模型浏览器中按住〈Ctrl〉键来选择多个材料，相应的part会自动显示在图形中。

（4）用上面的方法使用By Properties来显示模型。

STEP

24 显示所有 components。

在Model Browser面板单击Material View（

STEP

）按钮。

25 重命名part。

（1）在Model Browser面板单击Component View按钮。

（2）选择一个part并单击右键，选择rename选项即可输入新名称。 注意part在 Solver 和 Model Browser的新名称。

STEP

26 对part ID 重新编号。

（1）在Model Browser面板右键单击Part ID域。 （2）输入一个与现有part编号不冲突的数字。 （3）单击Yes按钮来确认。 使用Solver Browser的方法。

STEP

27 显示指定材料的parts (Ex: steel)。

（1）扩展Materials，将所有的材料显示出来。 （2）右键单击Steel，从菜单选择Isolate。

（3）重复步骤（1）和（2）来选择components。

357

HyperMesh & HyperView 应用技巧与高级实例 STEP

是为了使用Model Browser、Solver Browser或Component ～ STEP

23 27 Table查看模型数据。 28 显示所有 components。

在Solver Browser面板单击Material View（

）按钮。

STEP

STEP

29 重命名 part。

（1）在Solver Browser面板单击Component View按钮。

（2）选择一个part并单击右键，选择rename选项即可输入新名称。

STEP

30 对part ID 重新编号。

（1）在Model Browser面板右键单击Part ID域。 （2）输入一个与现有part编号不冲突的数字。 （3）单击Yes按钮确定。

使用Component Table工具的方法。

STEP

31 显示指定材料的parts (Ex: steel)。

（1）选择Tools > Component Table。 （2）从Display菜单单击By Material。 （3）选择steel并单击proceed按钮。

注意GUI 和 Component Table 只显示与此材料相关联的组件，其他组件将被关闭显示。 （4）同理，用以上步骤根据By Properties和By thickness 来显示组件。

STEP

32 显示所有 components。

（1）从Display菜单选择All。

（2）注意所有的components将显示在屏幕上。

STEP

33 重命名 part。

（1）从Table菜单选择Editable，使表格可被编辑（底色为白色的列可以被编辑，如Part name、Part id、Thickness等）。

（2）单击任意一个part名称并改变它。 （3）单击Yes按钮确认。

358

第9章 LS-DYNA前处理 STEP

34

对part ID 重新编号。

（1）单击Part Id域。

（2）输入一个与现有part编号不冲突的数字。 （3）单击Yes按钮确认。 （4）保存文件。

STEP

35 使用 Solver Browser 查看模型数据。

所有创建的求解器对象都列于Solver Browser中，每种类型的数据都有Show、Hide、Isolate和Review来帮助用户便于查看数据。

（1）在*DEFORMABLE_TO_RIGID栏选择dtor。

（2）单击右键并选择Isolate，显示引用了此关键字的单元。 （3）单击右键并选择Review，使之高亮显示。

（4）选择*BOUNDARY，单击右键并选择Show，会显示此载荷相关的对象与载荷手柄。

小结

完成本章练习后，读者应能利用LS-DYNA进行简单零件的显式动力学分析。通常步骤为在进行几何清理后划分网格并提高网格的质量，然后按照要求进行网格的连接装配，设定材料、部件属性、定义接触方式、边界条件和控制参数，最后输出可供提交计算的Key文件。

359

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yebt.html