an introduction to ls-dyna -...

LSLS--DYNA DYNA 培训教程培训教程

姜正旭姜正旭

MSC.SoftwareMSC.Software 上海办事处上海办事处

目录

简介

应用的例子

求解输入文件基础

用LS-Prepost进行前后处理

接触

目录

材料

• 塑性模型

• 泡沫

• 复合材料

• 地质材料

• 超弹材料

• 专业材料

• 离散梁单元材料

目录

沙漏

单元公式

刚体和连接

重启动

时间步长和质量缩放

非正常终止和结果评估

点焊模拟

目录

应力初始化 (预载荷)

阻尼

网格自适应和糙化

部件分析

气囊

碰撞分析建模指导总结

练习

LS-DYNA 中其它的分析类型

隐式分析 (短期课程)静态分析

瞬态动力学分析

特征值和间隙的特征值分析 (自然模态) 约束和附着模态扩展

线性分析

屈曲分析

热和热 / 结构耦合分析

有流体 / 结构相互作用的可压缩 Euler/ALE 分析 (短期课程)

不可压缩 CFD

无网格方法 (短期课程)EFG (Element Free Galerkin)SPH (Smooth Particle Hydrodynamics)

LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION

LS-DYNA是什么?

最初的开发是用于对承受冲击载荷作用的结构进行非线性应力分析

现在, 是一个多场分析程序 …• 流体-结构耦合 (Lagrangian/Euler/ALE)• 热分析和热-结构耦合分析

• 隐式分析功能 (静态分析, 隐式动态分析, 特征值分析, 线性分析)

… 具有很好的并行处理能力• SMP (Shared Memory Parallel)• MPP (Massively Parallel Procesing)


应用

防撞性分析 (汽车, 船舶, 火车, 等.)乘员安全性

金属冲压成型和体积成型过程模拟

汽轮机叶片包容性和鸟撞分析

空间飞行器起落架性能

宇航飞行器弱点/破坏性评估

结构的抗震性

武器设计 & 爆炸模拟

生物力学模拟 (关节/骨头, 头/脑, 心, 肺)工业事故 (核燃料桶跌落)消费品/包装跌落和冲击分析

体育设备的性能分析


LSTC 公司背景

Public domain DYNA3D, Dr. John O. Hallquist/LawenceLivermore National Laboratory, 1976• 武器模拟

LSTC and LS-DYNA3D founded by Dr. Hallquist in 1988 • 公认的商业应用的市场

In the 1990’s …• LS-DYNA2D 和 LS-DYNA3D 结合在一起 (LS-DYNA)

• 隐式能力 (LS-NIKE3D) 加入到 LS-DYNA

• 热分析能力 (TOPAZ) 加入到 LS-DYNA

• 加入 MPP 能力

• 加入Eulerian/ALE 单元公式和Euler/Lagrange 耦合

• 加入 LS-POST, LS-OPT


LSTC 公司背景

自 2000,• 扩充了 MPP 能力

• 加入无网格方法

• 更多的线性单元公式

• LS-POST 扩充了前处理功能 (LS-PREPOST)

世界各地的销售商: US, UK, Nordic countries, France, Germany, Italy, Netherlands, Japan, Korea, China,Taiwan, India, Brazil; also through ANSYS and MSC.

40+ 全职雇员 + 众多顾问

Troy, Michigan branch of LSTC opened 2003

LS-DYNA 当前的版本是 970

LS-DYNA正在开发的版本: 971, 980


LS-DYNA的信息源

LSTC ftp site (ftp.lstc.com)• Please contact your LS-DYNA distributor for access to: • Latest production software• Manuals• Example input decks• Hybrid III dummy models

Web Sites (www.lstc.com, www.ls-dyna.com)• Short course offerings• AVI library• Documentation downloads

Newsletter (www.feainformation.com)Help Pages (www.lstc.com/help)LS-DYNA Conference Papers (www.dynalook.com, www.feapublications.com)Technical Support (LS-DYNA distributor, [email protected])

ftp://ftp.lstc.com/

http://www.lstc.com/

http://www.ls-dyna.com/

http://www.dynalook.com/

LSLS--DYNA DYNA 应用实例应用实例

跌落跌落//冲击冲击

碰撞碰撞

气囊气囊

Euler/ALE Euler/ALE 应用应用

轮胎打滑轮胎打滑

水面冲击水面冲击

高能炸药爆炸高能炸药爆炸

金属拉伸金属拉伸

金属成型金属成型

隐式分析隐式分析

无网格方法无网格方法 (SPH, EFG)(SPH, EFG)热热 / / 结构耦合分析结构耦合分析l l

玩具跌落玩具跌落

对讲机跌落对讲机跌落

电视跌落电视跌落

Application Application –– Drop testDrop testRoll of CoinsRoll of Coins

ApplicationApplication

Application Application -- AutomotiveAutomotiveFrontal Crash with TruckFrontal Crash with Truck

Application Application -- AutomotiveAutomotive有假人的卡车碰撞有假人的卡车碰撞

Application Application -- AutomotiveAutomotivehttp://http://www.topcrunch.orgwww.topcrunch.org

Application Application -- AutomotiveAutomotiveInteraction of Head with AirbagInteraction of Head with Airbag

有孔的折叠袋有孔的折叠袋 –– EulerianEulerian 方法方法

16 CPUs MPP < 1 day 1 processor > 2 weeks16 CPUs MPP < 1 day 1 processor > 2 weeks

Notice hole in fabric

螺旋折叠的气囊展开－使用螺旋折叠的气囊展开－使用 Euler Euler 方法方法

Fluid-structure interaction :Couples the motion of a Lagrangian node to the motion of the material point inside the Eulerian/ALE mesh using a penalty-based algorithm

Fluid-structure interaction :Couples the motion of a Lagrangian node to the motion of the material point inside the Eulerian/ALE mesh using a penalty-based algorithm

Eulerian Fluid

轮胎打滑模拟的流体-结构相互作用Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.

轮胎打滑模拟的流体-结构相互作用Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.

Lagrangian Structure

voidwater

(No Tire Translation)(No Tire Translation)

打滑模拟Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.

打滑模拟Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.

(Tire translates)(Tire translates)

Moving (ALE) Reference System Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.

Moving (ALE) Reference System Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.Courtesy of The Yokohama Tire Co Ltd.

Application Application -- AerospaceAerospace

Simulation provided courtesy of Purdue University,Civil Engineering Dept., Sozen and Kilic

水下爆炸水下爆炸Coupled Euler/Lagrange SimulationCoupled Euler/Lagrange Simulation

HH--Section Extrusion (Section Extrusion (EulerianEulerian))

Tools not shown

Application Application -- Metal FormingMetal Forming

Tube BendingTube Bending Tube Tube HydroformingHydroforming

Metal Forming with HMetal Forming with H--adaptivityadaptivityForming of Door PanelForming of Door Panel

severe dynamic effects during early stages of completely explicit forming simulation

Channel SimulationChannel Simulationwith Implicit/Explicit Switchingwith Implicit/Explicit Switching

Application Application –– ImplicitImplicitSteering SystemSteering System

Static Nonlinear Analysis:Static Nonlinear Analysis:*CONSTRAINED_JOINT_UNIVERSAL, RACK_AND_PINION, TRANSLATIONAL*CONSTRAINED_JOINT_UNIVERSAL, RACK_AND_PINION, TRANSLATIONAL*MAT_GENERAL_JOINT_DISCRETE_BEAM*MAT_GENERAL_JOINT_DISCRETE_BEAM

model details12,000 nodes

21,000 equationsmemory=8m (64 Mbyte)

performance14 nonlinear steps

1 cpu: 18 min

Implicit tube crushImplicit tube crush

Implicit tube crushImplicit tube crush

Nonlinear Stress-Strain Curve Plastic Strain at 2 seconds

Speed = 5530 m/sSpeed = 5530 m/s

ExperimentExperiment SimulationSimulation

刚球和铝板的超高速碰撞SPH (Smooth Particle Hydrodynamics)

刚球和铝板的超高速碰撞刚球和铝板的超高速碰撞SPH (SPH (SSmooth mooth PParticle article HHydrodynamics)ydrodynamics)

EFG (ElementEFG (Element--Free Free GalerkinGalerkin) Applications) Applications

用于大变形问题，如果使用体单元可能因为大的变形导致用于大变形问题，如果使用体单元可能因为大的变形导致数值不稳定数值不稳定..

碰撞屏障碰撞屏障

超弹橡胶或者泡沫超弹橡胶或者泡沫

成型问题成型问题

锻造锻造

挤压挤压

有选择地使用有选择地使用 EFG ( EFG ( 比标准的比标准的 FEM FEM 单元计算成本要高单元计算成本要高 4 4 到到 5 5 倍倍 ))

Bar Impact Bar Impact –– EFG ApproachEFG Approach

Foam CrushFoam Crush

No EFG (elements distort)

Last Layer = EFG (no distortion)


LS-DYNA 输入文件基础

关键字命令


关键字语法

大部分的命令是由下划线分开的字符串, 如*boundary_prescribed_motion_rigid.字符可以是大写或小写

在用户手册中，命令是按字母顺序排列的

在输入文件中，命令的顺序是不重要的 (除了 *keyword 和*define_table) 关键字命令必须左对齐，以*号开始

第一列的“$”表示该行是注释行

输入的参数可以是固定格式或者用逗号分开

空格或者0 参数使用该参数的默认值


必须的命令

*KEYWORD*CONTROL_TERMINATION*NODE*ELEMENT*MAT*SECTION*PART*DATABASE_BINARY_D3PLOT*END

每一个关键字输入文件中，下列命令是必有的:


*NODE

Nodal IDx, y, z 方向在全局坐标系中的坐标值

平动和转动约束• 可使用 *boundary_spc添加约束


*PART

同一个 PartPart 中的单元性质相同，如具有相同的单元属性和材料模型.具有相同属性的一组单元通常共享一个相同的 part ID (PID)*PART 命令中的一些选项可以:• 覆盖默认的接触设置 (*part_contact)• 覆盖刚体的默认的质量性质和初始条件

(*part_inertia)


*ELEMENT_option

Option 指定单元的类型, 如 *element_shell单元 IDPart ID (PID): 设定材料 ID, 性质 ID等到单元上

Node ID’s (单元连通性) Optional data can be provided to override shell thickness, orthotropic material angle, etc. on an element-by-element basis.


*MAT_option

Option 指定材料类型, 如 *mat_elastic, *mat_rigid, *mat_linear_piecewise_plasticity输入参数 (材料常数) 取决于材料模型

大约有 100 种结构材料可以选择

8种弹簧/阻尼材料

1 种安全带材料

6 种热材料 (用于热传递分析)声学材料


*SECTION_option

Option 包括 BEAM, DISCRETE, SHELL, SOLID输入参数包含 ...• 梁单元，壳单元和体单元使用的计算公式

• 梁和壳的积分方法

• 壳的厚度

• 梁的截面性质


定义单元

*ELEMENT_...eid, pid, n1, n2, etc

*PART *NODEpid, sid, mid, eosid, hgid, … nid, x, y, z

*HOURGLASShgid, …

*SECTION_... *EOS_GRUNEISENsid, elform, … eosid, …

*MAT_ …mid, rho, …


*DATABASE_BINARY_option

所有的二进制输出文件都可以用LS-Prepost来做后处

理

Options • D3PLOT: 整个模型的绘图状态

• D3PART: part集的绘图状态

• D3THDT: 节点和单元的时间历程数据 (可以有比D3PLOT更多的存储结果)

• D3DRLF: 动力释放求解阶段的绘图状态

• INTFOR: 接触力和应力的绘图状态


输出提示

如果在一个已有先前分析结果的目录下运行一个新的分析，选择下列之一:• 删除旧的‘二进制结果输出文件

• 在输出数据中选择另外的名字, 如在命令行中使用 g=filename• 创建一个新的目录运行要做的分析 (推荐)

请求足够多的输出状态以得到合理的时间历程结果• 输出请求可能随分析的不同而不同，通常， 50 到 100 个状态

的输出是足够的了

• 对大模型来说，使用d3thdt数据输出，得到有选择的节点或

单元的时间历程数据


*DATABASE_EXTENT_BINARY

*DATABASE_EXTENT_BINARY 对写入到二进制输出文件中的数据进行控制• 体和壳增加的历史变量的数目

• 这些状态变量对每一个材料模型都不同

• 壳积分点输出的数目 (MAXINT)• 默认输出 3 个积分点 (mid, bottom, top) 的数据

• 应变张量 (STRFLG)• 默认情况下 LS-DYNA 计算的弹性应变是不输出的

• 复合材料应力输出 (CMPFLG)• 各向异性 / 正交异性的材料其应力可以在全局坐标系中输出也可以在材料坐标系中输出 ( *mat_orthotropic_elastic除外)


*DATABASE_EXTENT_BINARY (cont’d)

• 控制每一个输出状态创建一个单独的 d3plot 文件选项(IEVERP)

• 梁的积分点输出数目 (BEAMIP)• 仅应用于有应力计算的梁单元公式 (不包括合力梁公式)

• 壳的沙漏能输出 (SHGE)• 如果打开该选项, 可以对壳材料的沙漏能密度进行云图显

示


*DATABASE_option

所谓的 ‘ASCII’ 输出文件

• 指定的时间历程输出

• 后续的幻灯片给出输出内容

• 输出格式的选择 (任何一种都可以用 LS-Prepost 处理)• 真实的 ASCII ( 文本 ) 输出

• 压缩二进制输出 (binout)


‘ASCII’ 输出文件

Airbag Statistics *DATABASE_ABSTAT• volume• pressure• internal energy• mass flow• density• temperature• output mass flow rate• Mass

Boundary Nodal Forces *DATABASE_BNDOUT• 对应于节点和刚体边界条件的节点力



Discrete Element Data *DATABASE_DEFORC• 离散单元的力和力矩: 弹簧 & 阻尼器

• 全局坐标 x,y,z• 合力

Element Data *DATABASE_ELOUT• 需要 *DATABASE_HISTORY_option 定义要输出

的单元



ELOUT data (continued)

• beams• axial resultant force• resultant s-shear and t-

shear• resultant s-moment and t-

moment• toroidal resultant

• solids (bricks)• global stresses• Eff. Plastic strain

• shells• Upper and lower local

strains (requires strain output flag to be set in *database_extent_binary)

• Local stresses and eff. Plastic strain

• Available at each thru-thickness integration point



Global Statistics *DATABASE_GLSTAT• global energy information• total energy• total energy / initial energy• kinetic energy• internal energy (includes stiffness damping energy)• hourglass energy• Rigidwall (stonewall) energy• spring and damper energy (incl. in internal energy)• system (mass) damping energy• contact interface energy• external work• global x, y, and z velocity• time step• *CONTROL_ENERGY required to get hourglass, rigidwall, damping

energies


‘ASCII’ 输出

Geometric Contact Entities *DATABASE_GCEOUT• forces and moments

Joint Forces *DATABASE_JNTFORC• forces and moments (including moments due to joint friction)

Material Energies *DATABASE_MATSUM• material information for each part• kinetic energy• internal energy• hourglass energy• global momentum• global velocity


‘ASCII’ 输出

Nodal Contact Interface Forces *DATABASE_NCFORC• global forces• set print flag in contact definition

Nodal Forces *DATABASE_NODFOR• global forces• requires *DATABASE_NODAL_FORCE_GROUP

Nodal Point Data *DATABASE_NODOUT• displacement & rotation• velocity & angular velocity• acceleration & angular acceleration• Output can be in a fixed coordinate system or in an updated local

coordinate system• requires *DATABASE_HISTORY_option to identify nodes



Rigid Body Data *DATABASE_RBDOUT• displacement & rotation• velocity & angular velocity• acceleration & angular acceleration

Resultant Interface Forces *DATABASE_RCFORC• global forces of defined contacts

Rigid Wall Forces *DATABASE_RWFORC• normal force• global forces

Seat Belt Output *DATABASE_SBTOUT• Force and length of each 2D element_seatbelt• Information on slip rings and retractors



Sliding (Contact) Interface Energy *DATABASE_SLEOUT• slave and master contact energies for each contact defined

SPC Reaction Forces *DATABASE_SPCFORC• global forces and moments

Spotweld/Rivet Forces *DATABASE_SWFORC• axial force• shear force• applies to all rigid nodal constraints

Cross Section Forces/Torques *DATABASE_SECFORC• See following slide


截面

一个变形的 part 可以用一个横截面切开，考察力和力矩的传递.截面数据的输出间隔由 *DATABASE_SECFORC 来指定

输出可以在全局或局部坐标系中

输出数据包括力, 力矩, 截面的中心和面积.定义截面的位置通过指定:• 定义切割面的节点

• 切割面某一侧的单元

通过 *DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE自动选择节点和单元

使用 *DATABASE_CROSS_SECTION_SET，手动选择节点和单元


截面的应用


更多的命令

*BOUNDARY*INITIAL*LOAD*CONTACT*CONSTRAINED*RIGIDWALL

The following commands are used to ‘drive’ the model.


*BOUNDARY_option

SPC (单点约束)PRESCRIBED_MOTION (位移, 速度, 加速度和时间)NON_REFLECTING (定义阻止弹性波从自由面反射的阻抗)更多其他的, 如 …• Thermal (传热分析)• 耦合水下爆炸 (USA)• 带失效的对称平面

• 循环对称

Options


*INITIAL_option

INITIAL_VELOCITY (定义在节点或对旋转体自动生成)

INITIAL_STRESS (_shell, _solid, _beam)

INITIAL_VOLUME_FRACTION (multi-material ALE)

INITIAL_TEMPERATURE (传热分析)

DETONATION (爆炸点的定位)

Options


*LOAD_option

NODE or RIGID_BODY (集中点载荷，作用于节点或刚体重心)

SEGMENT or SHELL (分布压力)

BODY (体力载荷，如重力)

THERMAL (预定义的节点温度 (用于结构分析))

Options


*CONSTRAINED_option

约束自由度 (DOF)

NODAL_RIGID_BODY or EXTRA_NODES (设置节点成一个刚体)SPOTWELD or RIVET (用刚性铆接或刚性焊接连接节点)TIEBREAK or TIED_NODES_FAILURE (带失效的绑定单元)RIGID_BODIES (刚体合并)JOINT_option2 (定义连个刚体之间的连接)INTERPOLATION or SHELL_TO_SOLID (连接壳或者梁到体上)

Options


*RIGIDWALL_option

用于定义不划分网格的各种形状的刚性接触表面• 平面

• 矩形

• 柱形

• 球形

固定的或运动的

有限的或无限的

有能量消耗的刚性墙接触, 如塑性冲击.*DATABASE_RWFORC 用于输出刚性墙的力


*CONTROL_option

计算终止时间

覆盖对下面内容的默认控制…• 时间步长

• 沙漏控制

• 接触属性

• 处理器数目 (多 cpu)• 应力更新的阶数

• 其它


*INCLUDE

分割文件成几个子文件

子文件再分, 等

Nodes/Elements Constraints Contacts

Vehicle SystemContacts

Guardrail

Controller


*DEFINE_option

定义曲线, 盒子, 坐标系, 被其它命令参考的向量 .

例如, DEFINE_CURVE 定义

• 力 vs. 时间或压力 vs. 时间的载荷曲线

• 位移 vs. 时间曲线用于*boundary_prescribed_motion

• 材料的应力 vs. 应变曲线.


*DEFINE_CURVE

设定一个曲线识别号 (CLID)调用动力释放的标志

缩放因子, 偏置

定义曲线上的点• 横坐标(x) - 纵坐标 (y)


*DEFINE_CURVE

对连续的曲线, 如应力 vs. 应变• 点之间应该有合理的间隔, 不要设置远离材料工作范围的点.• 如果必要，超出曲线定义范围的值是通过线性外插得到的

对载荷或其它量 vs. 时间

• 尽可能定义到时间充分大的值

• 数值不会通过外插得到, 也就是说, 一旦超出了曲线定义的最后时间值，纵坐标 (load) 立即降为零.


*SET_option

一个集合是一组节点, 单元, parts等. 集合用于被其它

命令参考

例子

• 节点的结合可用于输出加速度, 速度, 位移

• 壳单元的集合可以用作接触定义的从面

• 面段的结合可以用于气囊控制体积

• Part的集合可以定义单面接触


*DEFORMABLE_TO_RIGID

在分析开始时可变性材料切换到刚性材料.使用触发器，在一定时间后自动恢复到可变性材料.刚体处理很快. 模拟某些事件时是高效的方法，如车辆的翻滚. (没有变性发生时变形体可以当作刚体来处理.)


*INTEGRATION_option

可选的用户自定义的积分方法，用于壳和梁• 壳

• 沿厚度方向的各种材料常量

• 不等间距的积分点

• 梁

• 非常规的截面


*INTERFACE_option

SPRINGBACK_LSDYNA (多阶段模拟)• 在一个分析结束时存储应力, 更新的节点坐标, 更新的壳的厚

度，用于后续的隐式分析

COMPONENT and LINKING• 记录在大的粗糙的模型中定义的截面的运动，用于细化的局

部模型

• 表面

• 节点线

• 节点点

• 参考部件分析课程


*PARAMETER

定义参数的数值，参数在输入文件中使用(dyna deck).

参数的定义在输入文件的开始，紧跟在 *KEYWORD后

参数的调用，在参数名前加一个 “&”


*PARAMETER

*KEYWORD$*PARAMETER$ prmr1 val1 prmr2 val2 prmr3 val3R SCLFCT 2.0 r lwrsfct 5.0 i ival 2$$$$$$$ Note:$$ The "&" must start in columns 1, 2 or 3 of the input field.$*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_NODE$ nid dof vad lcid sf vid

5 3 0 1 &SCLFCT 06 &ival 0 1 &lwrsfct 07 3 0 1 &SCLFCT 0

$


刚性球冲击弹性板


输入文件的例子 (sphere1.k)*KEYWORD$ units: kg, mm, msec, GPA*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY$ elastic$ mid ro e pr sigy etan faileps

2 7.83000-6 200.00000 0.3000000 2000.0000 1.0000000 0.3000000 0.0000000

$ e/p with failure$ 2 7.83000-6 200.00000 0.3000000 0.0000000 0.0000000 0.3000000 0.0000000$ 0.0000000 0.0000000 0 0$ plastic strains$ 0.0000000 0.0800000 0.1600000 0.4000000 99.000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000$ von mises stresses$ 0.2070000 0.2500000 0.2750000 0.2900000 0.3000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000*initial_velocity_generation1,2,,,,-89

*contact_surface_to_surface1,2,3,3

*TITLEsphere1.k


sphere1.k*CONTROL_TERMINATION1.0000000 0 0.0000000 0 0.0000000

*CONTROL_TIMESTEP0.0000000 0.0000000 0 0.0000000 0.0000000 0 0 0

*CONTROL_SHELL0.0000000 0 0 0 0 0 0

*CONTROL_DAMPING0 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0 0.0000000 0

*CONTROL_CONTACT0.0000000 0.0000000 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0.0000000 0 0 0*CONTROL_OUTPUT

0 0 0 0 0.0000000 0 0*CONTROL_ENERGY

1 2 1 1*DATABASE_BINARY_D3PLOT0.1000000 0

*DATABASE_BINARY_D3THDT10.000000

*DATABASE_EXTENT_BINARY0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0

*CONTROL_CPU0.0000000

*MAT_RIGID1 7.83000-6 200.00000 0.3000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.00000000.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000


sphere1.k*SECTION_SOLID

1 0*SECTION_SHELL

2 0 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 02.5000000 2.5000000 2.5000000 2.5000000 0.0000000

*PART

1 1 1 0 0 0 0 0*PART

2 2 2 0 0 0 0 0*NODE

1-2.193931007E+01-2.193931007E+01-9.339309692E+00 0 02-2.145448303E+01-2.145448303E+01-8.854482651E+00 0 0

.

.3633 7.093333435E+01 7.600000000E+01-2.542500114E+01 0 03634 7.600000000E+01 7.600000000E+01-2.542500114E+01 0 0

*ELEMENT_SOLID1 1 1 2 7 6 46 47 52 512 1 2 3 8 7 47 48 53 523 1 3 4 9 8 48 49 54 53

.

.2046 1 2630 2631 2295 2286 1773 1854 1863 17822047 1 2631 2632 2304 2295 1854 1935 1944 18632048 1 2632 2633 2313 2304 1935 2016 2025 1944


sphere1.k*ELEMENT_SHELL

1 2 2674 2705 2706 26752 2 2675 2706 2707 26763 2 2676 2707 2708 2677

.

.

.899 2 3601 3632 3633 3602900 2 3602 3633 3634 3603

*BOUNDARY_SPC_NODE2674 0 1 1 1 1 1 12705 0 1 1 1 1 1 12736 0 1 1 1 1 1 1

.

.

.3603 0 1 1 1 1 1 13634 0 1 1 1 1 1 1

*END


Sphere impacting plate


Exercise 1a


后处理后处理

零件或节点的位移，速度，加速度零件或节点的位移，速度，加速度

变形后的几何形状变形后的几何形状

单元应力和应变单元应力和应变•• 时间历程时间历程

•• 云纹图云纹图//等值线图等值线图

约束节点或有边界条件节点的反作用力约束节点或有边界条件节点的反作用力

能量能量 ((总能量总能量, , 外力功外力功, , 内能内能, , 动能动能, , 沙漏能沙漏能, , 接触能接触能, , 阻阻尼能尼能))接触力接触力, , 压力压力

某一界面的合力某一界面的合力//合力矩合力矩


LSLS--PrepostPrepost 简介简介

LSLS--PrepostPrepost 是是 LSTC LSTC 的后处理器的后处理器 ((不要不要 license)license)运行在运行在 PCPC和工作站上和工作站上

直观的直观的 GUIGUI界面界面, , 非常易学非常易学..在操作大模型时速度很快在操作大模型时速度很快

有一定的前处理功能有一定的前处理功能 ((可读入和写出可读入和写出LSLS--DYNA DYNA 关键字关键字文件文件))•• 假人定位假人定位 ((要求要求 tree tree 文件文件))•• 气囊折叠气囊折叠

•• 见菜单按钮见菜单按钮 2, 3, 4, 2, 3, 4, 和和 D (D (““DD”” is for Display)is for Display)


LSLS--PrepostPrepost

参考参考: LS: LS--PrepostPrepost UserUser’’s Manual (from ftp site)s Manual (from ftp site)执行执行LSLS--PrepostPrepost 可带文件名，如可带文件名，如

““lsprepostlsprepost d3plotd3plot”” 或者或者 ““lsprepostlsprepost sphere1.ksphere1.k””当光标经过按钮时，在界面的左下角的对话框里会出现该按钮的当光标经过按钮时，在界面的左下角的对话框里会出现该按钮的功能描述功能描述

为了简单地操作模型为了简单地操作模型 ((即使在动画过程中即使在动画过程中),),可在使用３键鼠标的某可在使用３键鼠标的某一个键拖动的同时按下一个键拖动的同时按下 ShiftShift 键键 ((阴影模式阴影模式) ) 或者或者 Ctrl Ctrl 键键 ((线框模式线框模式))

控制动画播放的按钮控制动画播放的按钮: : -- ++

Rotate Translate Zoom


下部菜单按钮下部菜单按钮

AcenAcen:: 自动中心显示自动中心显示

ZinZin:: 窗口局部放大窗口局部放大

Top, Bottom, Front, Back, Right, Left: Top, Bottom, Front, Back, Right, Left: 快速选择各种视图快速选择各种视图. .

Shad, Hide, Wire, ViewShad, Hide, Wire, View::选择各种显示模式选择各种显示模式

Mesh:Mesh: 显示单元网格线显示单元网格线

RpartRpart:: 恢复去除的恢复去除的 partpartClpClp, Reset, , Reset, RedwRedw::

清除选择，重新设置，重新画清除选择，重新设置，重新画


右上菜单按钮右上菜单按钮

FcompFcomp 显示应力，应变，位移等的云纹图显示应力，应变，位移等的云纹图

•• Range Range 控制云纹图的均值，最小控制云纹图的均值，最小 / / 最大值最大值

•• 顶部菜单条顶部菜单条, , Toggle > Fringe Light OffToggle > Fringe Light Off and and Toggle > TextureToggle > Texture

AppearAppear(ance(ance) ) 控制每个控制每个 part part 的显示方式的显示方式. . 对壳单元可对壳单元可以显示其厚度以显示其厚度..有选择的显示使用有选择的显示使用 SelparSelpar, , BlankBlank显示单元或节点的显示单元或节点的 ID ID 用用 IdentIdent



画时间历程曲线用画时间历程曲线用 HistoryHistory 或者或者 ASCIIASCII 按钮按钮

交叉画图交叉画图, , 如如应力应力vs. vs. 应变使用应变使用 XyPlotXyPlot 按钮按钮

显示速度向量显示速度向量, , 壳的法向壳的法向, , 主应力向量等用主应力向量等用 VectorVector 按钮按钮

定位节点定位节点, , 单元和单元和 partpart用用 FindFind 按钮按钮. . 还可以增加相邻还可以增加相邻单元到当前的显示中单元到当前的显示中..位移显示比例用位移显示比例用 SettingSetting 按钮按钮..自动计算距离自动计算距离, , 面积面积, , 体积用体积用 MeasureMeasure 按钮按钮..



用切平面切一个用切平面切一个 22维的截面用维的截面用 SPlaneSPlane..创建和保存创建和保存 part part 组用组用 GroupsGroups..创建和保存包含外貌和方向的视图用创建和保存包含外貌和方向的视图用 ViewsViews..保持某一个节点为中心用保持某一个节点为中心用 FollowFollow..跟踪节点运动的轨迹用跟踪节点运动的轨迹用 TraceTrace..发送单元或节点的数据到一个发送单元或节点的数据到一个ASCII ASCII 文件用文件用 OutputOutput..控制控制 part part 的颜色和透明度用的颜色和透明度用 ColorColor..


顶部菜单条顶部菜单条

制作动画用制作动画用 File/MovieFile/Movie..制作图片：制作图片： GIF, TIFF, GIF, TIFF, ppmppm, JPEG , JPEG 文件用文件用 File/PrintFile/Print..对称模型用对称模型用 MiscMisc/Reflect/Reflect..模型统计用模型统计用 MiscMisc/Model Info/Model Info..梁单元棱柱显示梁单元棱柱显示 ((画云纹图画云纹图) ) 用用 Toggle > Beam Style Toggle > Beam Style PrismPrism


Exercise 1bExercise 1b

11Copyright Copyright ©© 2003 by 2003 by LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATIONLIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION

LSLS--DYNADYNA中的接触中的接触

A good overview of contact is presented in a four part series inA good overview of contact is presented in a four part series in archived FEA archived FEA

Information newsletters available at Information newsletters available at ……

www.Feapublications.comwww.Feapublications.com

The series is contained in the August, September, October, and DThe series is contained in the August, September, October, and December ecember

2001 newsletters.2001 newsletters.

Helpful info on contact and other LSHelpful info on contact and other LS--DYNA topics is available onDYNA topics is available on--line at line at ……

www.lstc.comwww.lstc.com/help/help


简介简介

接触的作用接触的作用允许分开的允许分开的 LagrangianLagrangian 单元之间产生相互作用单元之间产生相互作用

Parts Parts 之间的碰撞之间的碰撞//推压推压//滑移滑移//摩擦摩擦

Parts Parts 绑定在一起绑定在一起

接触表面的定义有多种方法，具体在关键字接触表面的定义有多种方法，具体在关键字*CONTACT*CONTACT中的卡片中的卡片11中定义中定义

通过通过 part part ID(sID(s) (include or exclude)) (include or exclude)通过节点集或者面段通过节点集或者面段(Segment)(Segment)集集通过通过 boxes (include or exclude)boxes (include or exclude)


简介简介

区分接触算法的两种主要方法区分接触算法的两种主要方法

接触穿透的搜索方法接触穿透的搜索方法

接触穿透发生后施加接触力的方法接触穿透发生后施加接触力的方法

通过下列关键字选择方法通过下列关键字选择方法 ……Contact Contact ‘‘typetype’’ (*CONTACT_<type>)(*CONTACT_<type>)在下列关键字中选择标识和参数在下列关键字中选择标识和参数

*CONTROL_CONTACT*CONTROL_CONTACT*CONTACT *CONTACT


搜索方法搜索方法

‘‘老的老的’’基于节点的搜索方法基于节点的搜索方法 ((理论手册理论手册23.6 )23.6 )

非自动接触使用

对不连续或不规则的网格效果不好对不连续或不规则的网格效果不好要求接触面段正确地定向要求接触面段正确地定向

块块(Bucket)(Bucket)排序方法排序方法 ((理论手册理论手册 23.8.1 23.8.1 和和 23.11)23.11)

SOFT=0 SOFT=0 或者或者 1 1 的自动接触使用的自动接触使用

快排序方法对不连续面有很好的效果快排序方法对不连续面有很好的效果面段方向无关紧要面段方向无关紧要 ((接触搜索在壳的两侧进行接触搜索在壳的两侧进行))

SOFT=2 SOFT=2 基于面段的接触基于面段的接触搜索面段和面段之间的穿透搜索面段和面段之间的穿透


接触力的计算方法接触力的计算方法

基于惩罚的方法基于惩罚的方法目前为止，通用的方法目前为止，通用的方法

使用一个有限的接触刚度使用一个有限的接触刚度

绑定型接触绑定型接触通常是基于约束通常是基于约束

有时基于惩罚有时基于惩罚

其它其它力约束力约束 (contact_constraint)(contact_constraint)位移约束位移约束 (contact_sliding_only)(contact_sliding_only)

•• 适合于高性能炸药中气体适合于高性能炸药中气体--结构之间的相互作用结构之间的相互作用


壳厚度偏置壳厚度偏置““厚度偏置厚度偏置””其含义为两个接触表面，是从每个壳的中性面偏置半个厚其含义为两个接触表面，是从每个壳的中性面偏置半个厚

度得到的。单元划分在中性面上度得到的。单元划分在中性面上

所有所有 automaticautomatic 接触都考虑厚度偏置接触都考虑厚度偏置

对对 nonnon--automaticautomatic 接触，厚度偏置是可选的接触，厚度偏置是可选的

由由 **control_contact control_contact 或或 *contact *contact 中的参数中的参数SHLTHKSHLTHK控制控制

Shell midplane

Physical gap

Contact thickness


两种类型的厚度两种类型的厚度

壳厚度壳厚度

定义在定义在 **section_shell section_shell 或或 **element_shell_thicknesselement_shell_thickness影响单元的刚度和质量影响单元的刚度和质量

可以在可以在 LSLS--PREPOST PREPOST 中显示中显示 (Appear > Thick)(Appear > Thick)

接触厚度接触厚度

决定接触时的厚度偏置决定接触时的厚度偏置

不影响壳的刚度或质量不影响壳的刚度或质量

接触厚度的默认值接触厚度的默认值 = = 壳的厚度壳的厚度

可以在可以在*contact *contact 或或 **part_contactpart_contact中直接设置或缩放接触厚度中直接设置或缩放接触厚度

影响穿透节点释放前的大允许穿透深度影响穿透节点释放前的大允许穿透深度 (see Table 6.1 in (see Table 6.1 in UserUser’’s Manual)s Manual)


建立法向的弹性压缩弹簧来阻止穿透建立法向的弹性压缩弹簧来阻止穿透

卡片卡片AA 中中SOFTSOFT参数影响接触弹簧刚度的计算方法参数影响接触弹簧刚度的计算方法

摩擦用切向界面弹簧来模拟摩擦用切向界面弹簧来模拟

库仑摩擦系数是相对速度的函数，也可以选择为界面压力库仑摩擦系数是相对速度的函数，也可以选择为界面压力的函数的函数

可以指定摩擦应力的上限可以指定摩擦应力的上限 ((屈服应力的函数屈服应力的函数))

稳定性好，不容易引起网格沙漏稳定性好，不容易引起网格沙漏 (good!)(good!)

应用于变形体和刚体应用于变形体和刚体

参考参考: : 理论手册章节理论手册章节 23.3 23.3 和和 23.7 23.7

基于惩罚的接触基于惩罚的接触


接触刚度接触刚度: SOFT=0: SOFT=0体单元的默认刚度计算公式体单元的默认刚度计算公式::

VKAk

2α=

K is the material bulk modulusK is the material bulk modulusαα is the penalty scale factoris the penalty scale factorA is the segment areaA is the segment areaV is the element volumeV is the element volume

对壳单元对壳单元::

diagonalshellMaxk KAα=


接触刚度接触刚度: SOFT=1: SOFT=1SOFT SOFT 参数在参数在 *CONTACT *CONTACT 的卡片的卡片AA中定义中定义

SOFT=1 SOFT=1 接触刚度是下列两种情况的大值接触刚度是下列两种情况的大值 ……SOFT=0 SOFT=0 时的刚度时的刚度((见前页见前页),),和和基于一个弹簧－质量系统稳定性考虑计算的刚度基于一个弹簧－质量系统稳定性考虑计算的刚度……

节点质量节点质量

全局时间步长全局时间步长, , DtDt

SOFT=1 SOFT=1 推荐在包含软材料接触的情况下使用，如泡方等。或者用于推荐在包含软材料接触的情况下使用，如泡方等。或者用于

不同网格密度间的接触不同网格密度间的接触

2tmSOFSCLkΔ

=


面－面接触面－面接触使用双向使用双向((对称对称) ) 处理处理

主主//从从面段的区分不重要面段的区分不重要

MasterSlave

+= +


NonNon--automatic vs. Automaticautomatic vs. Automatic

**CONTACT_SURFACE_TO_SURFACECONTACT_SURFACE_TO_SURFACE所谓的所谓的 ‘‘nonnon--automaticautomatic’’接触接触

壳的厚度偏置是可选项壳的厚度偏置是可选项 (SHLTHK)(SHLTHK)面段方向是重要的面段方向是重要的

•• 面段方向由面段或壳单元的法向决定面段方向由面段或壳单元的法向决定

•• **control_contactcontrol_contact 中的参数中的参数ORIENORIEN在初始化时调用面段方向检查在初始化时调用面段方向检查

*CONTACT_*CONTACT_AUTOMATICAUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_SURFACE_TO_SURFACE总是考虑厚度偏置总是考虑厚度偏置

接触搜索采用块排序方法接触搜索采用块排序方法

不需要考虑面段方向不需要考虑面段方向 (looks in both directions)(looks in both directions)


slavemaster

f

t

f

slave master

t

单向单向 ((非－对称非－对称) ) 接触接触


单向接触单向接触

通常通常, , 网格粗糙的一面作为主面网格粗糙的一面作为主面

计算效率计算效率

计算时间是双向处理的一半计算时间是双向处理的一半

特别适合于节点特别适合于节点((从从) ) 冲击刚体冲击刚体 ((主面主面))的接触的接触

有有NonNon--automatic automatic 和和 AUTOMATIC AUTOMATIC 两种接触方式两种接触方式


单向接触类型单向接触类型

**CONTACT_...CONTACT_...

NODES_TO_SURFACENODES_TO_SURFACE

ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACEONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE

AUTOMATICAUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE_NODES_TO_SURFACE

ONE_WAY_ONE_WAY_AUTOMATICAUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_SURFACE_TO_SURFACE

FORMING_NODES_TO_SURFACEFORMING_NODES_TO_SURFACE金属成型分析常使用金属成型分析常使用

ERODING_NODES_TO_SURFACEERODING_NODES_TO_SURFACE

CONSTRAINT_NODES_TO_SURFACECONSTRAINT_NODES_TO_SURFACE不是基于惩罚的接触不是基于惩罚的接触


One_Way_Surface_to_SurfaceOne_Way_Surface_to_Surface

类似于类似于 nodes_to_surface contactnodes_to_surface contact，除了，除了……

从面是面段的集合而不是节点集从面是面段的集合而不是节点集

借助于借助于““INTFORINTFOR”” 二进制数据库文件可以显示出从面的压力二进制数据库文件可以显示出从面的压力分布分布 (more on that later)(more on that later)


Single Surface ContactsSingle Surface Contacts

处理处理 selfself--contact (contact (屈曲屈曲) ) 以及以及 partpart--toto--part part 的接触的接触

仅需定义从面，主面无须定义仅需定义从面，主面无须定义((主面假定为和从面一样主面假定为和从面一样))使用使用 twotwo--way treatmentway treatment

总是考虑壳的厚度偏置总是考虑壳的厚度偏置

没有数据写到没有数据写到 RCFORC RCFORC 输出文件中输出文件中. . 必须使用关键字必须使用关键字*contact_force_transducer_penalty *contact_force_transducer_penalty 记录和打印接触记录和打印接触合力合力


Single Surface ContactsSingle Surface Contacts类型类型::

SINGLE_SURFACE (SINGLE_SURFACE (不推荐使用，不推荐使用，‘‘老的老的’’ 基于节点的搜索方法基于节点的搜索方法))AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE (AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE (推荐使用推荐使用))AIRBAG_SINGLE_SURFACEAIRBAG_SINGLE_SURFACEERODING_SINGLE_SURFACE ERODING_SINGLE_SURFACE AUTOMATIC_GENERALAUTOMATIC_GENERALAUTOMATIC_GENERAL_INTERIORAUTOMATIC_GENERAL_INTERIOR

AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE 在碰撞模拟中应用多的接触在碰撞模拟中应用多的接触

AUTOMATIC_GENERAL AUTOMATIC_GENERAL 能够很好地处理壳的边－边接触和梁－梁的能够很好地处理壳的边－边接触和梁－梁的接触接触

计算比计算比 AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE 慢许多慢许多

AIRBAG_SINGLE_SURFACE AIRBAG_SINGLE_SURFACE 用于折叠的气囊展开用于折叠的气囊展开 (VERY (VERY expensive)expensive)


Eroding ContactEroding Contact处于自由面的单元被删除后接触面会自动更新处于自由面的单元被删除后接触面会自动更新

单元删除是根据材料失效准则删除的，而不是因为单元删除是根据材料失效准则删除的，而不是因为 eroding eroding contact.contact.

时间步长自动地调整以满足接触时间步长时间步长自动地调整以满足接触时间步长

eroding contacteroding contact通常用在高速仿真中通常用在高速仿真中

借助于借助于 ECDT ECDT 参数参数(*CONTROL_CONTACT)(*CONTROL_CONTACT)可以取消可以取消eroding eroding contact contact 对时间步长的影响对时间步长的影响

因为单元被删除后，从节点将变为自由节点，这些节点可以在接触因为单元被删除后，从节点将变为自由节点，这些节点可以在接触中继续考虑中继续考虑((质量守恒质量守恒))

自由节点是否删除由自由节点是否删除由**CONTROL_CONTACT CONTROL_CONTACT 中的中的ENMASSENMASS参数参数

控制控制

在后处理在后处理LSLS--PREPOSTPREPOST中勾选中勾选 ““Deleted Nodes onDeleted Nodes on”” ，可以显示，可以显示

自由节点自由节点


Eroding ContactEroding Contact

**CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE (CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE (推荐使用推荐使用) ) 基于基于 CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACECONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE面段的方向不重要面段的方向不重要

*CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE*CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE从面应该包含所有要定义接触的节点从面应该包含所有要定义接触的节点

*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE每一时步块排序一次每一时步块排序一次


Projectile Penetrating PlateProjectile Penetrating Plate


删除的节点对接触的影响删除的节点对接触的影响


基于面段的接触基于面段的接触 (SOFT=2)(SOFT=2)

对壳单元，体单元和厚壳单元是基于惩罚的接触算法对壳单元，体单元和厚壳单元是基于惩罚的接触算法. . 刚度计算和刚度计算和 SOFT=1 SOFT=1 采用相同的方式采用相同的方式((基于稳定性原则基于稳定性原则).).穿透搜索采用独特的方法穿透搜索采用独特的方法 (next slide).(next slide).该选项不能用于梁接触或节点到面的接触该选项不能用于梁接触或节点到面的接触. . 运用运用::

常规的方法定义接触，然后，常规的方法定义接触，然后，

在可选卡片在可选卡片AA 中设置中设置 soft=2 soft=2 970 970 以前的版本不能用于以前的版本不能用于 MPP MPP



“基于面段的接触”其名称来源于这种接触和标准的 LS-DYNA接触本质的不同:

Standard* Contact探测节点和面段之间的穿透，然后对穿透节点和面段节点施加惩罚力

Segment-Based Contact探测一个面段和另一个面段之间的穿透，然后对面段节点施加惩罚力

________________________________________________

**standard contact refers collectively to these 9 contact types: 3, a3, 10, a10, 4, 13, a13, 14, and 15 with soft=0 or soft=1.


基于面段的接触基于面段的接触 (SOFT=2)(SOFT=2)即使节点没有穿透但面段仍有撞击

因为检测的是面段和面段之间的穿透，而不是节点和面段之间的穿透

如果模型的几何形状带有尖角或者边沿，基于面段的接触是一个很好的选择.



SegmentSegment--Based Contact is implemented for:Based Contact is implemented for:Surface_to_surface (3)Surface_to_surface (3)Automatic_surface_to_surface (a3)Automatic_surface_to_surface (a3)Single_surface (4)Single_surface (4)One_way_surface_to_surface (10)One_way_surface_to_surface (10)Automatic_one_way_to_surface (a10)Automatic_one_way_to_surface (a10)Automatic_single_surface (13)Automatic_single_surface (13)Airbag_single_surface (a13)Airbag_single_surface (a13)Eroding_surface_to_surface (14)Eroding_surface_to_surface (14)Eroding_single_surface (15)Eroding_single_surface (15)


基于面段的接触基于面段的接触 (SOFT=2)(SOFT=2)忽略初始穿透

有初始穿透的节点在分析开始的时候不被移动.面段付的初始穿透量会被存储起来，在计算接触力的时候，

要从当前的穿透量中减去初始的穿透量作为接触力计算的穿透量.这种方法一直贯穿在整个分析中，因此，如果一个在开始计

算时未被探测到的穿透节点在第一次检测到穿透时不会因为很大的接触力而产生巨大的速度.

所谓的 “shooting node logic” 参数SNLOG对此接触没有影响

当参数 IGNORE 设置成1时对 SOFT=0 or 1 的初始穿透会作同样的处理.


基于面段的接触基于面段的接触 (SOFT=2)(SOFT=2)SOFT=2 接触增加的选项

SBOPT 在可选的卡片 A 中2 (默认): 假定为平面面段3: 可考虑面段的翘曲4: 滑移选项5: 使用选项 3 和 4

DEPTH 在可选的卡片 A 中2 (默认): 检查面段穿透3: 同 2，但穿透深度同时在面段边缘检查5: 同 2，同时增加边－边穿透的检查


SegmentSegment--Based Contact (SOFT=2)Based Contact (SOFT=2)Falling Balls using SegmentFalling Balls using Segment--Based ContactBased Contact


Falling Blocks using SegmentFalling Blocks using Segment--Based Based ContactContact

每一个块用一个块单元来定义，节点不和接触面段产每一个块用一个块单元来定义，节点不和接触面段产

生接触生接触..

up


CONTACT_INTERIORCONTACT_INTERIOR

有时用来阻止发生严重变形的泡沫单元产生负体积有时用来阻止发生严重变形的泡沫单元产生负体积..

输入包括输入包括 ……Part set IDPart set ID惩罚因子惩罚因子

压垮激活因子压垮激活因子 (fraction of initial thickness)(fraction of initial thickness)

970 970 版本中有用于对大剪切变形作改进处理的选项版本中有用于对大剪切变形作改进处理的选项(TYPE=2).(TYPE=2).


片金属成型中的接触片金属成型中的接触

**CONTACT_DRAWBEADCONTACT_DRAWBEADApproximates complex behavior of a Approximates complex behavior of a drawbeaddrawbead

*CONTACT_FORMING_...*CONTACT_FORMING_...Nodes_to _surface, surface _to _surface, oneNodes_to _surface, surface _to _surface, one--way_surface_to _surface optionsway_surface_to _surface options

主面主面 ((模具模具) ) 可以由不相联的和不规则形状的面段组成可以由不相联的和不规则形状的面段组成(as in IGES surfaces)(as in IGES surfaces)

允许使用负壳厚度偏置允许使用负壳厚度偏置 ((模具和工件的中性面一致模具和工件的中性面一致))

当对工件调用当对工件调用 ‘‘look aheadlook ahead’’ hh--adaptivityadaptivity 时必须使用时必须使用


2D Contact2D Contact

**CONTACT_2D_<option>CONTACT_2D_<option>

用于处理轴对称和平面应变单元中的接触用于处理轴对称和平面应变单元中的接触壳公式壳公式 1212--1515梁公式梁公式 7,87,8

CONTACT_2D_CONTACT_2D_AUTOMATICAUTOMATIC_... _... 在显式仿真中优先在显式仿真中优先使用使用

非自动接触非自动接触 CONTACT_2DCONTACT_2D…… 通常用在隐式仿真分析通常用在隐式仿真分析中中


力传感器力传感器

**CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_optionCONTACT_FORCE_TRANSDUCER_option

提供一种在选定位置记录接触力的方便的方法提供一种在选定位置记录接触力的方便的方法

只要指定从面只要指定从面

卡片卡片 2 2 和和 3 3 是空的是空的

力传感器不产生接触力力传感器不产生接触力传感器只测量来自非传感器接触类型的接触力传感器只测量来自非传感器接触类型的接触力

测量的接触力由测量的接触力由**database_rcforcdatabase_rcforc记录记录

*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER的两个选项的两个选项_PENALTY (_PENALTY (测量基于惩罚的接触力测量基于惩罚的接触力))_CONSTRAINT (_CONSTRAINT (测量基于约束的接触力测量基于约束的接触力))


粘性接触阻尼粘性接触阻尼

通过通过 *contact*contact关键字中关键字中VDCVDC参数来指定参数来指定

抑制垂直于接触表面的振荡抑制垂直于接触表面的振荡

VDC = VDC = 临界阻尼临界阻尼(2m(2mωω))的百分数的百分数

20%20%的阻尼的阻尼 = 20, = 20, 而不是而不是 0.200.20界面固有频率的计算使用下面的参数界面固有频率的计算使用下面的参数::

刚度刚度 k = interface stiffnessk = interface stiffness质量质量 m = min {m = min {mmslaveslave,m,mmastermaster} }

对光滑接触力的噪声影响很有用。如一个对光滑接触力的噪声影响很有用。如一个partpart 夹在其夹在其它两个它两个partpart之间，其接触力有时会出现明显的噪声之间，其接触力有时会出现明显的噪声


相关的关键字卡片相关的关键字卡片和接触相关的输出和接触相关的输出

**DATABASE_optionDATABASE_option

ASCII ASCII 输出文件输出文件

GLSTAT: GLSTAT: 整体的统计数据整体的统计数据

RCFORC: RCFORC: 合成的接触力合成的接触力

SLEOUT: SLEOUT: 接触能量接触能量

NCFORC: NCFORC: 在每一个节点的接触力在每一个节点的接触力 ((设置设置 **contact contact 打印标识打印标识 SPR=1 SPR=1 和和MPR=1)MPR=1)

Binary Binary 输出文件输出文件

*DATABASE_BINARY_INTFOR *DATABASE_BINARY_INTFOR –– 接触力和应力接触力和应力 ((可以用于画云纹图可以用于画云纹图))•• 在在*contact_*contact_的卡片的卡片11中设置中设置 SPR=1 SPR=1 和和 MPR=1MPR=1•• 在执行命令行中包含参数在执行命令行中包含参数 s=filename s=filename

二进制文件可以被二进制文件可以被 LSLS--PREPOSTPREPOST读入处理。读入处理。


相关的关键字卡片相关的关键字卡片*CONTROL_CONTACT*CONTROL_CONTACT

对所有的接触设置默认的控制对所有的接触设置默认的控制

全局的接触惩罚力比例因子全局的接触惩罚力比例因子 (Default=0.10) [SLSFAC](Default=0.10) [SLSFAC]Effect is cumulative with penalty scale factor specified on cardEffect is cumulative with penalty scale factor specified on card 3 of 3 of *contact*contact

刚体和固定的刚性墙接触的比例因子刚体和固定的刚性墙接触的比例因子 [RWPNAL][RWPNAL]非自动非自动(non(non--automatic)automatic)接触时考虑壳厚度偏置接触时考虑壳厚度偏置 [SHLTHK][SHLTHK]

对单面自接触考虑壳厚度的变化对单面自接触考虑壳厚度的变化 [THKCHG][THKCHG]必须同时在必须同时在**control_shellcontrol_shell 设置标识，计算薄膜应变导致的壳厚度的设置标识，计算薄膜应变导致的壳厚度的改变改变

SOFT=0 SOFT=0 时惩罚刚度的计算方法时惩罚刚度的计算方法[PENOPT][PENOPT]

自动检查自动检查//重新定向接触面段的法向重新定向接触面段的法向 [ORIEN][ORIEN]


相关的关键字卡片相关的关键字卡片*CONTROL_CONTACT*CONTROL_CONTACT

单元删除后自由节点的接触处理方式单元删除后自由节点的接触处理方式 [ENMASS][ENMASS]

块排序的频率块排序的频率 [NSBCS][NSBCS]

阻止使用壳的边缘长度来考虑接触厚度阻止使用壳的边缘长度来考虑接触厚度 [SSTHK][SSTHK]

阻止侵蚀接触控制计算的时间步长阻止侵蚀接触控制计算的时间步长 [ECDT][ECDT]

处理初始穿透的处理初始穿透的 IGNORE IGNORE 参数参数 [IGNORE][IGNORE]


接触摩擦能接触摩擦能

可选择计算摩擦能量并输出到二进制接触界面数可选择计算摩擦能量并输出到二进制接触界面数据库中据库中 (INTFOR)(INTFOR)，用于，用于 ““表面能量密度表面能量密度””的可视化的可视化..

设置设置 FRCENG=1 (*CONTROL_CONTACT) FRCENG=1 (*CONTROL_CONTACT) 可以快速识别高摩擦区域可以快速识别高摩擦区域..

对片金属冲压成型时非常有用的对片金属冲压成型时非常有用的


接触摩擦能接触摩擦能

接触摩擦能是一个热源接触摩擦能是一个热源..摩擦生热的计算目前还不可以摩擦生热的计算目前还不可以. . 接触摩擦能可用于接触摩擦能可用于 ……

锻造模拟锻造模拟

刹车啸叫刹车啸叫(Brake squeal) (Brake squeal)

通过接触进行热传递的计算已经可以实现通过接触进行热传递的计算已经可以实现

在在 **CONTACT_SURFACE_TO_SURFACECONTACT_SURFACE_TO_SURFACE增加热选项增加热选项

输入传导率和辐射参数输入传导率和辐射参数

通过接触，高温部件向低温部件传递热量通过接触，高温部件向低温部件传递热量


使用自动接触时，应该注意构造网格时要考虑到壳中性面的偏置，否则使用自动接触时，应该注意构造网格时要考虑到壳中性面的偏置，否则将产生初始穿透将产生初始穿透..

默认的处理是把每一个初始穿透的从节点投射到主面上默认的处理是把每一个初始穿透的从节点投射到主面上

几何形状会有所改变，可能产生初始屈曲几何形状会有所改变，可能产生初始屈曲..不能保证这种方法能消除所有的初始穿透不能保证这种方法能消除所有的初始穿透

设置设置 IGNORE=1 (via *control_contact or *contact), IGNORE=1 (via *control_contact or *contact), 初始穿透的节初始穿透的节

点不被移动，然而，接触厚度根据穿透量会相应地减少。穿透减点不被移动，然而，接触厚度根据穿透量会相应地减少。穿透减少，接触厚度增加，直至大值到完全的接触厚度少，接触厚度增加，直至大值到完全的接触厚度..

Practical GuidelinesPractical Guidelines初始穿透初始穿透


在在 d3hsp d3hsp 文件中查找警告信息文件中查找警告信息

IGNORE=0 IGNORE=0 时报告初始穿透时报告初始穿透

IGNORE=2 IGNORE=2 和和 IGNORE=1 IGNORE=1 一样一样,,打印警告信息打印警告信息 (v. 970)(v. 970)

IGNORE=0 IGNORE=0 可以进行下面的操作可以进行下面的操作

在在LSLS--PREPOSTPREPOST 中，使用状态按钮在状态中，使用状态按钮在状态 0 0 和状态和状态 1 1 之间切之间切换。状态换。状态 0 0 是初始化前的几何，状态是初始化前的几何，状态 1 1 初始化后的几何。初始化后的几何。

云图显示状态云图显示状态11的合位移的合位移. . 状态状态11的非零位移表示由于初始穿的非零位移表示由于初始穿透而移动的节点透而移动的节点..

Practical GuidelinesPractical Guidelines识别初始穿透识别初始穿透


Practical GuidelinesPractical GuidelinesGeneral TipsGeneral Tips

对大多数的显式碰撞仿真，推荐使用接触：对大多数的显式碰撞仿真，推荐使用接触：**CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE with SOFT=1CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE with SOFT=1

通常是有效和可靠的接触通常是有效和可靠的接触

一个一个 ‘‘全局全局’’的接触并不比几个小接触的接触并不比几个小接触 (( 除了梁除了梁)) 多花太多的时间多花太多的时间

使用使用 **contact_force_transducer contact_force_transducer 监视接触力监视接触力

需要的时候，可使用需要的时候，可使用 *CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL *CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL 接触接触

计算时间长但对壳边到边的接触和梁到梁的触处理效果好计算时间长但对壳边到边的接触和梁到梁的触处理效果好

如果接触中有内部的壳边，试用如果接触中有内部的壳边，试用 *contact_automatic_general_interior *contact_automatic_general_interior 接触替代增加的空梁到壳边的接触接触替代增加的空梁到壳边的接触

对能可靠地建立接触方向的简单几何体，非自动接触通常是可靠的对能可靠地建立接触方向的简单几何体，非自动接触通常是可靠的

壳的厚度考虑不是强制的壳的厚度考虑不是强制的

正确的接触方向是严格要求的正确的接触方向是严格要求的 (check)(check)隐式仿真首先的接触方式隐式仿真首先的接触方式



对很薄的壳，如果接触释放，增加接触厚度对很薄的壳，如果接触释放，增加接触厚度 ((增加到不小于增加到不小于 1 1 到到 2 mm)2 mm)包含体单元的接触可以受益于使用可选卡片包含体单元的接触可以受益于使用可选卡片BB中参数中参数 SLDTHKSLDTHK和和SLDSTFSLDSTF ((简单的方法是用简单的方法是用**mat_nullmat_null 壳覆盖体表面壳覆盖体表面))使用单向接触使用单向接触(one(one--way contact)way contact)，粗糙的网格作主面，粗糙的网格作主面

避免多余的接触定义避免多余的接触定义

网格和材料相差较大的接触，默认的接触刚度要改变网格和材料相差较大的接触，默认的接触刚度要改变

修改修改 *contact*contact 卡片卡片 33中的惩罚比例因子中的惩罚比例因子

设置设置 **contactcontact 卡片卡片 A A 中的参数中的参数SOFT=1 SOFT=1 如果可能，避免几何中的尖角如果可能，避免几何中的尖角..

RoundRound--off corners using finer meshoff corners using finer mesh或者，使用基于面段的接触或者，使用基于面段的接触 (SOFT=2)(SOFT=2)



如果如果 d3hspd3hsp文件报告很多小的初始穿透，设置文件报告很多小的初始穿透，设置 IGNORE=1 IGNORE=1 穿过壳中性面的需要修正穿过壳中性面的需要修正

默认的块排序间隔通常是默认的块排序间隔通常是OKOK的的. . 对大多数的接触，每对大多数的接触，每100100个个循环步排序一次循环步排序一次. . 可以在可以在 *contact*contact或或 **control_contactcontrol_contact中改变中改变. . 对高速碰撞，更频繁的排序将产生较好的接触计算效果对高速碰撞，更频繁的排序将产生较好的接触计算效果..

刚体应有合理的网格密度，足够分布接触力刚体应有合理的网格密度，足够分布接触力((同时能给出精确同时能给出精确的质量性质的质量性质))


Tied Contact ApplicationsTied Contact Applications

Tied interface permits mesh transition

Tied interface

Shell edge to surface

Spotweld to shell surface


绑定接触绑定接触

适合于绑定网格差异大的部件适合于绑定网格差异大的部件

绑定准则绑定准则从节点位于主面段的正交投影区内，同时从节点位于主面段的正交投影区内，同时……投影距离在一个容差范围内投影距离在一个容差范围内

容差可以设置成接触厚度的负值容差可以设置成接触厚度的负值

大部分绑定接触强加运动约束大部分绑定接触强加运动约束基于约束的绑定接触不用于刚体基于约束的绑定接触不用于刚体

OFFSETOFFSET 或者或者 TIEBREAKTIEBREAK 选项调用基于惩罚的处理选项调用基于惩罚的处理OK for rigid bodiesOK for rigid bodies


Tied Contacts Tied Contacts with Failurewith Failure方向对于区分拉伸和约束是很重要的方向对于区分拉伸和约束是很重要的

TIEBREAK_NODES_TO_SURFACETIEBREAK_NODES_TO_SURFACE失效是基于拉伸和剪切力的失效是基于拉伸和剪切力的

失效后，转变成失效后，转变成 nonnon--automatic nodes_to_surface automatic nodes_to_surface 接触接触

TIEBREAK_SURFACE_TO_SURFACETIEBREAK_SURFACE_TO_SURFACE失效是基于拉伸和剪应力的失效是基于拉伸和剪应力的

失效后失效后, , 转变成转变成 nonnon--automatic surface_to_surface automatic surface_to_surface 接触接触

用于用于 postpost--failure stressfailure stress--vsvs--gap curve gap curve 的选项的选项

TIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURETIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURE基于约束的绑定接触，带应力失效基于约束的绑定接触，带应力失效

AUTOMATIC_AUTOMATIC_……_TIEBREAK_TIEBREAK指定选项指定选项, , 接触后部件被绑定在一起接触后部件被绑定在一起

失效后失效后, , 转换成自动接触转换成自动接触


Practical GuidelinesPractical GuidelinesTied ContactTied Contact

用面段集合指定接触用面段集合指定接触

网格好的那面作为从面网格好的那面作为从面

绑定壳或点焊梁时用绑定壳或点焊梁时用 tied_shell_edge_to_surfacetied_shell_edge_to_surface…… 类型类型

包括绑定转动自由度包括绑定转动自由度

如果在绑定的面之间想定义一个偏置，如果在绑定的面之间想定义一个偏置， ……_constrained_offset _constrained_offset or or ……_beam_offset _beam_offset 是首选的，因为这些接触可以以梁的形式传递是首选的，因为这些接触可以以梁的形式传递

力矩力矩

……constrained_offset constrained_offset 是基于约束的，因此不能用于刚体是基于约束的，因此不能用于刚体

……beam_offset is an option only with tied_shell_edge_to_surface, beam_offset is an option only with tied_shell_edge_to_surface, notnot tied_nodes_to_surface or tied_surface_to_surfacetied_nodes_to_surface or tied_surface_to_surface


Tying PartsTying Parts

把一些节点绑定到其它节点或面上，除了绑定接触外，把一些节点绑定到其它节点或面上，除了绑定接触外，还有可替代的方法是用还有可替代的方法是用**CONSTRAINED_<option>CONSTRAINED_<option>选项有：选项有：

spotweldspotweldgeneralized_weldgeneralized_weld……nodal_rigid_bodynodal_rigid_bodyextra_nodesextra_nodestietie--break (break (用于带失效的壳的边－边的绑定用于带失效的壳的边－边的绑定))tied_nodes_failuretied_nodes_failure

Exercise 1cExercise 1c


材料材料

模拟本构行为模拟本构行为


材料建模材料建模

选择适当的材料（本构）模型和材料常数通常是建模选择适当的材料（本构）模型和材料常数通常是建模中最重要也是最困难的部分中最重要也是最困难的部分. .

非线性材料行为的数值模型正在通过新的研究不断地非线性材料行为的数值模型正在通过新的研究不断地被开发和更新中被开发和更新中..

非线性材料的性质不容易得到非线性材料的性质不容易得到..

通过参照文献来发现材料数据可能很困难通过参照文献来发现材料数据可能很困难. .

可能需要进行专门的材料测试可能需要进行专门的材料测试..

许多材料模型复杂和不容易理解，文献也很少许多材料模型复杂和不容易理解，文献也很少..


LSLS--DYNADYNA中的各种材料模型中的各种材料模型

ElasticElasticElasticElastic--PlasticPlasticOrthotropic/AnisotropicOrthotropic/AnisotropicHyperelastic (Rubber)Hyperelastic (Rubber)FoamsFoamsCompositesCompositesViscoelasticViscoelasticHeart/LungHeart/Lung

Acoustic materialAcoustic materialFabricFabricConcrete/SoilConcrete/SoilHigh ExplosivesHigh ExplosivesLaminated GlassLaminated GlassRigidRigidUserUser--defineddefined

参考 LS-DYNA 用户手册中的材料表.


弹性材料弹性材料

**MAT_ELASTIC(_FLUID) MAT_ELASTIC(_FLUID) 杨式模量和泊松比杨式模量和泊松比

虎克定律虎克定律

仅限于小应变仅限于小应变 ((最大可能到最大可能到 3030--40% 40% 的应变的应变))对大的弹性应变使用下列模型对大的弹性应变使用下列模型

超弹性材料（超弹性材料（HyperelasticHyperelastic））正交异性弹性（正交异性弹性（Orthotropic ElasticOrthotropic Elastic））

简单流体材料模型的参数选项简单流体材料模型的参数选项

体积模量体积模量, , 黏性系数黏性系数, , 气穴压力气穴压力


材料失效材料失效

‘‘失效的失效的’’ 单元不再承受载荷并在计算中被删掉单元不再承受载荷并在计算中被删掉

单元可用的失效准则单元可用的失效准则

最小时间步长最小时间步长

严重变形的单元经常预示着材料的失效，只能承受小的载荷。然而这些扭严重变形的单元经常预示着材料的失效，只能承受小的载荷。然而这些扭曲的单元会控制总体的时间步长，删除这些单元可以增大时间步长，减少曲的单元会控制总体的时间步长，删除这些单元可以增大时间步长，减少运行时间运行时间..在在 **control_timestepcontrol_timestep中的中的 ERODEERODE参数和参数和 **control_terminationcontrol_termination 中的中的DTMIN DTMIN 参数一起作用可以调用基于时间步长的失效准则，这种准则用于参数一起作用可以调用基于时间步长的失效准则，这种准则用于

体单元和厚壳单元体单元和厚壳单元

有些材料模型有自己的失效准则有些材料模型有自己的失效准则,,例如例如.,.,塑性模型的有效塑性应变塑性模型的有效塑性应变

基于时间基于时间

复合材料基于应力的失效准则复合材料基于应力的失效准则

对于单点积分的体单元，使用关键字对于单点积分的体单元，使用关键字 *MAT_ADD_EROSION*MAT_ADD_EROSION可以在任何材料可以在任何材料模型中增加各种各样的失效准则如压力模型中增加各种各样的失效准则如压力, , 应力应力, , 或者基于应变的准则或者基于应变的准则ll


关于壳失效的附加注释关于壳失效的附加注释

沿厚度方向的积分点能够渐进地失效，当某一个积分点满足沿厚度方向的积分点能够渐进地失效，当某一个积分点满足失效准则时，该积分点相应的应力降为失效准则时，该积分点相应的应力降为0.0.

除非在材料模型的描述中另有说明，否则所有沿厚度方向的除非在材料模型的描述中另有说明，否则所有沿厚度方向的积分点都满足失效准则后壳才能被删除。积分点都满足失效准则后壳才能被删除。

1

金属的力学行为

金属材料建模

2

单轴单向拉伸 (1)

在单轴载荷作用下，金属的拉伸可以看到以下几个阶段

弹性段

屈服

塑性硬化

颈缩

断裂

yσ

uσhardening

rupture

onset of

neckingeσ

3

流体静力载荷

在流体静压力作用下， Bridgman (1947,1952) 通过一系列的实验得出以下结论

即使在很高的压力下，体积也不发生永久改变 – 塑性不可压缩

压力对屈服应力的影响微不足道

xxσ

yyσ

zzσ

4

金属塑性的理想化

金属材料建模

5

弹性-理想塑性

可以方便地忽略工作硬化

eε

eσ

yddE σσεσ <= ,

yσ

6

双线性弹塑性

应力-应变曲线近似地用两根直线来表示

杨氏模量和切向模量

eε

eσ

yddE σσεσ <= ,

yσyTAN d

dE σσεσ >= ,

7

指数塑性 (指数定律)

塑性硬化近似地用指数曲线来表示

eε

eσ

yddE σσεσ <= ,

yσ( ) y

npyn forkk σσεεεσ >+== ,

8

分段线性塑性

硬化近似地用一组分段的直线来表示

通常用离散的点来定义曲线

eε

eσ

yddE σσεσ <= ,

yσ

9

金属的Von Mises 屈服准则

von Mises 屈服准则是基于八面体剪应力原理，用主应力表示的

对单轴的情况,

( ) ( ) ( ) 02

231

232

221 =−

−+−+−= yf σσσσσσσ

0=−= yf σσ

10

屈服面

两维的情况 (平面应力)下, 可以得到

在主应力空间, 可以看到

0221

21

22 =−−+=

Yf σσσσσ

0<f

0>f

Yield surface,0=f

Stress State not valid,

Elastic domain1σ

2σ

11

单轴拉伸数据的说明

金属材料建模

12

概要

假设我们已经从单轴拉伸实验得到了力－变形曲线，通过下面的处理可以得到弹－塑性材料的性质

产生工程应力/工程应变

产生真实应力/真实应变

清除弹性应变得到有效应力/有效塑性应变曲线

13

第一步: 工程应力/应变曲线

oAf

AreaOriginalForceStressgEngineerin ==

oLd

LengthOriginalLengthinChangeStraingEngineerin ==

eσ

eε

oAf

old

提示: 实验数据可能有数百个数据点

，有时会包含一定的噪声，因此应该

对应力应变数据进行光滑处理，使用

最少的数据点来定义一条理想的曲线

。

14

第二步: 真实应力/应变曲线

tσ

d

eσ

eε

oe A

f=σ

old

( )eeco AA

flAreaCurrent

ForceStresssCauchyStressTrue εσ +==== 1'

( )eoll

LengthCurrentLengthinChangeStrainTrue ε+=⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛== 1lnln

( )ee εσ +1

)1ln( eε+

15

第三步: 去除弹性应变

effσ

effε

xxvmeffStressEffective σσσ ===

EStrainEffective xx

xxσε −=

16

硬化曲线

硬化曲线表明了屈服应力和有效塑性应变之间的函数关系

对金属来说，真实应力是单调增加的

effσ

effε

17

应变率的影响

金属材料建模

18

应变率影响

金属的应变率影响其塑性行为

材料性能的动态变化有时对预测结构的性能来说是很重要的

effσ

effε

ε&

19

应变率影响

对于一个具体的分析，首先使用应变率无关的材料模型，通过分析确定材料应变率的范围

按照这个范围，进行材料实验确定材料的应变率对其性能的动态影响

LSDYNA 提供下列方法来考虑应变率的影响

Cowper-Symonds指数定律

屈服应力是应变率的函数

表格输入对应不同应变率的硬化曲线

20

Cowper-Symonds

动态的屈服应力是根据下列方程计算出来的

C 和 p 是用户定义的变量

C 和应变率有相同的单位

例如，某一种特殊的钢，其 C 和 P 的值是 40/s 和 6

21

指数定律

指数定律是使用下面的公式计算屈服应力

P参数‘n’ 决定应变率的缩放大小

22

屈服应力作为应变率的函数

定义一根平面曲线表示屈服应力和应变率之间的函数关系 (或者在某些情况下，定义静态屈服应力的缩放比例系数)

ε&

1.0

屈服应力缩放系数

23

表格输入

从数值角度来说是方便的，但是容易出错

输入一系列的应力－应变曲线 (每一根对应不同的应变率)

24

粘塑性

通常建议用粘塑性来考虑应变率的影响

有效应变的应变率是从应变率张量的塑性部分经过迭代计算得到的.减少有效应变率的噪声但会增加一点计算时间

帮助得到在不同硬件平台下的一致结果

在 LS-DYNA 中几乎所有的塑性材料模型都支持粘塑性应变率公式，在材料卡片中设置 VP=1 就可以调用粘塑性应变率公式。

25

LSDYNA 中一些具体的塑性材料

金属材料建模

26

*MAT_PLASTIC_KINEMATIC (mat_3)

使用双线性曲线近似弹－塑性响应

可容易地选择下面的硬化方式

Isotropic-HardeningKinematic-HardeningMixed

可以选择使用 Cowper-Symonds 模型来考虑应变率的影响 (可使用粘塑性应变率公式或者不用)

可选择塑性应变失效 (用于单元删除)不建议用于粗糙网格

该模型效率高，可用于梁、壳和体。

27

*MAT_JOHNSON_COOK (mat_15)

使用粘塑性应变率公式考虑应变率的影响

材料中的内能可以转化为热能，材料有热软化效应

可选择破坏模式

只有通过 Los Alamos National Laboratory 才能得到某

些材料的常数

28

*MAT_STRAIN_RATE_DEPENDENT_PLASTICITY (mat_19)

各向同性, 双线性塑性模型

下列变量可以定义为有效应变率的函数

Young’s Modulus (如果 VP=1则不可以)Yield StressTangent Modulus失效参数, 可以是下面几种中的一种:

Von Mises stressEffective plastic strainMaximum principal stress

该材料可用于 shells/solids/thick shells

29

*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY (mat_24)

该模型是使用最多的弹－塑性材料模型

提供以下选择:双线性弹－塑性, 或者,使用多至 8 对有效应力 vs. 有效塑性应变数据点的硬化，或者,有效应力 vs. 有效应变的一般曲线

使用下面的方法考虑应变率对屈服面的影响 (有或者没有粘塑性应变率公式)：

Cowper-Symonds 缩放屈服应力

用曲线定义屈服应力缩放影子和应变率的关系

一族应力和应变的曲线定义应变率的影响

30

*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 关键提示

建议硬化曲线不要有负斜率

负斜率预示着破坏 (参看 mat_81 )负效率可能导致不唯一的解

失效准则

有效塑性应变

最小时步 (shells only)用户定义的失效准则

31

正交破坏的塑性材料模型

*MAT_SIMPLIFIED_JOHNSON_COOK (98, 99)计算量小于 Mat_Johnson_Cook

不能直接模拟热软化

合成壳公式是可选的

*MAT_PLASTICITY_WITH_DAMAGE (81, 82)塑性应变超出指定的值后材料线性或非线性软化

在指定的“断裂应变”处，应力降为０

当指定数目的积分点达到断裂后单元被删除

Mat_99 和 Mat_82 具有正交破坏，其中，在某方向拉伸失效应变达到后，破坏开始产生，继续发展直至两个正交方向中某一个方向拉伸断裂发生。

对铝面板和实验数据有更好的相关性

32

Exercise 1d


泡沫材料泡沫材料

泡沫用体单元来模拟泡沫用体单元来模拟

•• 如果泡沫变形剧烈，使用如果泡沫变形剧烈，使用 EFG (Element Free EFG (Element Free GalerkinGalerkin) ) 可能可能是一个更好的方法是一个更好的方法(*SECTION_SOLID_EFG)(*SECTION_SOLID_EFG)

典型地，泡沫结构和周围结构相比很软典型地，泡沫结构和周围结构相比很软

泡沫是吸能的泡沫是吸能的 ((hysteresishysteresis or crushable)or crushable)泡沫压缩时会变硬泡沫压缩时会变硬

包含泡沫的接触可能需要做特别的处理包含泡沫的接触可能需要做特别的处理

体积粘性应该减小或清除体积粘性应该减小或清除

泡沫很容易引起沙漏问题泡沫很容易引起沙漏问题

•• 推荐使用单元公式推荐使用单元公式ELFORM 1ELFORM 1，沙漏控制公式，沙漏控制公式 2 2 或者或者 33。。•• 沙漏控制公式沙漏控制公式 6 6 也是有效的也是有效的 ((响应对沙漏系数敏感响应对沙漏系数敏感))•• 不建议使用不建议使用ELFORM 2.ELFORM 2.


**MAT_LOW_DENSITY_FOAM (57)MAT_LOW_DENSITY_FOAM (57)

•• 用于可以恢复到原始形状的低密度泡沫用于可以恢复到原始形状的低密度泡沫

•• 应力－应变曲线有迟滞行为应力－应变曲线有迟滞行为

•• 拉伸行为是线性的，有拉伸截止应力拉伸行为是线性的，有拉伸截止应力

•• 应力可以初始化，通过使用应力可以初始化，通过使用*INITIAL_FOAM_REFERENCE_GEOMETRY*INITIAL_FOAM_REFERENCE_GEOMETRY

•• 应用场合应用场合: : 坐垫坐垫, , 侧碰假人的填料侧碰假人的填料

•• *MAT_73 *MAT_73 类似类似 *MAT_57 *MAT_57 ，但可考虑粘弹性，但可考虑粘弹性

•• 可以输入可以输入*Mat_73*Mat_73 的应力释放曲线的应力释放曲线


**MAT_FU_CHANG_FOAM (83)MAT_FU_CHANG_FOAM (83)

•• 用于中低密度，对应变率敏感的弹性泡沫用于中低密度，对应变率敏感的弹性泡沫

•• Drop tower data Drop tower data 可以直接用来定义一个应力－应变曲线表可以直接用来定义一个应力－应变曲线表..

•• 在最低的应变率下，加载和卸载曲线相同在最低的应变率下，加载和卸载曲线相同..

•• 拉伸行为是线性的，或者应力－应变曲线可以扩展到负的象限拉伸行为是线性的，或者应力－应变曲线可以扩展到负的象限. . 拉伸应力最大由截止应力限制，到达截止应力后降为０。拉伸应力最大由截止应力限制，到达截止应力后降为０。

•• 应用应用: : 坐垫坐垫, , 缓冲器泡沫。缓冲器泡沫。

•• 更多的参考资料可见：更多的参考资料可见：duboisdubois--foam.pdffoam.pdf


**MAT_CRUSHABLE_FOAM (63)MAT_CRUSHABLE_FOAM (63)

•• 用于各向同性用于各向同性, , 可压扁泡沫可压扁泡沫,,如如膨胀聚苯乙烯膨胀聚苯乙烯..

•• 加载曲线定义最大的压缩应力加载曲线定义最大的压缩应力 vs. vs. 体应变体应变

•• 卸载是弹性的卸载是弹性的

•• 考虑应变率的影响考虑应变率的影响, , 下一页下一页 (MAT_163)(MAT_163)


**MAT_MODIFIED_CRUSHABLE_FOAM (163)MAT_MODIFIED_CRUSHABLE_FOAM (163)

σ

1 - V

1 2 3ε ε ε< <& & &

2ε&

3ε&

1ε&

可考虑应变率的影响，是各向同性可压扁泡沫模型mat_63的扩展


**MAT_HONEYCOMB (26)MAT_HONEYCOMB (26)

用于模拟各向异性，可压扁泡沫用于模拟各向异性，可压扁泡沫

66个应力分量都有非线性弹塑性行为个应力分量都有非线性弹塑性行为

•• 限制应力由应力－相对体积限制应力由应力－相对体积((体应变体应变))曲线给出曲线给出. . •• 曲线中纵坐标曲线中纵坐标 ((应力应力) ) 值应该是正的，即使在拉伸下值应该是正的，即使在拉伸下..•• 66个应力是非耦合的，直到完全压扁。此后是各向同性弹塑性个应力是非耦合的，直到完全压扁。此后是各向同性弹塑性

可选择基于剪切应变的失效或拉伸应变的失效可选择基于剪切应变的失效或拉伸应变的失效

类似于类似于 RADIOSS RADIOSS 中材料定律中材料定律2828•• 在在 RADIOSS RADIOSS 模型中的体应变值模型中的体应变值 ( ( μ ) μ ) 必须必须转换成转换成 (1 (1 –– 相对体积相对体积) = ) = μμ/(1 /(1

+ + μμ) )

应用应用: : 可变形屏障可变形屏障, , 汽车散热器汽车散热器


**MAT_MODIFIED_HONEYCOMB (126)MAT_MODIFIED_HONEYCOMB (126)

和前面的和前面的 *mat_honeycomb *mat_honeycomb 材料很类似材料很类似

也可使用单元公式也可使用单元公式 0 0 和和 9 (Co9 (Co--rotational rotational 体单元公式只用于体单元公式只用于*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB) *MAT_MODIFIED_HONEYCOMB) •• 开发用于可压扁的屏障开发用于可压扁的屏障

•• 能够承受非常大的变形而不失稳定性能够承受非常大的变形而不失稳定性

•• 像非线性弹簧像非线性弹簧; ; 单元能够翻卷并保持稳定单元能够翻卷并保持稳定

•• ELFORM=0ELFORM=0•• 局部坐标系随单元的旋转而变化局部坐标系随单元的旋转而变化

•• 对承受大剪切变形的固定屏障特别适合对承受大剪切变形的固定屏障特别适合

•• ELFORM=9ELFORM=9•• 局部坐标系基于通过单元面中心的轴，在剪切状态下性能局部坐标系基于通过单元面中心的轴，在剪切状态下性能比较差比较差

•• 适合于旋转移动的屏障适合于旋转移动的屏障..


**MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_CRUSHABLE_FOAM (142)CRUSHABLE_FOAM (142)

由由 HirthHirth, Du Bois, , Du Bois, 和和 Weimar Weimar 开发开发

模拟各向异性的低密度挤出泡沫，典型地在挤出方向有高的强度模拟各向异性的低密度挤出泡沫，典型地在挤出方向有高的强度

•• 用于中低速碰撞中的吸能结构用于中低速碰撞中的吸能结构

•• 纵向载荷下其纵向载荷下其泊松比为０。泊松比为０。

•• 一个光滑的各向异性的屈服面产生物理上正确的行为，如偏离轴一个光滑的各向异性的屈服面产生物理上正确的行为，如偏离轴向的载荷作用下强度弱向的载荷作用下强度弱

•• 应力是体应变的函数应力是体应变的函数

正确的非轴向载荷可能产生比正确的非轴向载荷可能产生比MAT_HONEYCOMBMAT_HONEYCOMB更自然的结果更自然的结果


泡沫模型泡沫模型

55 *MAT_SOIL_AND_FOAM*MAT_SOIL_AND_FOAM1414 *MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE*MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE2626 *MAT_HONEYCOMB*MAT_HONEYCOMB126 126 *MAT_MODIFIED_HONEYCOMB*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB5353 *MAT_CLOSED_CELL_FOAM*MAT_CLOSED_CELL_FOAM5757 *MAT_LOW_DENSITY_FOAM*MAT_LOW_DENSITY_FOAM6262 *MAT_VISCOUS_FOAM*MAT_VISCOUS_FOAM6363 *MAT_CRUSHABLE_FOAM*MAT_CRUSHABLE_FOAM7373 *MAT_LOW_DENSITY_VISCOUS_FOAM*MAT_LOW_DENSITY_VISCOUS_FOAM7575 *MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM*MAT_BILKHU/DUBOIS_FOAM8383 *MAT_FU_CHANG_FOAM*MAT_FU_CHANG_FOAM


970 970 版本中新的泡沫版本中新的泡沫

142142 *MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_CRUSHABLE_FOAM*MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_CRUSHABLE_FOAM144144 *MAT_PITZER_CRUSHABLE_FOAM*MAT_PITZER_CRUSHABLE_FOAM154154 *MAT_DESHPANDE_FLECK_FOAM*MAT_DESHPANDE_FLECK_FOAM163163 *MAT_MODIFIED_CRUSHABLE_FOAM*MAT_MODIFIED_CRUSHABLE_FOAM177177 *MAT_HILL_FOAM*MAT_HILL_FOAM178178 *MAT_VISCOELASTIC_HILL_FOAM*MAT_VISCOELASTIC_HILL_FOAM179179 *MAT_LOW_DENSITY_SYNTHETIC_FOAM*MAT_LOW_DENSITY_SYNTHETIC_FOAM180180 *MAT_LOW_DENSITY_SYNTHETIC_FOAM_ORTHO*MAT_LOW_DENSITY_SYNTHETIC_FOAM_ORTHO


泡沫中的负体积泡沫中的负体积

泡沫在大变形时容易产生负体积错误泡沫在大变形时容易产生负体积错误. . 可以考虑采取一些措施来防止这些可以考虑采取一些措施来防止这些错误错误::

•• 使用使用 **CONTACT_INTERIOR CONTACT_INTERIOR •• 借助关键字借助关键字 *PART_SET *PART_SET ，通过增加惩罚比例因子，通过增加惩罚比例因子(default = 1.0) (default = 1.0) 和活化和活化

因子来提高有效性因子来提高有效性

•• 如果发生剪切变形，调用新的接触如果发生剪切变形，调用新的接触 **contact_interiorcontact_interior，， 970970中的类型２中的类型２

•• 在可接受的情况下增加材料的阻尼常数在可接受的情况下增加材料的阻尼常数, , 如在材料如在材料 57 57 中设置中设置 DAMP=0.5DAMP=0.5

•• 增加高应变处的应力－应变曲线的斜率增加高应变处的应力－应变曲线的斜率((当体应变接近当体应变接近 1.0 1.0 时快速硬化响应时快速硬化响应))•• 避免曲线斜率的突变避免曲线斜率的突变


避免负体积避免负体积

•• 减小时间步长安全因子到减小时间步长安全因子到 0.8 0.8 或更小或更小 (*CONTROL_TIMESTEP)(*CONTROL_TIMESTEP)

•• 避免用全积分的体单元避免用全积分的体单元

•• 使用基于刚度公式的沙漏控制可以增加稳定性，但会使响应硬化使用基于刚度公式的沙漏控制可以增加稳定性，但会使响应硬化..

•• 使用四面体单元并使用使用四面体单元并使用 ELFORM 10 (ELFORM 10 (精度可能会有损失精度可能会有损失))

•• 如果使用材料如果使用材料MAT_126, MAT_126, 转换到单元公式转换到单元公式 0.0.

•• 六面体单元使用六面体单元使用 EFG EFG 公式公式. . 节约地用节约地用 ((费计算时间费计算时间).).


体积粘性体积粘性

在体单元中在体单元中, , 体积粘性在本构模型或状态方程体积粘性在本构模型或状态方程(EOS)(EOS)的压力计算的压力计算中会增加一项，该项决定于体应变的速率中会增加一项，该项决定于体应变的速率..

这个增加的压力项是数值上的，和真正物理上的压力相比通常这个增加的压力项是数值上的，和真正物理上的压力相比通常是比较小的。目的是消除传过一定数目单元的冲击波是比较小的。目的是消除传过一定数目单元的冲击波((大概大概 5 5 个个单元单元).).

在泡沫中使用默认的体积粘性会导致数值压力和真正的物理压在泡沫中使用默认的体积粘性会导致数值压力和真正的物理压力相当，这样对结构有比较大的影响。线性的和二次的体积粘力相当，这样对结构有比较大的影响。线性的和二次的体积粘性应该减少一个数量级或者借助于材料输入参数的标记关掉性应该减少一个数量级或者借助于材料输入参数的标记关掉..

默认的线性和二次的体积粘性的系数值可以通过默认的线性和二次的体积粘性的系数值可以通过**control_bulk_viscositycontrol_bulk_viscosity 或者或者*hourglass/*part*hourglass/*part 修改修改. .


复合材料建模复合材料建模

复合材料的特性复合材料的特性

材料坐标系材料坐标系

对壳单元用户自定义的积分方法对壳单元用户自定义的积分方法

LSLS--DYNADYNA中的复合材料模型中的复合材料模型


复合材料性质复合材料性质

高级复合材料高级复合材料在其内部嵌入有硬的，高强度的纤维在其内部嵌入有硬的，高强度的纤维..•• 每一层的性质是正交的，因为每层的纤维铺在单一方向。每一层的性质是正交的，因为每层的纤维铺在单一方向。

•• 通常通常, , 高级复合材料的截面有多层，每一层都有纤维，且相邻高级复合材料的截面有多层，每一层都有纤维，且相邻两层的纤维放置方向都不一样两层的纤维放置方向都不一样..

三明治三明治((sandwitchsandwitch))复合材料的截面可能有个别各向复合材料的截面可能有个别各向同性的层，但每层的材料性质和厚度都不同同性的层，但每层的材料性质和厚度都不同. . •• 泡沫夹心复合材料是一种特殊的三明治复合材料，其中厚的泡沫夹心复合材料是一种特殊的三明治复合材料，其中厚的

比较软的泡沫层夹在两块薄的硬板层之间。比较软的泡沫层夹在两块薄的硬板层之间。


LSLS--DYNA DYNA 中的正交异性材料中的正交异性材料

正交弹性常数定义在材料坐标系中正交弹性常数定义在材料坐标系中..必须为每一个正交单元，所有的壳以及厚度方向的每必须为每一个正交单元，所有的壳以及厚度方向的每一个积分点定义材料坐标系。坐标系的方向可以在下一个积分点定义材料坐标系。坐标系的方向可以在下面三个地方定义。面三个地方定义。•• 在材料在材料 (*mat) (*mat) 中定义中定义

•• 见见*mat_2 *mat_2 中中““AOPTAOPT”” 的描述的描述 ((orthotropic_elasticorthotropic_elastic))•• 在单元性质在单元性质 (*section_shell) (*section_shell) 中定义中定义

•• 为每一个积分点指定一个为每一个积分点指定一个 ““betabeta”” 角角

•• 在单元在单元 (*element_shell_beta, *(*element_shell_beta, *element_solid_orthoelement_solid_ortho))中定中定义义 ( ( 可选的可选的 ))


用户自定义积分用户自定义积分

Gaussian Gaussian 和和 LobattoLobatto 积分方法已经预先确定了积分点积分方法已经预先确定了积分点

位置和权系数。位置和权系数。

梯形积分的积分点等间隔分布。梯形积分的积分点等间隔分布。

对复合材料，用户需要定义自己的积分点位置和权系对复合材料，用户需要定义自己的积分点位置和权系数数 ((对应于层厚对应于层厚))，并为每一个积分点指定不同的材料，并为每一个积分点指定不同的材料

常数。常数。•• 使用使用*integration _shell*integration _shell 定义积分方法定义积分方法

•• 在在**section_shellsection_shell 中设置中设置 QR/IRID QR/IRID 一个负整数来调用定义的一个负整数来调用定义的

积分方法积分方法


复合材料模型复合材料模型

**mat_2 (mat_2 (elastic_orthotropicelastic_orthotropic))

下面下面 4 4 种适用于种适用于 ““高级复合材料高级复合材料””, , 每种都具有一个特别的每种都具有一个特别的fiber/matrix damage fiber/matrix damage 牌号和失效准则。牌号和失效准则。

•• *mat_22 (composite_damage)*mat_22 (composite_damage)•• 如果在如果在 **control_shellcontrol_shell 中设置中设置 lamshtlamsht=1 =1 则使用则使用 laminate laminate

shell shell 理论理论

•• *mat_54,55 (enhanced_composite_damage)*mat_54,55 (enhanced_composite_damage)•• 如果在如果在 **control_shellcontrol_shell 中设置中设置 lamshtlamsht=1 =1 则使用则使用 laminate laminate

shell shell 理论理论

•• *mat_58 (laminated_composite_fabric)*mat_58 (laminated_composite_fabric)•• *mat_59 (composite_failure(_shell, _solid)_model)*mat_59 (composite_failure(_shell, _solid)_model)

•• 可以用于壳和体可以用于壳和体



论文论文 ““Crashworthiness Analysis with Enhanced Crashworthiness Analysis with Enhanced Composite Material Models in LSComposite Material Models in LS--DYNA DYNA -- Merits and Merits and LimitsLimits””, , SchweizerhofSchweizerhof et al, 5th International LSet al, 5th International LS--DYNA DYNA UserUser‘‘s Conference (1998) s Conference (1998) 提供了对提供了对 LSLS--DYN DYN 中几种复中几种复合材料模型的研究分析，包括合材料模型的研究分析，包括 mat_54, mat_58, and mat_54, mat_58, and mat_59.mat_59.



**mat_114 (layered_linear_plasticity)mat_114 (layered_linear_plasticity)•• 使用使用 laminate shell laminate shell 理论的塑性模型理论的塑性模型

*mat_116 (*mat_116 (composite_layupcomposite_layup))•• 不使用不使用 laminate shell laminate shell 理论理论 ( ( 对泡沫夹心的三明治复合材料不对泡沫夹心的三明治复合材料不

好好))•• 要求要求 *integration_shell ( *integration_shell ( 每个积分点可以有不同的材料常数每个积分点可以有不同的材料常数))•• Resultant formulation (Resultant formulation (无应力计算无应力计算))



**mat_117 (composite_matrix)mat_117 (composite_matrix)

*mat_118 (composite_direct)*mat_118 (composite_direct)•• Resultant formulation ( Resultant formulation ( 无应力计算无应力计算 ))•• 需输入刚度矩阵的需输入刚度矩阵的 21 21 个系数个系数

•• 117 117 中的刚度系数在材料坐标系中给出中的刚度系数在材料坐标系中给出

•• 118 118 中的刚度系数在单元坐标系中给出中的刚度系数在单元坐标系中给出 ( ( 更低的存储要求更低的存储要求))


复合材料复合材料

**mat_161 (mat_161 (composite_msccomposite_msc))•• 来自来自 Materials Sciences Materials Sciences 的有版权的模型的有版权的模型 ((需要另外的需要另外的 license) license)

•• 用于壳和体用于壳和体

•• 提供纤维剪切和纤维压垮失效准则提供纤维剪切和纤维压垮失效准则 ((体单元体单元))•• 能预测分层能预测分层 ((体单元体单元))


复合材料建模复合材料建模

正交壳的响应对面内剪切变形和沙漏变形非常敏感，正交壳的响应对面内剪切变形和沙漏变形非常敏感，敏感程度取决于单元坐标系是如何建立的。为了减小敏感程度取决于单元坐标系是如何建立的。为了减小这种敏感性这种敏感性, , 强烈推荐在强烈推荐在 **control_accuracycontrol_accuracy 中设置中设置INN = 2 INN = 2 以调用以调用 ““ InvarientInvarient Node NumberingNode Numbering””。。

对于复合材料，如果在对于复合材料，如果在**database_extent_binarydatabase_extent_binary 中设中设置置 CMPFLG (and STRFLG)CMPFLG (and STRFLG)＝＝11，则输出的应力和应，则输出的应力和应变是在材料坐标系中的结果而不是全局坐标系中的结变是在材料坐标系中的结果而不是全局坐标系中的结果。果。


地质材料地质材料

地质材料地质材料 (Geologic Materials)(Geologic Materials)有有 ……•• 土壤土壤

•• 岩石岩石

•• 混凝土混凝土

地质材料的特点地质材料的特点

•• 拉伸脆性拉伸脆性

•• 和压力有关的屈服面和压力有关的屈服面

•• 高压缩性高压缩性

Dr. Len Dr. Len SchwerSchwer (([email protected]@schwer.net))提供关于提供关于LSLS--DYNADYNA地质材地质材料的短期培训课程料的短期培训课程..

mailto:[email protected]



确定材料常数要求的最少实验测试确定材料常数要求的最少实验测试

•• 静水压缩测试静水压缩测试

•• 压力压力 ((平均应力平均应力) vs. ) vs. 体应变体应变

•• 三轴压缩测试三轴压缩测试

•• 各种限制压力下的失效各种限制压力下的失效

•• 应力差异应力差异 vs. vs. 平均应力平均应力

•• 无限制压缩测试是一种特殊的情况无限制压缩测试是一种特殊的情况

其它实验室测试其它实验室测试•• 三轴拉伸三轴拉伸

•• 对对 33--invarient cap model invarient cap model 很有用很有用



**mat_5 (soil_and_foam)mat_5 (soil_and_foam)•• 和压力有关的屈服面和压力有关的屈服面

•• 表格形式的压力表格形式的压力 vs. vs. 体应变体应变

*mat_16 (pseudo_TENSOR)*mat_16 (pseudo_TENSOR)•• 对有钢筋加强的混凝土有内置的选项对有钢筋加强的混凝土有内置的选项

•• 用于具有用于具有TrescaTresca 限制的限制的 MohrMohr--Coulomb Coulomb 屈服面的选项屈服面的选项

•• 要求有一个状态方程要求有一个状态方程 (EOS) (EOS) 进行压力计算进行压力计算

*mat_193 (*mat_193 (DruckerDrucker--PragerPrager))•• Arup, UKArup, UK 开发开发

•• MohrMohr--Coulomb Coulomb 失效面失效面



**mat_145 (mat_145 (schwer_murray_capschwer_murray_cap))•• 33--invarient, continuous cap modelinvarient, continuous cap model•• 联合流动联合流动

•• 比比 mat_25 (mat_25 (geologic_capgeologic_cap) ) 有改进有改进

•• 在在 970970版本中版本中

其它土壤模型其它土壤模型•• *mat_78 (soil_concrete)*mat_78 (soil_concrete)•• *mat_79 (hysteretic_soil)*mat_79 (hysteretic_soil)•• *mat_192 (soil_brick)*mat_192 (soil_brick)


混凝土材料模型混凝土材料模型

**mat_84,85 (mat_84,85 (winfrithwinfrith))•• 对混凝土，可考虑或不考虑速率影响对混凝土，可考虑或不考虑速率影响

•• 创建一个创建一个 ““crack filecrack file””，用于在，用于在 LSLS--POSTPOST中显示裂纹中显示裂纹

其它的混凝土模型其它的混凝土模型•• *mat_96 (brittle_damage)*mat_96 (brittle_damage)•• *mat_72 (concrete_damage)*mat_72 (concrete_damage)•• *mat_111 (*mat_111 (johnson_holmquistjohnson_holmquist))


混凝土中的钢筋混凝土中的钢筋

有些混凝土材料模型带有加强的钢筋有些混凝土材料模型带有加强的钢筋

•• *mat_16, 72, 84,96 *mat_16, 72, 84,96

钢筋可以用梁单元来模拟，连接梁单元到混凝土钢筋可以用梁单元来模拟，连接梁单元到混凝土 ……•• 合并梁单元和混凝土单元的节点合并梁单元和混凝土单元的节点

•• 使用使用 *contact_1D (*contact_1D (粘结滑移准则粘结滑移准则))•• 使用使用 **constrained_lagrange_in_solidconstrained_lagrange_in_solid ((约束的方法约束的方法))

•• 梁的网格不需要和体的网格排成一列梁的网格不需要和体的网格排成一列

•• 注意这种约束方法可能被其它冲突的约束破坏掉。如对称注意这种约束方法可能被其它冲突的约束破坏掉。如对称平面平面..


超弹材料超弹材料

具有大应变可能性的非线性弹性具有大应变可能性的非线性弹性, , 如橡胶如橡胶

通常假定为近似不可压缩材料通常假定为近似不可压缩材料 (PR ~ 0.5)(PR ~ 0.5)

使用全使用全 LagrangianLagrangian 公式公式



**mat_27 (mat_27 (mooney_rivlinmooney_rivlin))•• 参数自动拟合成单轴测试数据参数自动拟合成单轴测试数据

•• 记住在记住在 d3hsp d3hsp 中检查拟合的可靠性中检查拟合的可靠性

•• 适用于体和壳适用于体和壳

*mat_77 (*mat_77 (ogden_rubberogden_rubber, , hyperelastic_rubberhyperelastic_rubber))•• 参数自动拟合成单轴测试数据参数自动拟合成单轴测试数据

•• 拟合的阶数由用户指定拟合的阶数由用户指定 ((可能比可能比mat_27mat_27 拟合得更好拟合得更好))•• 记住在记住在 d3hsp d3hsp 中检查拟合的可靠性中检查拟合的可靠性

•• 仅适用于体仅适用于体

•• 可以考虑速率的影响可以考虑速率的影响 ((viscoelasticityviscoelasticity))•• 可以使用和频率无关的阻尼可以使用和频率无关的阻尼



**mat_7 (mat_7 (blatz_koblatz_ko))•• 仅要求输入一个剪切模量仅要求输入一个剪切模量

•• 适用于体和壳适用于体和壳

*mat_87 (cellular_rubber)*mat_87 (cellular_rubber)•• 用受压空气袋模拟橡胶用受压空气袋模拟橡胶

•• 内部拟合成单轴测试数据内部拟合成单轴测试数据

•• 仅适用于体仅适用于体

*mat_181 (*mat_181 (simplied_rubbersimplied_rubber))•• 接受在离散的应变率下的单轴测试数据接受在离散的应变率下的单轴测试数据

•• 可以使用和频率无关的阻尼可以使用和频率无关的阻尼

OthersOthers


11

专业材料专业材料

木材木材

•• *mat_143 (wood) *mat_143 (wood) 对冷杉和黄松木有内置的常量对冷杉和黄松木有内置的常量

生物材料生物材料

•• *mat_91 (*mat_91 (软组织软组织))

•• *mat_128 (*mat_128 (心脏组织心脏组织))

•• *mat_129 (*mat_129 (肺组织肺组织))

•• *mat_spring_muscle *mat_spring_muscle 用于离散的单元用于离散的单元


22


声学材料声学材料

•• *mat_90 (acoustic) *mat_90 (acoustic) 追踪小幅值压力波追踪小幅值压力波

•• 气穴气穴

纺织材料纺织材料

•• *mat_34 (*mat_34 (纺织材料纺织材料) ) 是正交异性材料，利用标识参数可关闭是正交异性材料，利用标识参数可关闭

压应力压应力

•• 有控制气囊排气的参数有控制气囊排气的参数

•• 参考几何形状在折叠气囊中做单元变形的修正参考几何形状在折叠气囊中做单元变形的修正


33


玻璃玻璃

•• *mat_19 (strain_rate_dependent_plasticity) *mat_19 (strain_rate_dependent_plasticity) 有有最大主应力失效的选项最大主应力失效的选项

•• 对于体对于体, *mat_1 (elastic) , *mat_1 (elastic) 用用 *mat_add_erosion (*mat_add_erosion (用最大主应力或应变作失效准则用最大主应力或应变作失效准则) ) 补充可达到同样补充可达到同样效果效果


44


塑料塑料//聚合体具有有限的弹性应变和带应变软化的塑性聚合体具有有限的弹性应变和带应变软化的塑性

•• *MAT_24 (piecewise_linear_plasticity) *MAT_24 (piecewise_linear_plasticity) 用于类似金属的塑性用于类似金属的塑性

•• *MAT_81,82 (*MAT_81,82 (plasticity_with_damage(_orthotropicplasticity_with_damage(_orthotropic)) ))

•• *MAT_89 (plasticity_polymer)*MAT_89 (plasticity_polymer)

•• *MAT_101 (Geplastic_srate_2000a)*MAT_101 (Geplastic_srate_2000a)

•• GE GE 塑料，提供热塑性塑料常量塑料，提供热塑性塑料常量

•• *MAT_112 (finite_elastic_strain_plasticity)*MAT_112 (finite_elastic_strain_plasticity)

•• 考虑屈服前的有限弹性应变考虑屈服前的有限弹性应变

•• *MAT_141 (rate_dependent_polymer)*MAT_141 (rate_dependent_polymer)


55


热塑性材料模型热塑性材料模型 ……•• *mat_60 (elastic_with_viscosity)*mat_60 (elastic_with_viscosity)

•• *mat_106 (*mat_106 (elastic_viscoplastic_thermalelastic_viscoplastic_thermal))


离散梁单元材料离散梁单元材料

离散梁单元的材料有很多离散梁单元的材料有很多

•• Mat_66,67,68,69,70,71,74,93,94,95,97,119,121,146,196, Mat_66,67,68,69,70,71,74,93,94,95,97,119,121,146,196, 197197

Mat_66 (mat_linear_elastic_discrete_beam)Mat_66 (mat_linear_elastic_discrete_beam)•• 6 6 个线性弹簧常量个线性弹簧常量 (3 (3 平动平动 + 3 + 3 转动转动))•• 6 6 个线性阻尼常量个线性阻尼常量 ((可选可选))

Mat_67 (mat_nonlinear_elastic_discrete_beam)Mat_67 (mat_nonlinear_elastic_discrete_beam)•• 3 3 根力根力-- 位移曲线位移曲线 + 3 + 3 根力矩根力矩 –– 转角曲线转角曲线

•• 3 3 根力根力-- 速度曲线速度曲线 + 3 + 3 根力矩根力矩 –– 转动速度曲线转动速度曲线 ((可选可选))

Mat_70 (mat_cable_discrete_beam)Mat_70 (mat_cable_discrete_beam)•• 弹性弹性, , 仅承受拉伸仅承受拉伸 ((线性或非线性线性或非线性))


离散梁单元材料离散梁单元材料

Mat_196 (mat_general_spring_discrete_beam)Mat_196 (mat_general_spring_discrete_beam)•• 在在 6 6 个自由度方向弹性个自由度方向弹性 ((线性或非线性线性或非线性) ) 或或非弹性行为非弹性行为

•• 可含有阻尼项可含有阻尼项

•• 如果是零长度如果是零长度, , 则等同于则等同于 RADIOSS RADIOSS 中的中的““Property Set Type 8 Property Set Type 8 -- General SpringGeneral Spring””

•• 如果有限长度，则等同于如果有限长度，则等同于 RADIOSSRADIOSS中的中的 ““Property Set Type Property Set Type 13 13 –– Beam Type SpringBeam Type Spring””，其在，其在 **section_beamsection_beam 中的参数中的参数SCOOR SCOOR 设置成设置成 --2 2 或或 2.2.


沙漏沙漏 (HG)(HG)沙漏模式和下面的因素有关沙漏模式和下面的因素有关•• 体单元中的单点积分体单元中的单点积分

•• 壳中的单点积分壳中的单点积分

这些这些 ‘‘零能量的零能量的’’, , 高频的沙漏模式是非物理的高频的沙漏模式是非物理的..•• 有变形但没有应变或应力有变形但没有应变或应力

由于单点积分计算非常快所以可以容忍可能出现沙漏由于单点积分计算非常快所以可以容忍可能出现沙漏，但要努力去控制沙漏模式，但要努力去控制沙漏模式..通过施加内力阻止沙漏模式的发生来控制沙漏通过施加内力阻止沙漏模式的发生来控制沙漏..沙漏能沙漏能, , 非物理的沙漏力所做的功，从系统的物理能量非物理的沙漏力所做的功，从系统的物理能量中去掉。中去掉。


沙漏沙漏

沙漏模式沙漏模式 ( ( 沙漏沙漏 ( HG ) ( HG ) 变形正交于应变变形变形正交于应变变形 ))•• 不足积分的体有不足积分的体有 12 HG 12 HG 模式模式

•• 不足积分的壳有不足积分的壳有 5 HG 5 HG 模式模式

Γ1k Γ2k

Γ3k Γ4k


沙漏的例子沙漏的例子 –– 壳壳

很严重的沙漏是比较明显的，不需要放大变形显示比例来看。中等严重的沙漏可能需要放大变形显示比例来看 ( 可在 LS-Prepost中设置变形显示比例 )


沙漏沙漏

全积分体和壳没有沙漏全积分体和壳没有沙漏

•• 例外例外: : 壳单元公式壳单元公式 6 6 和和 7 7 有一个有一个 ww--mode mode 的沙漏的沙漏

四面体和三角形单元没有沙漏四面体和三角形单元没有沙漏

•• 由于有锁定的倾向通常不推荐使用由于有锁定的倾向通常不推荐使用


沙漏力抑制沙漏模式沙漏力抑制沙漏模式

引入内部节点力来阻碍沙漏模式引入内部节点力来阻碍沙漏模式


沙漏控制的刚度公式和粘性公式沙漏控制的刚度公式和粘性公式

粘性公式粘性公式产生正比于对沙漏模式有贡献的节点速度分量的沙产生正比于对沙漏模式有贡献的节点速度分量的沙漏力漏力..•• 抑制附加的沙漏变形抑制附加的沙漏变形 ((不可恢复不可恢复))•• 粘性公式推荐用于高应变率问题。如爆炸问题粘性公式推荐用于高应变率问题。如爆炸问题..

刚度刚度公式产生正比于对沙漏模式有贡献的节点位移分量的沙公式产生正比于对沙漏模式有贡献的节点位移分量的沙漏力漏力. . •• 能够减少总的累积沙漏变形能够减少总的累积沙漏变形

•• 适用于低速问题，包括碰撞模拟适用于低速问题，包括碰撞模拟

•• 刚度公式可能人为地硬化响应。因此要减小沙漏系数，比如从刚度公式可能人为地硬化响应。因此要减小沙漏系数，比如从0.10.1减小减小为为0.030.03，以最小化硬化的影响。，以最小化硬化的影响。


体单元的沙漏控制体单元的沙漏控制

3 3 种粘性公式的沙漏控制种粘性公式的沙漏控制

•• IHQ=1: default (cheapest)IHQ=1: default (cheapest)•• IHQ=2: FlanaganIHQ=2: Flanagan--Belytschko Belytschko •• IHQ=3: IHQ=3: 带精确体积积分的带精确体积积分的 FlanaganFlanagan--BelytschkoBelytschko

2 2 种刚度公式的沙漏控制种刚度公式的沙漏控制

•• IHQ=4: FlanaganIHQ=4: Flanagan--BelytschkoBelytschko•• IHQ=5:IHQ=5:带精确体积积分的带精确体积积分的 FlanaganFlanagan--BelytschkoBelytschko

IHG=6 (next slide)IHG=6 (next slide)


体单元的沙漏控制体单元的沙漏控制

假定应变假定应变, co, co--rotational rotational 刚度公式（刚度公式（BelytschkoBelytschko--BindemanBindeman [1993] [1993] ））•• 设置设置 IHQ=6 IHQ=6 调用调用

•• 假定应变场是用来阻止纯弯状态下的伪剪切和近不可压缩材料的体积锁定假定应变场是用来阻止纯弯状态下的伪剪切和近不可压缩材料的体积锁定. . •• 材料的弹性性质和假定的应变场用来计算假定的应力场材料的弹性性质和假定的应变场用来计算假定的应力场..•• 应力场在单元域闭合积分产生沙漏力，这样单元的性能就类似全积分单元应力场在单元域闭合积分产生沙漏力，这样单元的性能就类似全积分单元..•• 对软化材料对软化材料, , 建议沙漏系数使用建议沙漏系数使用 0.1 0.1 或者更小或者更小..•• 当使用弹性材料和沙漏系数当使用弹性材料和沙漏系数 1.0 1.0 时时, , 单点积分的体其弯曲刚度是精确的单点积分的体其弯曲刚度是精确的..•• 推荐下列情况使用该公式推荐下列情况使用该公式::

•• 单元有大的形状比单元有大的形状比 (>2)(>2)•• 单元开始扭曲或者已经严重扭曲单元开始扭曲或者已经严重扭曲

•• 软材料软材料 (foam, honeycomb, rubber)(foam, honeycomb, rubber)


壳单元的沙漏控制壳单元的沙漏控制

一种粘性公式的沙漏控制一种粘性公式的沙漏控制•• IHQ = 1, 2, IHQ = 1, 2, 和和 3 3 是一样的是一样的

一种刚度公式的沙漏控制一种刚度公式的沙漏控制•• IHQ = 4, 5, IHQ = 4, 5, 和和 6 6 是一样的是一样的

IHQ=8 IHQ=8 调用翘曲刚度，用于全积分壳单元公式调用翘曲刚度，用于全积分壳单元公式 1616•• 可正确地求解扭曲梁问题可正确地求解扭曲梁问题


和沙漏相关的关键字和沙漏相关的关键字

**CONTROL_HOURGLASSCONTROL_HOURGLASS•• 设置整体的沙漏公式和沙漏系数设置整体的沙漏公式和沙漏系数

*HOURGLASS*HOURGLASS•• 对指定的对指定的 part part 设置沙漏公式和沙漏系数设置沙漏公式和沙漏系数 ((覆盖整体的设置覆盖整体的设置) ) •• 必须同时在必须同时在 *PART*PART中的中的 HGIDHGID

*CONTROL_ENERGY*CONTROL_ENERGY•• 设置设置 HGEN HGEN 等于等于 22，计算沙漏能，计算沙漏能 ((推荐推荐))

*DATABASE_GLSTAT, *DATABASE_MATSUM*DATABASE_GLSTAT, *DATABASE_MATSUM•• 沙漏能量写到沙漏能量写到 glstatglstat 和和 matsummatsum 文件中文件中

*DATABASE_EXTENT_BINARY*DATABASE_EXTENT_BINARY•• 设置设置 SHGE SHGE 等于等于 22，能够云纹图显示壳中的沙漏能量，能够云纹图显示壳中的沙漏能量


指导原则指导原则

经验经验: : 保持沙漏能保持沙漏能 < 10% < 10% 峰值内能峰值内能::•• 整个系统整个系统 ( ( 检查检查 GLSTAT GLSTAT 文件文件) ) •• 每一个每一个 part ( part ( 检查检查 MATSUM MATSUM 文件文件) )

•• 严重的沙漏如果出现在远离感兴趣部分的粗糙网格中有时严重的沙漏如果出现在远离感兴趣部分的粗糙网格中有时也是可以容忍的也是可以容忍的

施加压力而不是集中节点力施加压力而不是集中节点力 ( ( 集中力更容易激发沙漏集中力更容易激发沙漏模式模式))


指导原则指导原则

对于流体对于流体 ( ( 低剪切强度或者零剪切强度低剪切强度或者零剪切强度), ), 推荐沙漏公推荐沙漏公1 1 ((默认默认) ) ，沙漏系数减小，沙漏系数减小 1 1 到到 2 2 个数量级个数量级..

控制沙漏模式同时减少沙漏能量控制沙漏模式同时减少沙漏能量, , 可参考以下方法可参考以下方法::•• 划分更好的网格划分更好的网格

•• 改变沙漏公式改变沙漏公式 ( ( 整体的或者对整体的或者对 part part 指定的指定的 ))•• 改变单元公式改变单元公式 ( ( 使用全积分单元公式使用全积分单元公式))


LSLS--DYNADYNA中的单元类型中的单元类型

点单元点单元 ((质量单元质量单元, , 惯性单元惯性单元))离散单元离散单元 ((弹簧单元弹簧单元, , 阻尼单元阻尼单元))梁单元梁单元

体单元体单元

壳单元壳单元

厚壳单元厚壳单元

安全带单元安全带单元 ((及其相关部件及其相关部件))EFG EFG 和和 SPH SPH 单元单元((无网格单元无网格单元))


单元定义单元定义

*ELEMENT_...eid, pid, n1, n2, etc

*PART *NODEpid, sid, mid, eosid, hgid, … nid, x, y, z

*HOURGLASShgid, …

*SECTION_... *EOS_GRUNEISENsid, elform, … eosid, …

*MAT_ …mid, rho, …


点单元点单元

**ELEMENT_MASSELEMENT_MASS•• 质量单元质量单元 ID (EID)ID (EID)•• 节点节点 IDID•• 集中质量集中质量

*ELEMENT_INERTIA*ELEMENT_INERTIA•• 单元单元 IDID•• 节点节点 IDID•• 坐标系统坐标系统ID (ID (如果给定主惯性张量如果给定主惯性张量))•• 全局的或者主惯性张量全局的或者主惯性张量

•• 集中质量集中质量 (alternative to *element_mass)(alternative to *element_mass)


**ELEMENT_DISCRETEELEMENT_DISCRETE

无质量的弹簧或阻尼单元无质量的弹簧或阻尼单元

输入输入::•• 单元单元 IDID•• part IDpart ID•• 22个节点个节点: N1, N2 (N2=0 : N1, N2 (N2=0 接地弹簧接地弹簧))•• 弹簧作用方向弹簧作用方向

•• N1 to N2 (N1 to N2 (默认默认), ), 或者或者,,•• 沿着一个向量沿着一个向量 (*define_sd_orientation) (*define_sd_orientation) ––不推荐使用不推荐使用, , 建建议用梁单元公式议用梁单元公式 6 6 来替代来替代

•• 力或力矩的缩放因子力或力矩的缩放因子

•• 输出打印到文件输出打印到文件 DEFORCDEFORC的标识的标识

•• 预紧预紧 (0(0时刻有非零的力或力矩时刻有非零的力或力矩))


**ELEMENT_DISCRETEELEMENT_DISCRETE

对离散单元来说有许多材料模式可供选择对离散单元来说有许多材料模式可供选择

•• *MAT_SPRING_<option>*MAT_SPRING_<option> Force = F(displacement)Force = F(displacement)•• 弹性和非线性弹性弹性和非线性弹性

•• 非弹性非弹性

•• 普通非线性普通非线性

•• Maxwell (Maxwell (刚度呈指数衰减刚度呈指数衰减))

•• *MAT_DAMPER_<option>*MAT_DAMPER_<option> Force = F(velocity)Force = F(velocity)•• 粘性粘性

•• 非线性粘性非线性粘性


**SECTION_DISCRETE(SECTION_DISCRETE(离散单元性质离散单元性质))

选择平动的或转动的选择平动的或转动的

动态放大因子动态放大因子((基于变形率缩放静力的选项基于变形率缩放静力的选项))间隙间隙 ((产生力（扭矩）前的松弛产生力（扭矩）前的松弛))锁定前的拉伸和压缩极限锁定前的拉伸和压缩极限((不能用于串联中的邻近弹簧不能用于串联中的邻近弹簧))失效变形失效变形//转角转角


**ELEMENT_BEAMELEMENT_BEAM

用于模拟细长物体用于模拟细长物体

•• 驾驶杆驾驶杆, , 悬挂部件悬挂部件, , 建筑中的柱子和梁建筑中的柱子和梁, , 钢筋钢筋

输入输入::•• element IDelement ID•• part IDpart ID•• 3 node point ID3 node point ID’’s (s (第三个节点用于确定梁的方向，不总是必第三个节点用于确定梁的方向，不总是必

须的须的))•• 有端点释放选项有端点释放选项

•• 覆盖在覆盖在 **section_beamsection_beam 中指定的截面性质的选项中指定的截面性质的选项

•• 有沿有沿N1N1--toto--N2 N2 轴偏置重心选项轴偏置重心选项


Beam DefinitionBeam Definition

n3

r

n2

t

s

n1


**SECTION_BEAMSECTION_BEAM

梁单元公式梁单元公式

•• 每个节点每个节点6 6 个自由度个自由度

•• HughesHughes--Liu Liu 积分梁积分梁 (ELFORM=1(ELFORM=1，默认的公式，默认的公式))•• 截面应力的计算在梁的中部截面应力的计算在梁的中部

•• BelytschkoBelytschko--SchwerSchwer 合力梁合力梁 (ELFORM=2)(ELFORM=2)•• 没有应力计算没有应力计算 –– 只计算节点处的力和力矩只计算节点处的力和力矩

•• 离散梁离散梁 ((可以零长度可以零长度) (ELFORM=6)) (ELFORM=6)•• 在在66个自由度上给出刚度个自由度上给出刚度//阻尼阻尼

•• 可变形焊点梁单元可变形焊点梁单元 (ELFORM=9)(ELFORM=9)•• 用用 **mat_spotweldmat_spotweld定义材料定义材料;; 可以定义材料的塑性和失可以定义材料的塑性和失

效效



梁单元公式梁单元公式(cont(cont’’d)d)•• 每节点每节点3 3 个自由度个自由度

•• 杆单元杆单元 ((拉伸或者压缩拉伸或者压缩) (ELFORM=3)) (ELFORM=3)•• 索单元索单元 ((只有拉伸只有拉伸) (ELFORM=6)) (ELFORM=6)

•• 必须用必须用 **mat_cablemat_cable 定义材料定义材料


**SECTION_BEAMSECTION_BEAM梁单元性质的输入决定于所选的梁单元公式梁单元性质的输入决定于所选的梁单元公式

•• 积分梁积分梁(1) (1) 和和可变形焊点梁可变形焊点梁 (9) (9) 的输入的输入::•• 积分的类型积分的类型 ((可选择用户自定义的积分公式可选择用户自定义的积分公式) ) •• 截面形状截面形状 ((矩形矩形,,管管形形, W, C, T, Z, W, C, T, Z形形, , 用户自定义用户自定义))•• 外部尺寸外部尺寸 ((或内外直径或内外直径))

•• 合力梁合力梁 (2) (2) 的输入的输入::•• 截面积截面积, , 惯性矩惯性矩, , 剪切面积剪切面积

•• 索单元索单元 (6) (6) 和杆单元和杆单元 (3) (3) 的输入的输入::•• 横截面积横截面积

•• 索单元的偏置，用于考虑初始的松弛或拉伸索单元的偏置，用于考虑初始的松弛或拉伸



梁单元性质的输入决定于所选的梁单元公式梁单元性质的输入决定于所选的梁单元公式

•• 离散梁离散梁 (ELFORM=6)(ELFORM=6)的输入的输入::•• 体积体积: where VOL * : where VOL * ρρ = mass of beam= mass of beam•• INER: INER: 质量惯性矩质量惯性矩 ((如果在材料中指定非零扭转刚如果在材料中指定非零扭转刚度则要求输入度则要求输入))

•• CID: CID: 用于确定初始方向的坐标系用于确定初始方向的坐标系 ID ID •• 如果如果 CID CID 是用是用 *define_coordinate_nodes with *define_coordinate_nodes with

FLAG=1, FLAG=1, 来定义，梁的坐标系统用来定义，梁的坐标系统用 3 3 个节点定个节点定义义

•• (continued)(continued)



•• 离散梁的输入离散梁的输入 (continued):(continued):•• SCOOR: orientation update flagSCOOR: orientation update flag

•• 对有限长度的离散梁，推荐对有限长度的离散梁，推荐 SCOOR=2 SCOOR=2 ，以，以便得到比较真实的响应便得到比较真实的响应

•• 对零长度的离散梁，对零长度的离散梁，SCOORSCOOR可以设置成可以设置成00，，在仿真中如果梁的节点分离开，推荐在仿真中如果梁的节点分离开，推荐SCOOR=3 SCOOR=3

•• RRCON, SRCON, TRCON: RRCON, SRCON, TRCON: 阻止局部坐标系沿阻止局部坐标系沿其轴转动的约束标识其轴转动的约束标识


**ELEMENT_SOLIDELEMENT_SOLID

模拟在三维方向上都比较厚的部件模拟在三维方向上都比较厚的部件

体是完全的体是完全的 33--D D 应力状态，而壳是平面应力单元应力状态，而壳是平面应力单元

体单元要求的输入体单元要求的输入::•• element IDelement ID•• part IDpart ID•• 8 node ID8 node ID’’ss

•• n1,n2,n3,n4,n4,n4,n4,n4 for 4n1,n2,n3,n4,n4,n4,n4,n4 for 4--node tetrahedronnode tetrahedron•• n1,n2,n3,n4,n5,n5,n6,n6 for pentahedron (wedge) n1,n2,n3,n4,n5,n5,n6,n6 for pentahedron (wedge)

对正交异性对正交异性//各向异性的体，在各向异性的体，在*MAT_*MAT_……中有优先级高的定义材料中有优先级高的定义材料

轴方向的选项轴方向的选项


Solid ElementsSolid Elements

4

2

31

6

3

4

2

1

5

7

3

2

64

1

8

5

如果四面体或五面体单元和六面体单元混合使用，在*control_solid中设置 ESORT=1


Solid Element FormulationsSolid Element Formulations

1. 1. 常应力体单元常应力体单元 ((默认默认))•• 有效和稳定的有效和稳定的 88--节点体单元节点体单元

•• 单点积分，需要沙漏控制单点积分，需要沙漏控制

•• 推荐使用但仅限于六面体单元推荐使用但仅限于六面体单元(brick) (brick)

2. 2. 全积分全积分 S/R S/R 体单元体单元

•• 2x2x2 2x2x2 积分积分 ((无沙漏模式无沙漏模式))•• 因为采用选择减缩积分，所以无体积锁定因为采用选择减缩积分，所以无体积锁定 ((常压力单元常压力单元))•• 对大变形问题不是很稳定对大变形问题不是很稳定

•• 形状比不好的单元会导致剪切锁定问题形状比不好的单元会导致剪切锁定问题

单元公式单元公式ELFORM ELFORM 在在 *SECTION_SOLID*SECTION_SOLID中指定中指定


Solid Element FormulationsSolid Element Formulations

3. 3. 全积分带有节点转动自由度的二次体单元全积分带有节点转动自由度的二次体单元

•• 14 14 个积分点，来源于个积分点，来源于2020节点体单元节点体单元

•• 每个节点每个节点6 6 自由度自由度

•• 对线弹性问题结果比较精确，对接近不可压缩材料精度会下对线弹性问题结果比较精确，对接近不可压缩材料精度会下降降

•• 开销大，不建议使用开销大，不建议使用

8, 14. 8, 14. 声学单元声学单元

•• 11点或点或 8 8 点积分点积分

•• 单自由度单自由度 ((压力压力) ) •• 和和 *MAT_ACOUSTIC *MAT_ACOUSTIC 一起使用，用于传递通过流体的一起使用，用于传递通过流体的((低低) ) 压压

力波力波, , 例如水下爆炸耦合分析例如水下爆炸耦合分析


四面体单元四面体单元

4. 4. 减缩积分带有节点转动的二次四面体单元减缩积分带有节点转动的二次四面体单元

•• 4 4 到到 5 5 个积分点个积分点 (*control_solid)(*control_solid)•• 每节点每节点66个自由度个自由度

10. 10. 单点积分四面体单点积分四面体

•• 比公式比公式44快，但更倾向于发生锁定快，但更倾向于发生锁定

•• 如果在如果在**control_solidcontrol_solid中设置中设置 ESORT=1ESORT=1，则使用退化的六面体，则使用退化的六面体

单元公式计算单元公式计算

四面体单元通常比六面体单元刚硬，尤其在弯曲模式下刚四面体单元通常比六面体单元刚硬，尤其在弯曲模式下刚化的响应明显。因此需要用很好的网格来减小这种响应化的响应明显。因此需要用很好的网格来减小这种响应的硬化的硬化..

四面体单元公式四面体单元公式::


四面体单元四面体单元

13. 13. 平均节点压力四面体单元公式平均节点压力四面体单元公式

•• 在塑性流动条件下无体积锁定问题在塑性流动条件下无体积锁定问题

•• 在体成型在体成型//锻造仿真中，当设置锻造仿真中，当设置3D R3D R--自适应网格重自适应网格重

划分时会自动调用此公式划分时会自动调用此公式

44--节点四面体单元公式节点四面体单元公式::


1010--节点四面体节点四面体

有中间节点有中间节点

时间步长是时间步长是44节点四面体的一半节点四面体的一半

在单元的连通性中有可选择的变换向量重新排序单元在单元的连通性中有可选择的变换向量重新排序单元节点节点(*control_solid)(*control_solid)自动接触时将在自动接触时将在1010节点体单元的每一个外表面生成节点体单元的每一个外表面生成44个个三角形面段三角形面段

16. 1016. 10节点四面体单元节点四面体单元

•• 4 4 到到 5 5 个积分点个积分点

•• 每个节点的权因子不相等每个节点的权因子不相等

17. 17. 复合复合 1010节点四面体节点四面体

•• 971971版本才有版本才有

•• 每个节点的权因子是相等的每个节点的权因子是相等的

1010--节点四面体公式节点四面体公式::


Euler/ALE Euler/ALE 体单元公式体单元公式

ALE ALE 和和 Euler Euler 公式公式 (5,6,7,11,12) (5,6,7,11,12) •• 适合于流体或者大变形体适合于流体或者大变形体

•• 材料在单元中输运材料在单元中输运

•• 可以和可以和 LagrangianLagrangian 单元耦合单元耦合

较少使用较少使用::•• ELFORM 5: ALE (ELFORM 5: ALE (网格被平滑过网格被平滑过))•• ELFORM 6: Eulerian (ELFORM 6: Eulerian (节点固定不动节点固定不动))•• ELFORM 7: Eulerian ambient (ELFORM 7: Eulerian ambient (常压力输入流或输出流常压力输入流或输出流))推荐使用推荐使用::•• ELFORM 11: Euler/ALE ELFORM 11: Euler/ALE 多材料公式多材料公式

•• 每个单元可以包含包括空材料在内的多种材料每个单元可以包含包括空材料在内的多种材料(*mat_vacuum)(*mat_vacuum)

•• ELFORM 12: Euler/ALE ELFORM 12: Euler/ALE 空材料的单材料公式空材料的单材料公式


壳单元壳单元

用于模拟比较薄，承受面外弯曲的部件用于模拟比较薄，承受面外弯曲的部件..每个节点每个节点66个自由度个自由度..

壳是平面应力单元壳是平面应力单元,,也就是也就是 σσ3333 等于零等于零..

大量的公式和可选项可供应用时选择大量的公式和可选项可供应用时选择..


**SECTION_SHELLSECTION_SHELL

影响每个单独的壳影响每个单独的壳partpart的控制参数的控制参数

•• 沿厚度方向的积分点的数目沿厚度方向的积分点的数目 (IP)(IP)•• 积分规则积分规则 (Gauss, (Gauss, LobattoLobatto, trapezoidal, user, trapezoidal, user--defined rule)defined rule)•• 每个节点处壳的厚度每个节点处壳的厚度

•• 剪切因子剪切因子 (default = 1.0, 5/6 (default = 1.0, 5/6 是推荐值是推荐值; ; 对沿壳厚度方向的常横对沿壳厚度方向的常横向剪切应力的假设进行修正向剪切应力的假设进行修正) )

•• 参考面参考面 –– 顶面顶面, , 中面中面, , 底面底面 ((只能在只能在 HughesHughes--Liu Liu 壳单元公式壳单元公式 1, 1, 6, 7 6, 7 中设置中设置))

•• 在厚度方向每一个积分点处的材料角度在厚度方向每一个积分点处的材料角度 ((仅可应用于正交异性仅可应用于正交异性材料模型材料模型 22, 23, 33, 34, 36, 54, 55, 56, 59, 103)22, 23, 33, 34, 36, 54, 55, 56, 59, 103)


沿壳厚度方向的积分点沿壳厚度方向的积分点

NIPNIP11 薄膜行为薄膜行为 ((忽略弯曲刚度忽略弯曲刚度))22 可以捕捉线弹性行为可以捕捉线弹性行为 ((默认值默认值))3+3+ 对非线性材料推荐使用对非线性材料推荐使用

•• 较高的较高的 CPU CPU 代价代价

•• 提高计算精度，特别是在弯曲过程中局部区间产生屈服时提高计算精度，特别是在弯曲过程中局部区间产生屈服时

•• 积分点是奇数，一个点在中间积分点是奇数，一个点在中间

沿厚度方向，应变是线性变化的沿厚度方向，应变是线性变化的


沿壳厚度方向的积分点沿壳厚度方向的积分点

数值积分方法数值积分方法•• Gauss (10Gauss (10或或1010个以下积分点的默认方法个以下积分点的默认方法))•• LobattoLobatto (( 外面的积分点在后面的纤维上外面的积分点在后面的纤维上))•• Trapezoidal (Trapezoidal (由于精度原因不推荐使用由于精度原因不推荐使用))•• UserUser--defined (*integration_shell)defined (*integration_shell)

•• ex. ex. 层压的复合材料每一层一个积分点层压的复合材料每一层一个积分点

输出输出•• *DATABASE_EXTENT_BINARY*DATABASE_EXTENT_BINARY，变量，变量 MAXINTMAXINT


**ELEMENT_SHELLELEMENT_SHELL

要求的输入要求的输入

•• 单元单元 IDID•• part ID part ID •• 四边形四边形 4 4 个节点个节点 ( ( 三角形重复第三个节点三角形重复第三个节点))

可选的输入可选的输入

•• 可以覆盖在可以覆盖在*SECTION_SHELL*SECTION_SHELL定义的每个节点的厚度定义的每个节点的厚度

•• 可以为正交异性材料指定另外的材料角度可以为正交异性材料指定另外的材料角度 ((加入到加入到*SECTION_SHELL*SECTION_SHELL 中的材料角中中的材料角中))


壳单元公式壳单元公式

ELFORM=2: BelytschkoELFORM=2: Belytschko--Tsay (BTsay (B--T)T)•• 是默认的公式，效率较高，对大变形问题通常是稳定的公式是默认的公式，效率较高，对大变形问题通常是稳定的公式

•• 面内单点积分，可能出现沙漏模式面内单点积分，可能出现沙漏模式

•• 沿厚度方向的积分点可由用户自定义沿厚度方向的积分点可由用户自定义

•• CoCo--rotational rotational 应力更新应力更新 ((参考参考: : 理论手册第六章理论手册第六章))•• 单元坐标系统设置在单元中心单元坐标系统设置在单元中心

•• 更新的单元坐标系受节点排列顺序影响更新的单元坐标系受节点排列顺序影响 ( ( 除非在除非在*CONTROL_ACCURACY*CONTROL_ACCURACY 中打开不变的节点编号方式标识中打开不变的节点编号方式标识 ))

•• 不太适合翘曲几何，除非在不太适合翘曲几何，除非在*CONTROL_SHELL *CONTROL_SHELL 中调用完全投影的中调用完全投影的BWC BWC 翘曲刚度翘曲刚度 ( ( 这样可以求解扭曲梁问题这样可以求解扭曲梁问题 ))


不变的节点编号方式不变的节点编号方式

不变的节点编号方式在不变的节点编号方式在 *CONTROL_ACCURACY*CONTROL_ACCURACY中设中设

置。置。

•• 对于正交异性材料特别重要对于正交异性材料特别重要

•• 默认情况下，默认情况下，局部坐标系的局部坐标系的 x x 方向由壳单元节点方向由壳单元节点 11--2 2 构成的构成的

边确定边确定

•• 默认的编号方式下，节点序列改变将在非矩形单元中产生不默认的编号方式下，节点序列改变将在非矩形单元中产生不同的局部坐标系。同的局部坐标系。

•• 具有不变编号方式的选项的节点，其节点序列改变将变换局具有不变编号方式的选项的节点，其节点序列改变将变换局部坐标系部坐标系 90 90 度角，不管什么单元的形状。度角，不管什么单元的形状。


不变的节点编号方式不变的节点编号方式

1

4 3

2

ξ

η

14

3 2ξ

η

1

4 3

2

ξ

η

ξ

14

3 2

η

默认使用不变的节点编号方式


壳单元公式壳单元公式

ELFORM=1: HughesELFORM=1: Hughes--LiuLiu•• 在在 LSLS--DYNA DYNA 中使用的第一个公式中使用的第一个公式

•• 和和 BB--T T 壳一样壳一样, , 有一个面内积分点有一个面内积分点

•• 会产生沙漏模式会产生沙漏模式

•• 沿壳厚度方向的积分点数目由使用者控制沿壳厚度方向的积分点数目由使用者控制

•• 使用较慢的使用较慢的 Jaumann Jaumann 应力变化率更新应力变化率更新 ((参考参考: LS: LS--DYNA DYNA 理论手理论手册第九章册第九章))

•• 推荐用于面内剪切变形很大的单元推荐用于面内剪切变形很大的单元

•• 计算时间大概是计算时间大概是 BB--T T 壳的壳的 2 2 倍倍•• OK for warped geometries if nodal fibers are incrementally OK for warped geometries if nodal fibers are incrementally

and uniquely updated (IRNXX=and uniquely updated (IRNXX=--2 in *control_shell)2 in *control_shell)•• 可以设置壳的参考面是上表面可以设置壳的参考面是上表面, , 中性面中性面 ((默认默认), ), 或者下表面或者下表面


具有具有 2x2 2x2 积分点的壳单元公式积分点的壳单元公式

有时被称为全积分壳有时被称为全积分壳

4 4 个面内积分点，消除了个面内积分点，消除了5 5 个沙漏模式中的个沙漏模式中的 4 4 个个 ( ( 仍有仍有ww--mode )mode )厚度方向的积分点由使用者控制厚度方向的积分点由使用者控制

一般地，对于严重变形一般地，对于严重变形 / / 扭曲的单元该算法不是鲁棒的扭曲的单元该算法不是鲁棒的

全积分公式全积分公式::•• ELFORM=6: HughesELFORM=6: Hughes--Liu with Jaumann rate stress updateLiu with Jaumann rate stress update

•• 计算时间是默认计算时间是默认 BB--T T 壳的壳的 10 10 倍多倍多

•• ELFORM=7: HughesELFORM=7: Hughes--Liu with coLiu with co--rotational stress updaterotational stress update•• 计算时间是默认计算时间是默认 BB--T T 壳的壳的 5 5 倍多倍多


具有具有 2x2 2x2 积分点的壳单元公式积分点的壳单元公式

全积分公式全积分公式 (continued):(continued):

•• ELFORM=16: ELFORM=16: ‘‘快速的快速的’’, , 全积分的有全积分的有coco--rotational rotational 应力更新的应力更新的BelytschkoBelytschko--TsayTsay

•• 和和 6 6 和和 7 7 不同不同, , 具有具有 BatheBathe--Dvorkin Dvorkin 横向剪切处理可以消横向剪切处理可以消除除 w w 模式的沙漏模式的沙漏 ( ( 扭转模式扭转模式))

•• 计算效率相对较高计算效率相对较高 –– 计算时间是默认计算时间是默认 BB--T T 壳的壳的 2.5 2.5 到到 3 3 倍倍多多

•• 如果调用沙漏公式如果调用沙漏公式 8 8 ，则可适用于翘曲几何，则可适用于翘曲几何 ((求解扭转梁求解扭转梁问题问题))

•• 需要的场合推荐使用需要的场合推荐使用

•• 粗糙的网格粗糙的网格

•• 有难处理的沙漏问题有难处理的沙漏问题

•• 比默认的比默认的 BB--T T 壳稍刚硬壳稍刚硬 ((更贴近实际情况更贴近实际情况) )


膜单元膜单元

膜单元不能承载弯矩或者横向剪切力膜单元不能承载弯矩或者横向剪切力

沿厚度方向单点积分沿厚度方向单点积分

对基于对基于 BelytschkoBelytschko--TsayTsay 单元的膜使用特殊的壳公式单元的膜使用特殊的壳公式

•• ELFORM=5: ELFORM=5: 面内单点积分面内单点积分

•• 计算时间比默认的计算时间比默认的 NIP=1NIP=1，，ELFORM=2 ELFORM=2 少少•• 必须在必须在*SECTION_SHELL *SECTION_SHELL 中指定中指定 NIP=1NIP=1以获得正确的刚以获得正确的刚度度

•• ELFORM=9: ELFORM=9: 全积分公式全积分公式 ( 4 ( 4 个面内积分点个面内积分点 ))•• 推荐气囊使用推荐气囊使用

•• 对对 **MAT_FABRICMAT_FABRIC，会自动调用该公式的特别版本，会自动调用该公式的特别版本


三角形壳单元三角形壳单元

典型地用在网格过渡区，避免翘曲的壳，复杂几何典型地用在网格过渡区，避免翘曲的壳，复杂几何

三角形单元通常比四边形单元刚硬三角形单元通常比四边形单元刚硬 ( ( 不推荐使用不推荐使用 ))•• ELFORMsELFORMs 1,2,10: 1,2,10: 退化的四边形单元退化的四边形单元 ((非常硬非常硬; ; 避免使用避免使用!)!)•• ELFORM 4: C0 ELFORM 4: C0 三角形单元三角形单元 ((弯曲方向的刚度增加可以忽略弯曲方向的刚度增加可以忽略; ;

对于膜单元以及剪切单元刚度会有显著的增加对于膜单元以及剪切单元刚度会有显著的增加))•• ELFORM 3: BCIZ ELFORM 3: BCIZ 三角形单元三角形单元 ((计算更加费时计算更加费时; ; 精度和精度和C0 C0 三角三角

形单元相比没有提高形单元相比没有提高))三角形单元的计算更加费时三角形单元的计算更加费时

•• 更小的时间步长更小的时间步长 ((默认特征长度是三角形三边的短的高度默认特征长度是三角形三边的短的高度))•• 用三角形单元划分会产生更多的单元数用三角形单元划分会产生更多的单元数

三角形单元没有沙漏三角形单元没有沙漏 ( ( 优点优点))在在 *CONTROL_SHELL *CONTROL_SHELL 设置标识对所有的三角形单元调用设置标识对所有的三角形单元调用 C0 C0 公公式式


推荐使用的壳单元公式推荐使用的壳单元公式

壳单元类型单点积分单元公式

全积分单元公式

四边形 2* 16

三角形 4 N/A

膜单元 5 9

*推荐使用有全投射的 BWC 翘曲刚度 (*control_shell) ，对正交异性材料，使用不变的节点编号方式 (*control_accuracy).


**CONTROL_SHELLCONTROL_SHELL

影响所有壳性质的全局控制参数影响所有壳性质的全局控制参数•• 自动为三角形单元设置自动为三角形单元设置 C0 C0 公式公式

•• 由于薄膜应力引起的厚度改变由于薄膜应力引起的厚度改变

•• 对对 BB--T T 壳单元增加壳单元增加 BWC BWC 翘曲刚度翘曲刚度

•• 设置默认的壳单元公式设置默认的壳单元公式

•• 沿厚度方向的积分选择沿厚度方向的积分选择 Gauss Gauss 或者或者 LobattoLobatto 方法方法

•• 壳的法向更新标识壳的法向更新标识

•• ＝＝ --2 (unique nodal fibers) 2 (unique nodal fibers) 如果如果 HH--L L 壳的参考面不在中性面壳的参考面不在中性面或者为或者为 HH--L L 壳提供正确的翘曲刚度壳提供正确的翘曲刚度

•• 对经过选择的复合材料模型，使用层铺壳理论对经过选择的复合材料模型，使用层铺壳理论

•• 对沿厚度方向有温度变化的壳激活热壳选项对沿厚度方向有温度变化的壳激活热壳选项


由于壳的变形引起的非正常终止由于壳的变形引起的非正常终止

如果在壳单元中产生如果在壳单元中产生 0 0 或负或负 JacobianJacobian，则产生非正常，则产生非正常的计算终止的计算终止

•• 经常是由不好的单元形状引起的经常是由不好的单元形状引起的

•• 对全积分的壳多有发生对全积分的壳多有发生

在在 970 970 版本中，可进行特别的检查来识别版本中，可进行特别的检查来识别““不好的不好的””单单元，一旦发现，结果是终止计算，或者是删除坏单元元，一旦发现，结果是终止计算，或者是删除坏单元后继续计算后继续计算..•• 有两个标识控制这种检查，一个是用于单点积分的有两个标识控制这种检查，一个是用于单点积分的壳，另一个是用于全积分的壳壳，另一个是用于全积分的壳 (*control_shell)(*control_shell)


用于壳单元的体积粘性用于壳单元的体积粘性

在在 **control_bulk_viscositycontrol_bulk_viscosity 中设置中设置TYPE = TYPE = --11为壳调用体积粘性为壳调用体积粘性

抑制虚假能量的增加和应力振荡抑制虚假能量的增加和应力振荡


壳输出的说明壳输出的说明

应力可以在厚度方向的积分点输出应力可以在厚度方向的积分点输出•• LobattoLobatto 积分方法使用壳的真实外表面的两点作为积分点积分方法使用壳的真实外表面的两点作为积分点

•• 全积分壳在厚度方向的每一层输出面内全积分壳在厚度方向的每一层输出面内 4 4 个积分点的平均值个积分点的平均值

•• 在在 **database_extent_binary database_extent_binary 中通过参数中通过参数 MAXINT MAXINT 指定输出积指定输出积分点的数目分点的数目 ( ( 默认是默认是 3 )3 )

应变只能在壳的上、下两个表面积分点处输出应变只能在壳的上、下两个表面积分点处输出•• 厚度方向上的应变变化假定是线性的厚度方向上的应变变化假定是线性的

•• 必须在必须在**database_extent_binarydatabase_extent_binary中设置中设置 STRFLG=1 STRFLG=1 才能输出才能输出弹性应变弹性应变


壳输出的说明壳输出的说明

壳单元在二进制输出文件壳单元在二进制输出文件(d3plot, d3thdt)(d3plot, d3thdt)中输出的数据是中输出的数据是全局坐标系下的结果全局坐标系下的结果 ( ( 除非在除非在**database_extent_binarydatabase_extent_binary中中设定设定 CMPFLG=1, CMPFLG=1, 这样正交异性这样正交异性//各向异性材料的数据可各向异性材料的数据可存储在材料坐标系中存储在材料坐标系中))

在在 ELOUT ELOUT 文件中的壳数据是在单元局部坐标系中的文件中的壳数据是在单元局部坐标系中的 (x (x 轴沿轴沿 N1N1--N2 N2 边边, z , z 轴垂直于壳轴垂直于壳))


22--D D 单元单元

输入类似壳单元，因为用四边形或者三角形定义的输入类似壳单元，因为用四边形或者三角形定义的

22--D D 单元的公式单元的公式

•• 12 = 12 = 平面应力平面应力

•• 13 = 13 = 平面应变平面应变

•• 14 = 14 = 轴对称单元轴对称单元 ((面积加权的面积加权的) ) –– 推荐用于轴对称高能炸药推荐用于轴对称高能炸药

•• 15 = 15 = 轴对称单元轴对称单元 ((体积加权的体积加权的))单元建模在单元建模在 xx--y y 平面内平面内 (y (y 轴是公式轴是公式14 14 和和 15 15 对称轴对称轴))在在**section_shellsection_shell 中设置中设置 NIP=4 NIP=4 为单元为单元 13 13 和和 1515 调用全积分公式调用全积分公式

单元单元 1515的力是单位弧度的力，单元的力是单位弧度的力，单元 13 13 的力是单位长度的力。的力是单位长度的力。

不要和不要和 3D 3D 单元公式混淆单元公式混淆

对这些单元只能使用对这些单元只能使用 *CONTACT_2D_... *CONTACT_2D_... 类型的接触类型的接触..


厚壳单元厚壳单元

象体单元，有象体单元，有 8 8 个节点个节点

力学行为更象力学行为更象 4 4 节点的壳单元节点的壳单元

•• 平面应力假设在平面应力假设在 ELFORMsELFORMs 1 and 21 and 2•• 厚度方向的积分点数目由使用者用户指定厚度方向的积分点数目由使用者用户指定

特别要小心单元的连通性特别要小心单元的连通性

•• N1,N2,N3,N4 N1,N2,N3,N4 定义单元的下表面定义单元的下表面

参看命令参看命令 **Section_TshellSection_Tshell, *, *Element_TshellElement_Tshell


Exercise 2aExercise 2aandand



刚体刚体

强大的刚体模拟能力强大的刚体模拟能力 (RB)(RB)

刚体可以用由刚体可以用由 *MAT_RIGID (material 20)*MAT_RIGID (material 20)构成的单元来定义构成的单元来定义

一个刚体可以用一个节点的集合来定义一个刚体可以用一个节点的集合来定义

两个或更多的刚体可以合并成一个刚体两个或更多的刚体可以合并成一个刚体

可以增加节点到一个已有的刚体中可以增加节点到一个已有的刚体中

两个刚体之间可以定义连接两个刚体之间可以定义连接, , 如球形连接等如球形连接等..材料可以在刚性和弹性之间转换材料可以在刚性和弹性之间转换

多种接触处理方式适用于刚体多种接触处理方式适用于刚体

刚体的惯性性质和初始条件可以直接定义刚体的惯性性质和初始条件可以直接定义


刚体刚体

刚体的计算很快刚体的计算很快

•• 一个刚体只有一个刚体只有66个自由度个自由度 ((计算在刚体的重心计算在刚体的重心 (CG)(CG)进行进行))•• 无应力计算无应力计算

d3hsp d3hsp 文件中有所有刚体质量特性的总结文件中有所有刚体质量特性的总结

*DATABASE_RBDOUT *DATABASE_RBDOUT 控制输出包含刚体运动时间历程的结果控制输出包含刚体运动时间历程的结果文件文件

刚体重心载荷的定义用关键字：刚体重心载荷的定义用关键字： *LOAD_RIGID_BODY*LOAD_RIGID_BODY•• 力或者力矩力或者力矩

•• 整体坐标系或者局部坐标系整体坐标系或者局部坐标系; ; 以及跟随力以及跟随力

•• 时间或位移的函数时间或位移的函数


刚体刚体

不推荐在刚体的节点上定义约束或者边界条件不推荐在刚体的节点上定义约束或者边界条件

•• 不允许定义节点约束不允许定义节点约束

•• 指定的位移或者速度定义使用关键字：指定的位移或者速度定义使用关键字：*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID

•• 运动可以在固定的坐标系统指定，也可以在变化的局部坐标系运动可以在固定的坐标系统指定，也可以在变化的局部坐标系(_LOCAL option)(_LOCAL option)中指定中指定

•• 使用关键字使用关键字 *PART_INERTIA*PART_INERTIA可以重新定位刚体的重心可以重新定位刚体的重心

•• 例外例外: : 指定刚体的加速度指定刚体的加速度, , 使用关键字使用关键字**boundary_prescribed_motion_nodeboundary_prescribed_motion_node 指定加速度到刚体的一个节点指定加速度到刚体的一个节点上上

定义刚体的初始速度定义刚体的初始速度, , 有以下方法有以下方法……•• *INITIAL_VELOCITY_RIGID_BODY*INITIAL_VELOCITY_RIGID_BODY•• *INITIAL_VELOCITY with IRIGID flag on*INITIAL_VELOCITY with IRIGID flag on•• *PART_INERTIA (*PART_INERTIA (要求输入质量特性要求输入质量特性))•• *INITIAL_VELOCITY_GENERATION*INITIAL_VELOCITY_GENERATION


定义刚体定义刚体

设定设定 *MAT_RIGID (material 20) *MAT_RIGID (material 20) 到任何一个到任何一个 partpart•• 基于接触考虑，基于接触考虑，E E 和和 νν 是必须的是必须的

•• 刚体重心的约束刚体重心的约束 ((平动和转动平动和转动) ) 在定义刚体时定义在定义刚体时定义

•• 质量性质质量性质 (CG, (CG, 质量质量, , 惯量惯量, , 初始速度初始速度) ) 可以直接用可以直接用*PART_INERTIA*PART_INERTIA定义定义

节点刚性体节点刚性体Nodal Rigid Body (NRB) Nodal Rigid Body (NRB) 用用**CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY_optionCONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY_option 定义定义

•• 刚体由一个节点的集合定义刚体由一个节点的集合定义, , 其中任何节点都可以和变形体其中任何节点都可以和变形体共享共享 ((共享节点的质量是刚体的集中质量共享节点的质量是刚体的集中质量))

•• 刚体的约束使用刚体的约束使用 SPC SPC 选项选项

•• 质量性质和初始速度可以直接用质量性质和初始速度可以直接用 INERTIA INERTIA 选项来定义选项来定义


添加刚体添加刚体

用用 *CONSTRAINED_EXTRA_NODES *CONSTRAINED_EXTRA_NODES 添加节点到一添加节点到一

个已有的刚体中个已有的刚体中•• 为了定义连接，添加无质量的节点到已有的刚体中为了定义连接，添加无质量的节点到已有的刚体中

•• 添加变形体（添加变形体（ partpart）到刚体中）到刚体中

用用*CONSTRAINED_RIGID_BODIES *CONSTRAINED_RIGID_BODIES 可以把两个或更可以把两个或更

多的刚体合并成一个刚体多的刚体合并成一个刚体


警告警告!!

在同一个在同一个设定为设定为**mat_rigidmat_rigid材料的材料的 Part Part 中的单元，将中的单元，将作为一个刚体看待，只有作为一个刚体看待，只有66个自由度。即使这些单元没个自由度。即使这些单元没有连接在一起也是这样有连接在一起也是这样!!•• 例如例如: : 刚性的球轴承应该让每一个滚珠都有一个单独的刚性的球轴承应该让每一个滚珠都有一个单独的partpart


两个刚体之间的连接两个刚体之间的连接

连接用于控制两个刚体之间相关联的运动连接用于控制两个刚体之间相关联的运动

连接定义的类型连接定义的类型

•• 球形连接球形连接, , 转动连接转动连接, , 万向连接万向连接, , 柱面连接等柱面连接等 (next slide)(next slide)•• 机器机器//机械连接机械连接 ((发动机发动机, , 齿轮齿轮, , 滑轮滑轮, , 螺纹螺纹, rack, rack--andand--pinion, pinion, 等速度等速度))•• 锁定连接锁定连接 ((测量测量22个刚体之间的力个刚体之间的力))对球形连接和转动连接有可选阻尼对球形连接和转动连接有可选阻尼

关键字关键字

•• *CONSTRAINED_JOINT_type*CONSTRAINED_JOINT_type•• *CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS (*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS (提供对无约束自由度施加提供对无约束自由度施加

非线性平动或转动阻力的选项非线性平动或转动阻力的选项))•• *DATABASE_JNTFORC *DATABASE_JNTFORC 输出连接力和力矩输出连接力和力矩

默认的公式是基于惩罚的默认的公式是基于惩罚的. . 利用利用**control_rigidcontrol_rigid，可以调用可选的，可以调用可选的LagrangeLagrange乘子法公式乘子法公式..


刚体连接刚体连接

142

3

13

4

2

Planar joint

1 3

2 4

Cylindrical joint

1,2

Spherical jointRevolute joint

Universal joint

1,2

3

4

(3 tranls*)

Translational joint

6

5

1 3

42

(3 transl.)

括号内是锁定的自由度数目

(3 transl, 2 rot)

* Also 1,3 remains perpendicular to 2,4.

(2 transl, 2 rot)

(1 transl, 2 rot) (2 transl, 3 rot)


变形体变形体--刚体的切换刚体的切换

材料可以在刚体材料和可变形材料之间切换材料可以在刚体材料和可变形材料之间切换 ((手动或自动手动或自动).).在在CPUCPU的用时上可以显著节约时间的用时上可以显著节约时间..*DEFORMABLE_TO_RIGID*DEFORMABLE_TO_RIGID•• 计算开始时切换指定的变形体材料到刚体材料计算开始时切换指定的变形体材料到刚体材料

•• 并给后续的到刚体的切换分配内存并给后续的到刚体的切换分配内存

小型重启动可手工切换小型重启动可手工切换

•• *RIGID_DEFORMABLE_R2D*RIGID_DEFORMABLE_R2D•• *RIGID_DEFORMABLE_D2R*RIGID_DEFORMABLE_D2R用用 **DEFORMABLE_TO_RIGID_AUTOMATICDEFORMABLE_TO_RIGID_AUTOMATIC可自动切换可自动切换

•• 在指定的时间切换在指定的时间切换

•• 由接触力触发切换由接触力触发切换

•• 由刚性墙力触发切换由刚性墙力触发切换


刚体接触刚体接触

使用任何基于惩罚的接触计算都是很好的使用任何基于惩罚的接触计算都是很好的 ., ., *contact_automatic_single_surface, with rigid bodies*contact_automatic_single_surface, with rigid bodies•• 刚体网格应该足够地细化刚体网格应该足够地细化

•• 单向接触通常用刚体作为主面单向接触通常用刚体作为主面

也可以使用刚体和刚体的接触类型也可以使用刚体和刚体的接触类型

•• RIGID_BODY_TWO_WAY_TO_RIGID_BODYRIGID_BODY_TWO_WAY_TO_RIGID_BODY•• RIGID_NODES_TO_RIGID_BODYRIGID_NODES_TO_RIGID_BODY•• RIGID_BODY_ONE_WAY_TO_RIGID_BODYRIGID_BODY_ONE_WAY_TO_RIGID_BODY

•• 用户指定力和穿透量的关系曲线用户指定力和穿透量的关系曲线

•• 刚体和刚体的接触类型也可用于变形体刚体和刚体的接触类型也可用于变形体 ((虽然实际中从未见过虽然实际中从未见过))


**CONTACT_ENTITYCONTACT_ENTITY

接触体是附着在任何刚体上的基于惩罚的接触表面接触体是附着在任何刚体上的基于惩罚的接触表面..在该刚体和任何变形体结点在该刚体和任何变形体结点((称作从节点称作从节点))之间处理接之间处理接触触..几何实体几何实体

•• 解析面解析面 ((柱面柱面, , 平面平面, , 球面球面, , 环形面环形面, , 椭球面椭球面))•• 表面不受有限元单元网格细化的影响表面不受有限元单元网格细化的影响

•• VDA/IGES VDA/IGES 表面表面, , 旋转面旋转面(via curve).(via curve).通常比网格化的接触面更精确更有效通常比网格化的接触面更精确更有效

如果如果contact_entitycontact_entity可视化的标记打开可视化的标记打开 (GO=1), (GO=1), 除非除非使用使用*PART_INERTIA *PART_INERTIA ，否则刚体的质量特性会受影，否则刚体的质量特性会受影

响响


接触实体的一些应用接触实体的一些应用

金属成型中的刚性模具表面金属成型中的刚性模具表面

刚体假人的椭球面刚体假人的椭球面

•• LSLS--DYNA FEA dummiesDYNA FEA dummies•• MADYMO dummiesMADYMO dummies

用梁单元模拟刚性转向系统用梁单元模拟刚性转向系统

•• 接触实体提供了一个光滑的环形接触面接触实体提供了一个光滑的环形接触面


刚性体和刚性体和 *RIGIDWALL*RIGIDWALL

**RIGIDWALL RIGIDWALL 提供了另一种定义接触刚性表面的方法提供了另一种定义接触刚性表面的方法

•• *RIGIDWALL *RIGIDWALL 在塑性碰撞中产生能量损耗在塑性碰撞中产生能量损耗

•• 相反地，相反地， *MAT_RIGID *MAT_RIGID 加加 **CONTACT CONTACT 在弹性碰撞中保持能量守在弹性碰撞中保持能量守

恒恒

刚体和刚性强的相互作用刚体和刚性强的相互作用

•• 在在**CONTROL_CONTACTCONTROL_CONTACT中设置中设置 RWPNAL = 1.0 RWPNAL = 1.0 引入刚性体和引入刚性体和*RIGIDWALL_PLANAR*RIGIDWALL_PLANAR接触接触

•• 刚体节点必须是刚体节点必须是 *RIGIDWALL*RIGIDWALL的从节点的从节点

•• *RIGIDWALL_GEOMETRIC *RIGIDWALL_GEOMETRIC 不能和刚性体相互作用不能和刚性体相互作用


惯性方面的考虑惯性方面的考虑

在在LSLS--DYNADYNA中中, , 质量是分布在节点上，变形体和刚体质量是分布在节点上，变形体和刚体都是这样都是这样..如果网格粗糙的话，这种近似的质量分布可能对如果网格粗糙的话，这种近似的质量分布可能对 partpart的惯性有很大影响的惯性有很大影响. . 惯性张量项会影响惯性张量项会影响 part part 的转动加的转动加

速度速度

当给刚体划分网格时，应该避免使用很粗糙的网格当给刚体划分网格时，应该避免使用很粗糙的网格


惯性考虑惯性考虑: : 举例举例

考察一个考察一个 2525--mm mm 立方体立方体..22种情况种情况: : 壳单元壳单元 ((仅仅外表面仅仅外表面) ) 和体和体

每种情况考虑每种情况考虑 5 5 种网格密度种网格密度..分别施加右图所示的扭矩分别施加右图所示的扭矩


Inertia Considerations: ExampleInertia Considerations: Example

shellsshells

solidssolids


Inertia Considerations: ExampleInertia Considerations: Example

shellsshells

solidssolids

转动时不一样的转动时不一样的


MMI: Mass Moment of InertiaMMI: Mass Moment of Inertiaunits: mm, kg, msunits: mm, kg, ms

Number of elementsNumber of elements LSLS--DYNA calculated DYNA calculated MMIMMI

shellsshells solidssolids shellsshells solidssolids

66 11 2525 38.3838.38 38.3838.38 12.7912.79 200%200%

2424 88 12.512.5 25.5925.59

22.3922.39

21.5921.59

21.3921.39

19.1919.19 12.7912.79 50%50%

9696 6464 6.256.25 14.3914.39 12.7912.79 12.5%12.5%

384384 512512 3.1253.125 13.1913.19 12.7912.79 3.1%3.1%

15361536 40964096 1.56251.5625 12.8912.89 12.7912.79 0.8%0.8%

Actual Actual MMI MMI

(solid)(solid)

% Error% Errorsolidssolids

Element Element lengthlength


发动机主要部件通常是简化的模型发动机主要部件通常是简化的模型


发动机的质量特性发动机的质量特性

默认质量特性默认质量特性((基于网格和材料密度基于网格和材料密度))

mass of rigid body = 136.9mass of rigid body = 136.9

principal inertias principal inertias i11 = 0.5921E+07i11 = 0.5921E+07i22 = 0.1018E+08i22 = 0.1018E+08i33 = 0.1075E+08i33 = 0.1075E+08

principal directionsprincipal directionsrow1= 0.9769 0.0773 0.1994row1= 0.9769 0.0773 0.1994row2= 0.0223 0.8905 row2= 0.0223 0.8905 --0.45430.4543row3= row3= --0.2127 0.4483 0.86820.2127 0.4483 0.8682

用户可以使用用户可以使用*PART_INERTIA*PART_INERTIA直接定义刚体的质量特性直接定义刚体的质量特性

mass of rigid body = 230.5mass of rigid body = 230.5

principal inertias principal inertias i11 = 0.1251E+08i11 = 0.1251E+08i22 = 0.6074E+08i22 = 0.6074E+08i33 = 0.5874E+08i33 = 0.5874E+08

principal directionsprincipal directionsrow1= 0.9706 row1= 0.9706 --0.1544 0.1544 --0.18470.1847row2= 0.0714 0.9173 row2= 0.0714 0.9173 --0.39170.3917row3= 0.2299 0.3670 0.9013row3= 0.2299 0.3670 0.9013


铰链壳例子铰链壳例子


定义节点和单元定义节点和单元

**NODENODE$ $ nidnid x y z x y z tctc rcrc

1 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 01 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0 002 1.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 02 1.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0 003 0.000000000E+00 1.000000000E+00 0.000000000E+00 03 0.000000000E+00 1.000000000E+00 0.000000000E+00 0 004 1.000000000E+00 1.000000000E+00 0.000000000E+00 04 1.000000000E+00 1.000000000E+00 0.000000000E+00 0 007 0.000000000E+007 0.000000000E+00--1.000000000E+00 0.000000000E+00 0 01.000000000E+00 0.000000000E+00 0 08 1.000000000E+008 1.000000000E+00--1.000000000E+00 0.000000000E+00 0 01.000000000E+00 0.000000000E+00 0 09 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 09 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0 0010 1.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 010 1.000000000E+00 0.000000000E+00 0.000000000E+00 0 00

$$*ELEMENT_SHELL*ELEMENT_SHELL$ $ eideid pidpid n1 n2 n3 n4n1 n2 n3 n4

1 1 1 3 4 21 1 1 3 4 23 2 7 9 10 83 2 7 9 10 8

$$


Define Parts and SectionsDefine Parts and Sections

**PARTPART$ $ pidpid sidsid mid mid eosideosid hgidhgid gravgrav adpoptadpoptrotatingrotating

1 1 11 1 1fixedfixed

2 1 22 1 2$$$$*SECTION_SHELL*SECTION_SHELL$ $ sidsid elformelform shrfshrf nip nip proptpropt qr/iridqr/irid icompicomp

1 2 3.01 2 3.0$ t1 t2 t3 t4 $ t1 t2 t3 t4 nlocnloc

0.1 0.1 0.1 0.10.1 0.1 0.1 0.1$$


Define MaterialsDefine Materials

**MAT_RIGIDMAT_RIGID$ mid $ mid roro e pr n couple m e pr n couple m

1 7.000E1 7.000E--04 3.000E+07 3.000E04 3.000E+07 3.000E--01 01 $ $ cmocmo con1 con2con1 con2

$ lco/a1 a2 a3 v1 v2 v3$ lco/a1 a2 a3 v1 v2 v3

$$*MAT_RIGID*MAT_RIGID$ mid $ mid roro e pr n couple m e pr n couple m

2 7.000E2 7.000E--04 3.000E+07 3.000E04 3.000E+07 3.000E--01 01 $ $ cmocmo con1 con2con1 con2

1.0 7 71.0 7 7$ lco/a1 a2 a3 v1 v2 v3$ lco/a1 a2 a3 v1 v2 v3

$$


Define Revolute JointDefine Revolute Joint

**CONSTRAINED_JOINT_REVOLUTECONSTRAINED_JOINT_REVOLUTE$$$ Create a revolute joint between two rigid bodies. The rigid $ Create a revolute joint between two rigid bodies. The rigid bodies mustbodies must$ share a common edge to define the joint along. This edge, ho$ share a common edge to define the joint along. This edge, however, mustwever, must$ not have the nodes merged together. Rigid bodies A and B wil$ not have the nodes merged together. Rigid bodies A and B will rotate l rotate $ relative to each other along the axis defined by the common e$ relative to each other along the axis defined by the common edge.dge.$$$ Nodes 1 and 2 are on rigid body A and coincide with nodes 9 a$ Nodes 1 and 2 are on rigid body A and coincide with nodes 9 and 10nd 10$ on rigid body B, respectively. (This defines the axis of rot$ on rigid body B, respectively. (This defines the axis of rotation.)ation.)$$$ The relative penalty stiffness on the revolute joint is to be$ The relative penalty stiffness on the revolute joint is to be 1.0,1.0,$ the joint is well lubricated, thus no damping at the joint is$ the joint is well lubricated, thus no damping at the joint is supplied.supplied.$$$ n1 n2 n3 n4 n5 n6 $ n1 n2 n3 n4 n5 n6 rpsrps

1 9 2 10 1 9 2 10 1.01.0$$


Define LoadingDefine Loading

$$*LOAD_NODE_POINT*LOAD_NODE_POINT$ $ nidnid dofdof lcidlcid sfsf cid m1 m2cid m1 m2

3 3 1 3 3 1 --1.01.04 3 1 4 3 1 --1.01.0

$$$$*DEFINE_CURVE*DEFINE_CURVE$ $ lcidlcid sidrsidr sclascla sclosclo offaoffa offooffo

11$ abscissa ordinate$ abscissa ordinate

0.0 1.000.0 1.001.0 1.001.0 1.00

$$


Control Control TimestepTimestep

$$*CONTROL_TIMESTEP*CONTROL_TIMESTEP$ $ dtinitdtinit scftscft isdoisdo tslimttslimt dtmsdtms lctmlctm erodeerode

55$$*DEFINE_CURVE*DEFINE_CURVE$ $ lcidlcid sidrsidr sclascla sclosclo offaoffa offooffo

55$ abscissa ordinate$ abscissa ordinate

0.0 4.15E0.0 4.15E--06 06 1.0 4.15E1.0 4.15E--06 06

$$


ResultsResults


悬挂系统悬挂系统

3 3 个转动连接个转动连接

2 2 个球形连接个球形连接


刚体假人刚体假人

GEBODGEBODHybrid IIIHybrid III


GEBOD GEBOD 假人假人

GEBODGEBOD刚体假人在模型中用关键刚体假人在模型中用关键字字 *COMPONENT_GEBOD*COMPONENT_GEBOD是是

自动创建的自动创建的

在在LSLS－－DYNADYNA中假人运动的微分方中假人运动的微分方程是隐式积分的程是隐式积分的..

GEBOD GEBOD 假人的初始位置是非互动假人的初始位置是非互动的，具体见的，具体见LSLS--DYNADYNA 用户手册用户手册附录附录KK

right upper arm

right lower arm

right hand

right upper leg

right lower leg

head

right shoulder neck

upper torso

middle torso

right foot

lower torso


GEBOD GEBOD 假人假人

**COMPONENT_GEBOD_COMPONENT_GEBOD_optionoptionOPTIONOPTION 指定假人类型指定假人类型. . 男人和女人都是成年人，儿童无性别男人和女人都是成年人，儿童无性别..

•• 男人男人, , 女人女人 ((大小是指定高度的百分数，从大小是指定高度的百分数，从 0 0 到到 100)100)•• 儿童儿童 ((大小按年龄指定，从大小按年龄指定，从 2424各月各月到到 240240个月个月))

*COMPONENT_GEBOD_JOINT_*COMPONENT_GEBOD_JOINT_optionoptionOPTIONOPTION 允许改变连接特性允许改变连接特性. . 设置连接参数值为设置连接参数值为00使用内部默认值。使用内部默认值。下列选项可以使用下列选项可以使用. .

•• PELVIS, WAIST, LOWER_NECK, UPPER_NECK, PELVIS, WAIST, LOWER_NECK, UPPER_NECK, LEFT_SHOULDER, RIGHT_SHOULDER, LEFT_ELBOW, LEFT_SHOULDER, RIGHT_SHOULDER, LEFT_ELBOW, RIGHT_ELBOW, LEFT_HIP, RIGHT_HIP, LEFT_KNEE, RIGHT_ELBOW, LEFT_HIP, RIGHT_HIP, LEFT_KNEE, RIGHT_KNEE, LEFT_ANKLE, RIGHT_ANKLERIGHT_KNEE, LEFT_ANKLE, RIGHT_ANKLE

*CONTACT_GEBOD_*CONTACT_GEBOD_optionoptionAlternate to regular contact. Part Ids of dummy need not be knoAlternate to regular contact. Part Ids of dummy need not be known wn a priori.a priori.


HYBRID III DummiesHYBRID III Dummies

一个插件式的 Hybrid III 假人，

使用关键字*COMPONENT_HYBRIDIII 可以自动生成

和标准的有限元假人相比计算量很少.

Jacket, face, and/or pelvis may optionally be flagged as deformable.


BuiltBuilt--in HYBRID III Dummiesin HYBRID III Dummies

•• **COMPONENT_HYBRIDIIICOMPONENT_HYBRIDIII•• 大小可以是标准大小的大小可以是标准大小的 55％％, 50, 50％％, , 或者或者 9595％％•• 选定的单位系统选定的单位系统

•• 可全局定位可全局定位

•• *COMPONENT_HYBRIDIII_JOINT_*COMPONENT_HYBRIDIII_JOINT_optionoption•• OPTIONOPTION 允许改变连接特性。连接参数设置为允许改变连接特性。连接参数设置为00时采用内部默时采用内部默

认值认值..•• 连接位置是由每个连接自由度的初始角度决定连接位置是由每个连接自由度的初始角度决定..

• 相关的输出控制使用关键字 *DATABASE_H3OUT• 头部，胸部，骨盆的加速度

• 连接的转动角和扭矩


FEM HYBRID III DummiesFEM HYBRID III Dummies

•• 除插入式除插入式 *COMPONENT_HYBRIDIII *COMPONENT_HYBRIDIII 假人外，也可选假人外，也可选择用择用 FEM HYBRID III FEM HYBRID III •• 55％％, 50, 50％％, , 或者或者 9595％大小的刚性和柔性％大小的刚性和柔性 FEM FEM 假人，其假人，其 LSLS--

DYNA DYNA 关键字输入文件格式的模型可从关键字输入文件格式的模型可从ftp.lstc.comftp.lstc.com 下载下载

•• 计算效率不如计算效率不如 *COMPONENT_HYBRIDIII*COMPONENT_HYBRIDIII•• 系统单位系统单位 kg, mm, ms.kg, mm, ms.•• 优点优点: LS: LS--PrepostPrepost 使用使用 ““treefiletreefile”” 文件可以交互式地定义假人文件可以交互式地定义假人

在车中的位置在车中的位置..

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重启动分析重启动分析

简介简介

简单重启动简单重启动

小型重启动小型重启动

完全重启动完全重启动


重启动重启动

重启动一个分析有几种方法，所有的重启动都需要一个二进制的重启重启动一个分析有几种方法，所有的重启动都需要一个二进制的重启动文件，控制该文件生成的关键字为动文件，控制该文件生成的关键字为*DATABASE_BINARY_D3DUMP *DATABASE_BINARY_D3DUMP 或者或者**DATABASE_BINARY_RUNRSF.DATABASE_BINARY_RUNRSF.

简单重启动简单重启动::LSLS--DYNA DYNA 在到达终止时间之前停止，不作任何改变重新启动分析在到达终止时间之前停止，不作任何改变重新启动分析..

小型重启动小型重启动::可以做较小的改变，如终止时间，输出间隔等。可以删除单元和可以做较小的改变，如终止时间，输出间隔等。可以删除单元和接触，但不能新增。相关选项的运用参看手册中关键字接触，但不能新增。相关选项的运用参看手册中关键字*RESTART*RESTART的说明。的说明。

完全重启动完全重启动::可以做更多的改变，包括增加参与计算的可以做更多的改变，包括增加参与计算的partpart，增加载荷和接触等，增加载荷和接触等..


重启动重启动

当做重启动计算时:使用同样的求解程序使用同样的内存使用同样数量的 CPU


简单重启动简单重启动

重启动最简单的形式，二进制的重启动文件必须正重启动最简单的形式，二进制的重启动文件必须正确关闭确关闭..

没有输入文件的改变没有输入文件的改变..ls970 r=d3dumpXXls970 r=d3dumpXX


小型重启动小型重启动需要一个二进制的重启动文件和一个小的重启动文件，重启动文件类似如下形式…

*KEYWORD*CONTROL_TERMINATION15e-03*END

在小型重启动中可以有小的改变在小型重启动中可以有小的改变改变终止时间，改变输出间隔改变终止时间，改变输出间隔

改变时间步长的控制改变时间步长的控制

修改载荷曲线修改载荷曲线

增加节点边界条件增加节点边界条件

删除接触删除接触, parts, , parts, 单元单元

刚体刚体//变形体的切换变形体的切换


小型重启动小型重启动

小型重启动的执行方式 …

ls970 i=restart_in.k r=d3dump01

其中 restart_in.k 是小型重启动的输入文件.


完全重启动完全重启动完全重启动要求一个二进制的重启动文件和一个完全重启动输入文件。完全重启动输入文件:

包括先前存在的包括先前存在的 parts, parts, 材料材料, , 接触接触, , 载荷等载荷等. (. (直接从原来的直接从原来的输入文件中提取输入文件中提取))包括新的包括新的parts, parts, 材料材料, , 接触接触, , 载荷等载荷等. . 改变了的控制设置改变了的控制设置, , 载荷曲线等载荷曲线等

对在完全重启动输入文件中要初始化的parts，必须用命令*STRESS_INITIALIZATION 来指定.

对指定的parts施加初始应力, 初始应变, 初始位移


完全重启动完全重启动先前存在的网格拓朴形状不能改变.

在完全重启动中不能使用 *DELETE 命令.

完全重启动输入文件中不能使用 *INITIAL_VELOCITY ，使用 *CHANGE_VELOCITY_<option> 修改速度.

需要初始化的先前存在的接触应该包含 _ID 选项，这样，在原始的输入文件中的接触ID号才能和完全重启动输入文件的接触ID号匹配.


完全重启动完全重启动

小心小心! ! 完全重启动的输出将覆盖已有的输出完全重启动的输出将覆盖已有的输出

在一个新的目录下提交完全重启动分析

原始计算的输出结果和完全重启动的输出结果不能合并，必须分开做后处理

当用MPP计算时，二进制的重启动文件名是 d3fullXX (而不是 d3dumpXX) 。

1010

Exercise 3Exercise 3

LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION

瞬态动力求解

模态叠加法 (较少使用)• 正则模态 ( LS-DYNA也可以计算) 响应的叠加得到瞬态响应

• 线性行为假设

直接时间积分法• 显式时间积分

• LS-DYNA中的默认方法

• 隐式时间积分

• LS-DYNA 中的选项 (*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL 和 *CONTROL_IMPLICIT_DYNAMICS)

• 也可以进行隐式静态求解


隐式时间积分

每一时间步内迭代直到收敛 (平衡) 刚度矩阵重新生成并求逆，要求线性求解器求刚度矩阵的逆矩阵

每个时步的计算代价高，特别是对非线性问题

时间步长的大小没有固有的限定

• 可以比较大的时间步长

• 如果时间步长太大可能会导致不收敛

典型的应用在低速动力学问题或者准静态问题


显式时间积分

对大规模的非线性问题非常有效(cpu 时间仅随DOF线性地增加)不需要重新装配刚度矩阵或解方程组

每一时步的计算量很小

稳定时间步长的大小有限制

• 应力波传过一个单元的时间

• 典型的求解问题时间是从百万分之一秒到零点几秒

特别适合于非线性，高速动力学问题

• 非线性接触/冲击

• 非线性材料

• 有限应变/大变形


显式时间积分

基于时间积分的中心差分法

时刻 tn 的运动方程 (无阻尼)

Man = Pn - Fn + HnM = 对角质量阵P = 外部载荷 + 体力F = 内力 (stress divergence vector)H = 沙漏阻力

an = M-1( Pn - Fn + Hn ) accelerations at tn

vn+1/2 = vn-1/2 + an Δtn velocities at tn+1/2

un+1 = un + vn+1/2 Δtn+1/2 displacements at un+1


显式时步计算

时间步长 = tssf * L/c• tssf = 时间步长缩放因子 (default = 0.9)• L = 单元的特征长度

• c = 材料的声速

L/c 是一个弹性应力波传过这个单元的时间

时步和最高的频率成反比

• ω = sqrt(k/m)• 例如: 梁单元的轴向模态

• k=EA/L; m=ρALω =sqrt(EA/ρΑL^2) = sqrt(E/ρ)/L = c/L


材料声速

材料

STEEL

ALUMINUM

TITANIUM

PLEXIGLASS

WATER

AIR

声速 (m/s)

5240

5328

5220

2598

1478

331

高密度/高刚度材料有高的声速.

Lower density AND lower elastic modulusthan steel; soundspeedabout the same


L = 特征长度

体单元或厚壳单元• L = volume/areamax side

壳单元

• L = area/lengthmax edge (Default), or• L = area/lengthdiagonal , or• L = area/lengthmin side

梁单元• L = beam length


显式时间步长的计算

离散的弹簧

• 和长度无关 (刚度直接给定)• 和节点质量和弹簧刚度有关系

时步缩放因子 (tssf)• 本质上来说，安全因子是确保计算的稳定

• 默认是 0.9 (爆炸模型取0.67)• 如果计算不稳定或结果有疑问，可减小到 0.8 或更小 (或者使用双精度计算)


运行时间的一些说明

仿真分析运行的时间决定于:• 问题的分析时间

• 时步大小 (材料性质, 单元大小) • LS-DYNA 使用所有单元时步的最小时步

• 单元的数目 / 单元公式

• 接触类型 (通常影响不大)• 附加计算选项的设置 (如：二阶应力更新, 沙漏能的计算, 沙

漏控制的类型等)• 计算机的速度 /CPU 的数目

CPU 用时的估计• 估计的CPU 用时可以通过发送开关命令 (sw2)得到

• 假定时间步长保持不变


缩短运行时间

有些模型，运行时间短，不是问题。对于大模型或准静态模拟，运行时间是重要的。通常，可采用下面几个步骤来减少显式仿真的运行时间.• 当求解不正常时及早中断

• 避免不必要的小单元

• 软化材料 (不建议使用)• 使用单点积分单元公式 (推荐的公式)• 删除引起时步减小的单元

• 时间缩放 (增大载荷，减少载荷作用时间)• 质量缩放 (增加质量)

有时使用隐式分析是一种高效的方法


终止控制

*CONTROL_TERMINATION• 指定时间或循环（时间步）终止

• 当时步＝初始时间步长的某个小数时终止

• 能量变化达到某个百分数时终止

• 质量变化（仅用于使用质量缩放的求解）达到某个百分数时终止

*TERMINATION_<option>• BODY: 基于刚体位移的终止

• NODE: 基于节点坐标值的终止

• CONTACT: 基于零接触力的终止


确定控制单元

首先查找控制时间步长的单元

• 检查 D3HSP 文件中具有最小初始时间步长的单元

• 搜索单词 “smallest”• 画出单元时间步长的云纹图 (仅用于壳单元)

• 在*DATABASE_EXTENT_BINARY中设置 STSSZ=2 • Fcomp > Misc > Time step size in LS-PREPOST• Fringed time step is L/c withOUT the tssf applied

• GLSTAT 文件报告当前的时间步长和当前时间步长的控制单元

检查控制单元是否不必要的小或是形状很差?• 修改网格，增加单元的特征长度可以增大计算的时间步长，从而

减少运行时间.


单元删除

基于时间步长删除单元

• 对体和厚壳单元，在 *CONTROL_TIMESTEP中设置ERODE=1，同时在 *CONTROL_TERMINATION中设置DTMIN

• 当单元的时间步长小于 (初始时间步长) * DTMIN时，该单元

被删除

• 对壳单元, • 在*MAT 数据中设置单元删除的最小时间步长 (仅对某些材料有效，如 mat_024)

• 在*CONTROL_SHELL 中设置 NFAIL1 和/或 NFAIL4 为 1 (基于负Jacobian (大扭曲)的单元删除)


准i静态分析

准-静态意味着惯性力是不重要的，如汽车的顶部碰撞测试.

虽然传统地是用隐式积分来求解准静态问题，但显式积分也可以使用，而且可以利用其稳定的非线性求解能力，如接触处理等.

当用显式方法模拟准静态问题时，我们寻求:• 最小的动态影响

• 合理的运行时间

通过谨慎地使用时间缩放或质量缩放 (next slide), 显式计算的时间通常可以控制在合理的范围.


质量缩放

质量缩放是基于时间步长和质量的平方根成正比的原理 (声速和质量密度的平方根成反比)

• 增加单元的质量将增加单元时间步长

增加质量的一种方法是在*MAT中增加密度

• 这种方法有个优点就是可以直接控制在哪里施加质量

Δt = L/c and c2 = E/ρ


质量缩放

自动质量缩放可以在 *CONTROL_TIMESTEP中调用• DT2MS < 0: 质量增加到时间步长小于TSSF * |DT2MS | 的那些

单元上，其中TSSF是时间步长安全因子 (推荐使用)

• DT2MS > 0: 质量增加或减少使每一个单元的时间步长 = DT2MS (总体增加的质量比较小，但对惯性影响较大的情况不适用)

• 如果MS1ST设置成 1 同时 DT2MS < 0, 质量只在第一个循环施加

，后续的计算不再增加质量。

• DT2MSF: fraction < 1.0; 增加质量以致单元步长不小于TSSF * DT2MSF * initial time step


质量缩放

当 DT2MS < 0时, 增加的质量可以被追踪• GLSTAT 给出整个模型质量增加的历史

• MATSUM 给出每个part质量增加的历史

• 在壳单元中，可以画出质量增加的云纹图

• 在 *DATABASE_EXTENT_BINARY中设置 STSSZ=3 • Fcomp > Misc > “time step size” in LS-PREPOST

当增加的质量超过给定的值时可以自动停止计算• 在*control_termination 中设置 ENDMAS


质量缩放

非物理地增加质量是否合适？

• 如果动能和内能相比保持比较小是可以的 (check GLSTAT)

• 通常是低速（准静态）的情况

• 如果增加的质量被限制在某些单元（局部影响）也是可以的

• 质量缩放常常用于阻止一些小单元或者刚硬的单元控制时间步长


质量缩放

非物理地增加质量是否合适?

• 当一个结构碰撞一个固定的的物体时，接触到物体的单元由于压缩变形会导致时间步长急剧地减小，因为这些单元基本上是不动的（没有速度），增加质量到这些单元以避免影响时间步长是可以的.

• 当有疑问时，减少或消除增加的质量再作一次分析，来衡量增加的质量对结果影响的灵敏度。


调试的概念

和隐式分析相比，显式分析相对来说比较容易获得分析的结果。

即便如此，在显式分析中仍有许多原因会导致问题。• 分析工作由于某些原因意外中止，例如

• 溢出的节点速度

• 固体单元中出现负体积

• 浮点运算的意外导致存储器清零

• 由于过大的质量增加导致的计算中断

• 分析完成，但结果是不合理的。

调试可以帮助取得发现错误和修正错误的方法和策略.


调试

调试时应检查的几个重要文件

• 关键字输入文件

• 输出文件

• d3hsp 和 messag• 二进制输出文件 (d3plot)• ASCII 输出文件 (glstat, matsum, sleout, rcforc, etc.)

• May be possible to extract a trace back from the “core” file (if written), e.g., by typing…

• dbx <pathname/executable> core• where


初始化错误

在初始化时就出现错误，确信在错误发生的地方命令语句是否写正确.• 命令的卡片数目是否正确?• 命令参数是否在正确的域中？

• 是否有隐藏的 tab键, 回车键等?

偶尔地，旧版本的数据结构输入格式也会引起错误信息.• 可通过在关键字输入文件中增加*control_structured命令来产生一个结构化的输入文件 “dyna.str”


d3hsp 文件

d3hsp 对输入文件进行了总结说明.• 例如, 通过查找 “Part ID” 获得每一个 Part的详细描述.• 确信反馈的数据和你的意图一致.

d3hsp 文件中还包含其它有用的信息:• 材料和系统的质量属性 (查找 “summary”)• 按升序排列的前100个小时间步长的单元列表 (查找

“smallest”)• 警告和错误信息(查找 “Warning” or “Error”)• 单元失效的时间和方式 (查找 “failed”)• 内存要求 (查找 “Memory”)• CPU 使用明细和总的用时(文件结尾)

即使没有明显的错误产生，也至少检查一下警告信息.


普通警告信息 (非致命错误)Part异常小的惯量值• 由于稳定性的原因，LS-DYNA 可能会增加某个Part的一个或几个方向

的惯量值

删除的刚性体 (应避免!)• 零长度的点焊单元

• 无质量２节点的刚体

初始穿透(参看关于接触的说明)

翘曲的壳单元 (也许暗示着需要考虑翘曲刚度)

无质量的节点 (经常出现，通常不引起问题)• 弹簧和阻尼器单元的节点必须有质量


常见错误 (致命错误)

某个Part有特别大的惯量值

不同的刚性体共享一个或多个节点

在有质量缩放的求解中，增加了过大的质量

用到未定义的节点，未定义的曲线等

体单元中出现负体积或者复杂声速• 极差的单元质量

• 特别大的单元变形

• 不正确的材料输入


不稳定 – 常见原因和补救方法

非物理的材料参数和单元性质 (零密度, 零厚度,不一致的单位, 对某些参数不清楚的理解)差的单元形状 (易导致不稳定)很差的载荷曲线和材料曲线• 曲线构成数据应该包含其分析范围

• 含有噪声的材料数据应该进行光滑处理

太大的时间步长 (试着减小时间步长缩放因子) 非物理阻尼(清除所有阻尼)


不稳定 – 常见原因和补救方法

非默认的控制参数 (通常好以默认参数开始)全积分的单元公式不适合于大变形的场合 (没有欠积分单元公式稳定)程序中的Bug (下载新的执行程序)不足的精度(进行双精度计算)多余的接触定义

写出更多的中间结果，以便观察不稳定的进展过程


一致的单位系统

Mass Length Time Force Stress Energy ρ (steel) E (steel)kgkgkgkgkggmgmgmgmton

lbf-s2/inslug

mcmcmcmmmcmcmmmmmmminft

ss

msμsmssμss

mssss

N1e-02 N1e+04 N1e+10 N

kNdyne

1e+07 N1e-06 N

NNlbflbf

Pa

GPadyne/cm2

Mbar

MPapsipsf

Joule

kN-mmerg

1e7 N cm

N-mmN-mmlbf-inlbf-ft

7.83e+037.83e-037.83e-037.83e-03

7.83e-037.83e-03

7.83e-067.83e+007.83e+00

7.83e-097.83e-041.52e+01

2.07e+11

2.07e+11

2.07e+092.07e+032.07e-032.07e+022.07e+122.07e+00

2.07e-062.07e+053.00e+074.32e+09

* 1 slug = 32.18 kg; 1 ft = 0.3048 m = 12*2.54 cm; 1N = 105dyne = 1lbf/4.44821 Mbar = 10+12 dynes/cm2; 1bar = 14.7 psi = 1.0 atm = 105 Pa;1kg/m3 = 10-3 gm/cm3 = 0.9112 slug/ft3

1 force unit = 1 mass unit * 1 acceleration unit1 acceleration unit = 1 length unit / (1 time unit)^2


转换开关

按 ctrl-c 键暂停程序的运行并提示输入“转换开关 ”，转换开关值如下：

• sw1 LS-DYNA 写一个重启动文件然后程序停止计算

• sw2 LS-DYNA 显示当前分析的统计信息并继续运行

• sw3 写一个重启动文件，LS-DYNA 继续运行

• sw4 当前计算结果写入结果文件中，LS-DYNA 继续运行

• swa 把输出缓冲区中内容写入文件

• Stop 当前计算结果写入结果文件中，LS-DYNA停止运行

也可把转换开关放在文件“d3kil”中• d3kil 每100 个时间步被读一次

• 适合于批处理运行

对 MPP 运行方式, 执行 “bg_switch” 替代ctrl-c.


sw2

显示当前全局的统计信息...动能

外力功

内能

总能量

沙漏, 接触, 刚性墙能量(如果请求计算)X, Y, 和 Z 方向的动量

能量比

当前的时间步长和控制单元

增加的质量(如果应用了质量缩放)估计计算完成的时间(显示的时间要等到几个迭代循环完成后才比较可靠)


sw2 (要注意的信息)

极小的初始时间步长可能是由一些小单元产生的，检查d3hsp文件看是否是这种情况. 有时对网格作很小的修改

就可能得到较大的时间步长

时间步长快速地减小或质量缩放增加的质量快速地增加，

• 表明恶劣的单元变形和可能的不稳定

• 执行转换开关SW1，记录计算结果并中止运行

• 减小输出间隔，记录更多的中间结果，更好地观察不稳定的发展情况


sw2 (要注意的信息)能量比应该保持在 1.0附近

• 能量比 = (当前的总能量)/(初始能量 + 外力功)• 能量比大或快速地增加预示着正产生不稳定

• 执行转换开关 ‘sw1’ 中断运行

• 能量比小或稳定地增加可能是由于质量缩放增加的质量引起的或者是计算精度的误差引起的

• 尝试双精度计算

• 尝试2阶应力更新 (*control_accuracy)• 能量比的减小

• 没有打开沙漏能，刚性墙能量和阻尼能量的计算(see *control_energy)


后处理

对变形的几何形状作动画

• 几何变形和几何体的运动看起来是否合理？

• 特别观察不好的接触行为等，如明显的穿透

• 放大变形比例有助于清楚地显示变形情况，但注意同时也放大了刚体运动。

画速度矢量图

• 确信初始速度施加的正确

• 局部异常大的速度可以帮助找到计算不稳定的原因


后处理

定义glstat, matsum和 sleout输出，绘出能量和能量比的时间历程曲线

• 总能量 = 其它能量的和 (不包括外力功和弹簧/阻尼器能量)

• 总能量的改变 = 外部功

• 大的负的滑移能(接触)暗示着没有探测到的初始穿透(差的初始几何形状)• 如果内能反映出有负的接触能，在后处理中画出内能的云纹图，查看红色区域（仅对壳单元）

• 借助sleout 的数据隔离有问题的接触

• 沙漏能 < 10% 内能峰值


后处理

对需要花费长时间运行的大模型问题…• 关注能量比的变化

• 对前几个输出结果进行后处理操作，检查是否有明显的错误


后处理

其它注意点

• 当对正常结束的分析结果或异常中断的分析结果做后处理时，后一步输出的结果可能是不完全的或有误差的.

• 提交新的分析时，原来的输出文件会被覆盖掉，避免这种情况好是...• 删除, 更名,或者移动旧的输出文件, 或者

• 建立新的目录求解


总结

即使分析正常结束也不要就认为什么问题都没有了，后处理中做动画并画能量曲线(量比)

调试复杂模型的一个好的方法就是为了鉴别问题,先去除或简化模型中有疑问的特征 (排除的过程).

如果怀疑某一种材料或某一个特征会导致计算的不稳定，用简化模型来验证.

发现 bug，报告给你的 LS-DYNA 经销商，并附上bug数据文件.

点焊模拟点焊模拟

??

??

• 点焊用于连接壳单元面

• LS-DYNA中的点焊模型• 节点刚性体

• 可变形焊点梁单元

• 连续单元

• 点焊用于连接壳单元面

• LS-DYNA中的点焊模型• 节点刚性体

• 可变形焊点梁单元

• 连续单元

节点刚性体模拟点焊节点刚性体模拟点焊

点焊用节点刚性体模拟点焊用节点刚性体模拟

CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODYCONSTRAINED_SPOTWELDCONSTRAINED_GENERALIZED_SPOTWELD

焊点和壳共享节点网格的生成可能比较困难

失效带过滤的脆性失效

正应力和剪应力, 基于时间的

塑性失效壳单元材料中的有效塑性应变

nn11

nn22

1≥⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛n

s

sn

n

n

Sf

Sf

可变形焊点梁单元模拟点焊可变形焊点梁单元模拟点焊

综合梁，单元公式9圆形

矩形r

*MAT_SPOTWELD (*MAT_100)双线性弹－塑性

各向同性硬化塑性

进行质量缩放的时间步长

三种失效模型

梁单元中的有效塑性应变

基于时间的失效

合力和合力矩

11222222

=−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ttF

tt

ssF

ss

rrF

rr

rtF

rt

rsF

rs

rrF

rr

TT

MM

MM

NN

NN

NN

新的点焊失效准则新的点焊失效准则 (v. 970)(v. 970)

基于应力的失效模型基于应力的失效模型, , 开发于开发于 Toyota Motor Toyota Motor 公司公司, , 是基于峰值轴向应是基于峰值轴向应力和横向剪切应力力和横向剪切应力, , 如果应力位于下面定义的失效面外侧时，整个焊点如果应力位于下面定义的失效面外侧时，整个焊点失效失效

峰值应力是按照简单梁理论从合力中计算出来的峰值应力是按照简单梁理论从合力中计算出来的..

其中其中 A A 和和 Z Z 是梁的横截面面积和截面模量是梁的横截面面积和截面模量

2 2

1 0rrF Frr

σ τσ τ⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠

2 2 2 2

2rs rt rs rtrr rr

rrM M N NN M

A Z Z Aσ τ

+ += + = +

2 3

4 32d dA Zπ π= =

SpotweldSpotweld--toto--Shell AttachmentShell Attachment

合并一致的节点

绑定的接触*CONTACT_TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE or *CONTACT_SPOTWELD(_WITH_TORSION)

绑定平动和转动自由度

不要求节点一致

梁节点自动投影到壳单元表面

减少前处理时间

用可变形焊点单元连接刚体

Rigid Body 1Rigid Body 1 Rigid Body 1Rigid Body 1

RB1 extra nodeRB1 extra node RB2 extra nodeRB2 extra node

Case Studies: *CONTACT_SPOTWELD_WITH_TORSIONCase Studies: *CONTACT_SPOTWELD_WITH_TORSION

可变形焊点梁单元可变形焊点梁单元

**ELEMENT_BEAM(_PID)ELEMENT_BEAM(_PID)定义节点 N1 和 N2 以及确定梁方向的节点 N3自动产生

只需定义节点 N1; N1 被投影到壳的表面自动产生节点N2 利用 “_PID” 选项, 点焊节点投影到PID1 和 PID2 (壳单元part IDs)最近的面段上

nn11

nn22

nn1, option = PID1, option = PID

PID1PID1

PID2PID2


焊点截面焊点截面单元公式设成 9 - Card 1, Column 2

CST - Card 1, Column 5EQ. 0.0, 矩形梁 (默认)EQ.1.0, 圆截面EQ.2.0, 任意截面

CST = 0.0TS1, TS2 - > 梁在节点1和节点2沿梁局部坐标 ‘s’方向的厚度TT1, TT2 - > 梁在节点1和节点2沿梁局部坐标 ‘z’方向的厚度

CST = 1.0TS1, TS2 - > 外径TT1, TT2 - > 内径

CST = 2.0用户自定义的积分规则

nn11

nn22

rr

tt

ss

SpotweldSpotweld Dimensions (Example)Dimensions (Example)

Spotweld Beam Diameter vs Sheet Metal Thickness*Spotweld Beam Diameter vs Sheet Metal Thickness*

**5th LSDYNA Users Conference5th LSDYNA Users Conference

点焊输出点焊输出

**DATABASE_SWFORCDATABASE_SWFORC点焊轴向力 (仅拉伸输出)点焊剪切力

*DATABASE_ELOUT*DATABASE_ELOUT*DATABASE_HISTORY_BEAM 积分点应力和合力

d3hsp file reports d3hsp file reports ……非绑定的点焊梁

焊点的运动

焊点增加的质量

点焊用体单元模拟点焊用体单元模拟

优点优点

两个壳面有多个点参与连接

可传递扭转

缺点缺点

网格生成困难

合力失效需定义方向

使用体单元公式 ELFORM=1 ，沙漏控制公式 6对绑定接触用 offset 选项 (在970/3858中，点焊的投影会造成焊接力的不稳定，现在的版本OK了)


预应力预应力

有时候，在进行瞬态动力分析之前需要引入一个稳定状态的初有时候，在进行瞬态动力分析之前需要引入一个稳定状态的初始应力始应力•• 旋转的风扇或者涡轮叶片，旋转的飞轮旋转的风扇或者涡轮叶片，旋转的飞轮

•• 重力重力

•• 受压的容器或轮胎受压的容器或轮胎

•• 扭矩螺栓的应力扭矩螺栓的应力

•• 过盈配合的零件过盈配合的零件

LSLS--DYNA DYNA 中进行预应力分析的方法中进行预应力分析的方法•• 动力释放动力释放

•• 施加质量阻尼的准静态瞬态分析施加质量阻尼的准静态瞬态分析

•• 隐式静态分析隐式静态分析•• 1. 1. 隐式分析隐式分析 > > dynaindynain 文件文件 > 2. > 2. 显式分析显式分析

•• 使用隐式使用隐式//显式切换的单一分析显式切换的单一分析


动力释放动力释放 (DR)(DR)

DR DR 是一个可选的在进行瞬态分析之前做的是一个可选的在进行瞬态分析之前做的 ‘‘伪时间伪时间’’响响应分析应分析 ((在瞬态分析之前进行在瞬态分析之前进行).).DR DR 典型地应用在瞬态加载前给模型施加一个预载荷典型地应用在瞬态加载前给模型施加一个预载荷. . 预载荷所产生的应力典型情况下是弹性范围的，位移预载荷所产生的应力典型情况下是弹性范围的，位移是小位移是小位移..在在 DRDR中中, , 节点速度在动态释放因子节点速度在动态释放因子((默认默认 = .995)= .995)的作的作用下随时间步逐渐减小用下随时间步逐渐减小. . 因此，在因此，在DRDR过程中，求解过过程中，求解过程是以有阻尼的形式进行的程是以有阻尼的形式进行的..在在DRDR过程中，监控变形动能。当变形动能减小得足够过程中，监控变形动能。当变形动能减小得足够小时，小时，““收敛因子收敛因子””也变得足够小，也变得足够小，DRDR阶段停止，求解阶段停止，求解过程自动转到瞬态阶段过程自动转到瞬态阶段..


动力释放动力释放

通常是在载荷曲线通常是在载荷曲线(*DEFINE_CURVE)(*DEFINE_CURVE)中设置参数中设置参数 SIDR SIDR 为为 1 1 或或者者 2 2 来调用来调用 DRDR在在 DR DR 阶段，载荷开始段是斜坡上升的，然后保持水平直到求解阶段，载荷开始段是斜坡上升的，然后保持水平直到求解

收敛收敛

•• 确保收敛发生在所有载荷施加后。确保收敛发生在所有载荷施加后。

如果一个预载荷，还要保持到后面的瞬态分析阶段，使用分离的如果一个预载荷，还要保持到后面的瞬态分析阶段，使用分离的没有斜坡的载荷曲线没有斜坡的载荷曲线

DR converges

SIDR = 1 (DR phase) SIDR = 0 (transient phase)


**CONTROL_DYNAMIC_RELAXATIONCONTROL_DYNAMIC_RELAXATION

**CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION 中的参数中的参数

收敛检查间的迭代次数收敛检查间的迭代次数 (default=250)(default=250)•• 也可以控制也可以控制 DR DR 的输出间隔的输出间隔

收敛公差收敛公差 (default 0.001)(default 0.001)•• 收敛时的变形动能和峰值变形动能的比值收敛时的变形动能和峰值变形动能的比值

•• 较小的值导致更接近稳定状态的结果，但需要更长的时间较小的值导致更接近稳定状态的结果，但需要更长的时间

动力释放因子动力释放因子 (default=0.995)(default=0.995)•• 每一时间步的节点速度减小因子每一时间步的节点速度减小因子

•• 如果值太小，模型将由于过阻尼而始终达不到稳定状态如果值太小，模型将由于过阻尼而始终达不到稳定状态

DR DR 可以选定中断时间可以选定中断时间 (default = infinity)(default = infinity)•• 如果时间到达如果时间到达DRTERMDRTERM项指定的时间，项指定的时间，即使没有收敛即使没有收敛 DR DR 也将停止也将停止

在在 DR DR 中使用的时步缩放因子中使用的时步缩放因子


**CONTROL_DYNAMIC_RELAXATIONCONTROL_DYNAMIC_RELAXATION

**CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION 参数参数

IDRFLGIDRFLG•• 激活激活 DR DR 的标志，的标志，11为激活为激活 ((如果如果 DR DR 是在是在 *DEFINE_CURVE*DEFINE_CURVE

中激活则不要求中激活则不要求) ) •• 设置为设置为2, 2, 调用一个完全不同的和更快速的初始化方法调用一个完全不同的和更快速的初始化方法 …… 指定指定

几何初始化几何初始化..•• 要求包含节点位移和转角的补充输入文件要求包含节点位移和转角的补充输入文件 ((在执行命令行添加选在执行命令行添加选项项 ““m=filenamem=filename””). ).

•• 在标准在标准 DR DR 运行结束后，会写出文件运行结束后，会写出文件 ““drdisp.sifdrdisp.sif””. . 补充输入补充输入文件的格式是文件的格式是 I8,6E15I8,6E15

•• 如果文件中没有节点转角，对于梁和壳来说该方法无效如果文件中没有节点转角，对于梁和壳来说该方法无效..•• LSLS--DYNA DYNA 运行运行100100个时间步后给模型施加节点位移和转角预载个时间步后给模型施加节点位移和转角预载荷荷..

•• 求解随后转到常规的瞬态分析求解随后转到常规的瞬态分析..


DR DR 的相关输出的相关输出

ASCII ASCII 输出文件在输出文件在 DR DR 阶段不输出阶段不输出, , 如如GLSTAT, MATSUM, GLSTAT, MATSUM, RCFORC RCFORC 等不被输出等不被输出..使用命令使用命令*DATABASE_BINARY_D3DRLF*DATABASE_BINARY_D3DRLF，二进制文件，二进制文件 d3drlf d3drlf 被写出。如果设置输出间隔为被写出。如果设置输出间隔为11，，这将导致在这将导致在 DR DR 过程中每一次过程中每一次收敛检查时的状态都被写到文件中收敛检查时的状态都被写到文件中 ((类似于关键字类似于关键字*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION 中参数中参数NRCYCKNRCYCK 的控制的控制))•• 在在 LSLS--PrepostPrepost 中可以画出中可以画出 d3drlf d3drlf 文件中时间历程曲线，以便用户确文件中时间历程曲线，以便用户确

认求解是否接近稳定状态认求解是否接近稳定状态

““relaxrelax”” 文件自动生成并包含收敛历史的记录。文件自动生成并包含收敛历史的记录。

““drdisp.sifdrdisp.sif”” 文件含有文件含有 DR DR 结束阶段时的节点位移和转角结束阶段时的节点位移和转角..


DR DR 中的载荷中的载荷

初始速度在初始速度在 DR DR 阶段被忽略，但在瞬态分析的可以被加上阶段被忽略，但在瞬态分析的可以被加上..使用使用**LOAD_BODY_optionLOAD_BODY_option 施加重力载荷和离心载荷施加重力载荷和离心载荷 ((旋转的体旋转的体). ). •• LCID LCID 和和 LCIDDR LCIDDR 是分开的是分开的22条曲线，分别用于瞬态分析阶段和条曲线，分别用于瞬态分析阶段和 DR DR 阶段阶段

力矩螺栓引起的预应力可以使用下面的关键字施加力矩螺栓引起的预应力可以使用下面的关键字施加*LOAD_THERMAL_LOAD_CURVE.*LOAD_THERMAL_LOAD_CURVE.•• 使用材料使用材料*MAT_4*MAT_4，螺栓的预应力可以通过定义热膨胀系数产生热应力的，螺栓的预应力可以通过定义热膨胀系数产生热应力的

方法来施加。方法来施加。

•• LCID LCID 和和 LCIDDR LCIDDR 是分开的是分开的22条曲线，分别用于瞬态分析阶段和条曲线，分别用于瞬态分析阶段和 DR DR 阶段阶段

如果在如果在*DEFINE_CURVE*DEFINE_CURVE中设置参数中设置参数 SIDRSIDR为为11或者或者22，则在，则在DRDR中施中施加其它的载荷类型和边界条件。如加其它的载荷类型和边界条件。如: *LOAD_SEGMENT, : *LOAD_SEGMENT, *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION.*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION.过盈配合的零件过盈配合的零件 (see next slide)(see next slide)


接触干涉接触干涉

对于过盈配合的零件对于过盈配合的零件. . 指定指定““配合配合““前零件的原始形状，节前零件的原始形状，节点的穿透由接触力来消除点的穿透由接触力来消除..这种接触不做初始穿透检查这种接触不做初始穿透检查..接触中考虑壳的厚度偏置接触中考虑壳的厚度偏置..面段的方向很重要面段的方向很重要. . 面的法向要正确，指向接触表面面的法向要正确，指向接触表面..用面段的集合来定义接触用面段的集合来定义接触..避免突然大的接触力避免突然大的接触力, , 接触刚度可以使用接触刚度可以使用 LCID1 (DR LCID1 (DR phase) phase) 和和 LCID2 (Transient phase)LCID2 (Transient phase)来缩放来缩放..接触类型接触类型::•• Contact_nodes_to_surface_interferenceContact_nodes_to_surface_interference•• Contact_one_way_surface_to_surface_interferenceContact_one_way_surface_to_surface_interference•• Contact_surface_to_surface_interferenceContact_surface_to_surface_interference


接触干涉接触干涉

Time

Scale

Scale

Time

Dynamic relaxation (LCID1) + Transient Phase (LCID2)

Transient Phase Only (LCID2) if LCID1=0

Time

Scale

OROR


瞬态的应力初始化瞬态的应力初始化

作为作为 DR DR 的替代方法的替代方法, , 某些情况下预载荷可以在常规的瞬某些情况下预载荷可以在常规的瞬态仿真的早期施加态仿真的早期施加..•• 对由初始速度引起的瞬态响应问题不合适对由初始速度引起的瞬态响应问题不合适..•• 以很陡的斜坡形式准静态地施加预载荷，然后保持稳定以很陡的斜坡形式准静态地施加预载荷，然后保持稳定..•• 使用随时间变化的质量阻尼使用随时间变化的质量阻尼 (*DAMPING_GLOBAL) (*DAMPING_GLOBAL) 来施加临界来施加临界

阻尼，直到预载荷完全建立。阻尼，直到预载荷完全建立。

•• 预载荷建立后，把阻尼降到预载荷建立后，把阻尼降到00，准备施加瞬态分析的载荷，准备施加瞬态分析的载荷..•• 预载荷建立后施加瞬态载荷预载荷建立后施加瞬态载荷. .

•• 对瞬态载荷使用非对瞬态载荷使用非 0 0 的开始时间或起作用时间的开始时间或起作用时间


瞬态的应力初始化瞬态的应力初始化

Load

Time

Preload Transient Load

Mass Damping

Coef

Time

Load

Time


隐式方法的应力初始化隐式方法的应力初始化

在在LSLS--DYNADYNA中调用隐式分析来做真实的静态分析也是可中调用隐式分析来做真实的静态分析也是可以的，静态分析很适用于有预载荷的情况以的，静态分析很适用于有预载荷的情况..隐式分析的调用使用下面的关键字隐式分析的调用使用下面的关键字*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL.*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL.隐式分析的详细内容超出了本次课程的范围，参看隐式分析的详细内容超出了本次课程的范围，参看LSLS--DYNA DYNA 用户手册的附录用户手册的附录 M .M .


用隐式方法进行应力初始化用隐式方法进行应力初始化

方法方法 1: 1: 两个单独的分析两个单独的分析..•• 做一个预载荷的隐式分析做一个预载荷的隐式分析. . 在求解输入文件中加入关键字在求解输入文件中加入关键字

**interface_springback_lsdynainterface_springback_lsdyna. . 该命令在仿真结束时会生成一个该命令在仿真结束时会生成一个ASCII ASCII 文件，文件名：文件，文件名：dynaindynain。在该。在该 dynaindynain 文件中以关键字命令文件中以关键字命令

格式记录了结构的变形，应力和塑性应变。把该文件的内容并入到格式记录了结构的变形，应力和塑性应变。把该文件的内容并入到原来的输入文件中，取消隐式求解卡片，添加瞬态分析的载荷，做原来的输入文件中，取消隐式求解卡片，添加瞬态分析的载荷，做显式分析显式分析..

方法方法 2: 2: 单个的切换分析单个的切换分析..•• 使用一个求解输入文件，其中隐式和显式的切换由曲线控制使用一个求解输入文件，其中隐式和显式的切换由曲线控制. . 曲线曲线

的横坐标是时间，纵坐标值的横坐标是时间，纵坐标值11是隐式计算，是隐式计算，00是显式计算是显式计算 ((曲线是时曲线是时步的函数步的函数). ). 切换是通过设置切换是通过设置**control_implicit_generalcontrol_implicit_general中参数中参数IMFLAGIMFLAG为为 --|curve ID||curve ID|实现的，切换过程是无缝的。实现的，切换过程是无缝的。


金属冲压模拟的应变金属冲压模拟的应变//厚度映射厚度映射

金属的材料模型金属的材料模型


为什么要考虑为什么要考虑应变应变//厚度映射厚度映射

金属片成型引起材料硬化金属片成型引起材料硬化

回弹后，累积的塑性应变会提高材料对后续载荷的屈服强度回弹后，累积的塑性应变会提高材料对后续载荷的屈服强度

不变厚度分布的假设对在冲压过程中金属片会变薄的这样的危险不变厚度分布的假设对在冲压过程中金属片会变薄的这样的危险部件来说是不恰当的部件来说是不恰当的

现在用现在用LSLS--DYNADYNA可以轻松实现塑性应变和厚度从一个网格到另一可以轻松实现塑性应变和厚度从一个网格到另一个网格的初始映射个网格的初始映射

•• 提供了一种片金属成型的应变和厚度映射方法提供了一种片金属成型的应变和厚度映射方法

•• 在在 v. 970v. 970中中, , 应力和其它历程变量也可以映射应力和其它历程变量也可以映射..


在成型在成型//回弹仿真中回弹仿真中, , 用下面的关键字输出积分点终的应力用下面的关键字输出积分点终的应力//应变应变//厚度厚度•• *INTERFACE_SPRINGBACK_LSDYNA*INTERFACE_SPRINGBACK_LSDYNA•• 输出文件输出文件 ““dynaindynain”” ，包含，包含

•• *INITIAL_STRESS_SHELL *INITIAL_STRESS_SHELL •• *INITIAL_STRAIN_SHELL*INITIAL_STRAIN_SHELL•• *ELEMENT_SHELL_THICKNESS*ELEMENT_SHELL_THICKNESS•• *NODE (deformed geometry)*NODE (deformed geometry)

冲压仿真的网格可能远要比碰撞仿真的网格好冲压仿真的网格可能远要比碰撞仿真的网格好

此外此外, , 冲压部件的面的方向可能和碰撞模型中的不同冲压部件的面的方向可能和碰撞模型中的不同

网格的不一致以及不同的定向使映射变量成为必要网格的不一致以及不同的定向使映射变量成为必要

为什么要考虑为什么要考虑应变应变//厚度映射厚度映射


**INCLUDE_STAMPED_PARTINCLUDE_STAMPED_PART

文件文件 ““dynaindynain”” 中含有需要映中含有需要映

射的信息射的信息

碰撞的碰撞的 Part IDPart ID映射的变量映射的变量

•• 厚度厚度

•• 有效塑性应变有效塑性应变

•• 应变张量应变张量

•• 应力张量应力张量

两个模型的定位节点（各两个模型的定位节点（各33个个））

n1

crash

stamp

n2

n3

n1

n2

n3


Exercise 4Exercise 4

Stress initialization of spinning barStress initialization of spinning bar


阻尼阻尼


阻尼阻尼

默认条件是无阻尼瞬态解默认条件是无阻尼瞬态解•• 例外例外::一些材料模式包含少量的阻尼提高稳定性一些材料模式包含少量的阻尼提高稳定性

*DAMPING_<option> *DAMPING_<option> 在求解中引入在求解中引入 Rayleigh Rayleigh 阻尼阻尼

•• aann = M= M--11 (P(Pnn -- FFnn + H+ Hnn -- FFnndampdamp))

质量和刚度阻尼可以结合在一起，它们不是互斥的。质量和刚度阻尼可以结合在一起，它们不是互斥的。

非物理的阻尼系数可能给出非物理结果非物理的阻尼系数可能给出非物理结果 ((如果施加过大如果施加过大的阻尼，分析可能不稳定的阻尼，分析可能不稳定))


质量阻尼质量阻尼

对低频响应有效对低频响应有效

对所有的运动包括刚体运动都有阻尼作用对所有的运动包括刚体运动都有阻尼作用

•• 在在定义定义**DAMPING_RELATIVEDAMPING_RELATIVE的情况下例外的情况下例外

临界阻尼常数临界阻尼常数 = 2= 2ω = 4π/Τω = 4π/Τω= 2π/Τω= 2π/Τ 无阻尼响应的固有频率无阻尼响应的固有频率

•• 可通过特征值分析得到可通过特征值分析得到

阻尼常数可以是常量也可以是随时间变化的量阻尼常数可以是常量也可以是随时间变化的量

*DAMPING_GLOBAL*DAMPING_GLOBAL•• 定义整个系统的质量比例阻尼定义整个系统的质量比例阻尼

*DAMPING_PART_MASS*DAMPING_PART_MASS•• 定义单个定义单个partpart的质量比例阻尼的质量比例阻尼

如果在关键字如果在关键字*CONTROL_ENERGY*CONTROL_ENERGY中设置参数中设置参数RYLEN=2RYLEN=2，阻，阻尼能量会以尼能量会以 ““system damping energysystem damping energy””记录在文件记录在文件glstatglstat中中


Mass Damped Cantilever (Shells)Mass Damped Cantilever (Shells)

Period = 0.54 s


刚度阻尼刚度阻尼

**DAMPING_PART_STIFFNESS DAMPING_PART_STIFFNESS 给单个的给单个的partpart定义刚度比例阻尼定义刚度比例阻尼

应用于高频响应应用于高频响应 ((高频噪声高频噪声))ω ω >> >> 结构频率结构频率

对和刚体运动正交的运动有阻尼作用对和刚体运动正交的运动有阻尼作用((不影响刚体运动不影响刚体运动))仅仅是条件稳定的仅仅是条件稳定的

•• PrePre--v960: v960: 输入的阻尼常数输入的阻尼常数 BETA << BETA << timesteptimestep•• 临界阻尼常数临界阻尼常数 = 2/= 2/ωωmaxmax

•• V. 960: V. 960: 输入的系数通常小于输入的系数通常小于 0.100.10•• 系数近似是临界阻尼的小数系数近似是临界阻尼的小数

•• V. 970: V. 970: 两种方法都可以两种方法都可以

如果在如果在 *CONTROL_ENERGY*CONTROL_ENERGY中设置中设置 RYLEN=2RYLEN=2，则阻尼能量包含，则阻尼能量包含在内能中在内能中((glstatglstat, , matsummatsum))


阻尼阻尼

**DAMPING_FREQUENCY_RANGE (V. 970)DAMPING_FREQUENCY_RANGE (V. 970)•• 定义某一段频率范围的阻尼常量定义某一段频率范围的阻尼常量

•• 通常取小阻尼比通常取小阻尼比 (< 0.05)(< 0.05)

•• 频率范围由频率范围由 FFlowlow 和和 FFhighhigh定义定义

•• FFhighhigh/ / FFlow low 应该在应该在10 10 和和 300300之间之间

•• 对系统的响应有衰减作用对系统的响应有衰减作用•• 可以增加弹性刚度来弥补这个影响可以增加弹性刚度来弥补这个影响 (see Table in User(see Table in User’’s s

Manual)Manual)


网格自适应网格自适应

33--D D 壳单元用壳单元用 HH--adaptivityadaptivity•• 当某一个准则起作用时，壳单元网格自动地被重新划分当某一个准则起作用时，壳单元网格自动地被重新划分

•• 一个四边形单元被分成四个四边形单元，一个三角形单元一个四边形单元被分成四个四边形单元，一个三角形单元被分成四个三角形单元被分成四个三角形单元

22--D D 连续体单元连续体单元((壳单元公式壳单元公式1212--15) 15) 和和33--D D 体单元体单元 ((用四面体单元用四面体单元重新划分重新划分))用用RR--adaptivityadaptivity

•• 当目前的网格严重扭曲时，一个全新的网格会自动产生当目前的网格严重扭曲时，一个全新的网格会自动产生

•• 旧网格中的应力，位移等会被映射到新网格上旧网格中的应力，位移等会被映射到新网格上

•• 用新网格继续分析用新网格继续分析

•• 整个过程以一定的时间间隔不断重复，直至分析完成整个过程以一定的时间间隔不断重复，直至分析完成



自适应的好处自适应的好处•• 减少构造网格的工作减少构造网格的工作

•• 网格对应于变形进行细化网格对应于变形进行细化

•• 构造网格时无须预先知道结构的响应构造网格时无须预先知道结构的响应

•• 可以延长因特别大的变形而中止的仿真分析，并保持较高的可以延长因特别大的变形而中止的仿真分析，并保持较高的精度精度..

RR--adaptivityadaptivity的缺点的缺点•• 状态变量的映射会引起误差状态变量的映射会引起误差. . •• 自适应自适应 partpart 的表面趋向于光滑处理的表面趋向于光滑处理. . •• 因此因此 RR--adaptedadapted 的次数应该尽量少的次数应该尽量少..


3D 3D 壳单元的壳单元的 HH--adaptivityadaptivity

壳单元基于以下原则自动地被刨分壳单元基于以下原则自动地被刨分 ……•• 壳单元相邻边夹角的改变量壳单元相邻边夹角的改变量 ((平面内弯曲平面内弯曲))•• 单元薄膜厚度变薄单元薄膜厚度变薄

•• 靠近其它的靠近其它的 part (part (将要产生接触将要产生接触))单元刨分时在单元的边产生中间节点，该节点由其所在边的两节单元刨分时在单元的边产生中间节点，该节点由其所在边的两节点约束点约束


应用应用 HH--AdaptivityAdaptivity 的金属片冲压成型的金属片冲压成型



LSLS--DYNA DYNA 中使用关键字中使用关键字*PART*PART和和**CONTROL_ADAPTIVECONTROL_ADAPTIVE来控制自适应来控制自适应

*PART*PART•• ADPOPT = 1 for HADPOPT = 1 for H--adaptivityadaptivity (shells)(shells)•• ADPOPT = 2 for RADPOPT = 2 for R--adaptivityadaptivity (2D (2D 连续体单元和连续体单元和 3D 3D 体单元体单元))

*CONTROL_ADAPTIVE*CONTROL_ADAPTIVE•• ADPFREQ = ADPFREQ = 检查自适应的时间间隔检查自适应的时间间隔

•• ADPTOLADPTOL•• 用于用于 HH--adaptivityadaptivity 角度变化量（以度为单位）角度变化量（以度为单位）

•• 2D 2D 连续体单元连续体单元 RR--adaptivityadaptivity 的新网格单元边长度的新网格单元边长度 ((不用于不用于3D 3D 体单元体单元))


HH--AdaptivityAdaptivity 的角度变化量的角度变化量

InIn--plane and outplane and out--ofof--plane angle between adjacent shells is plane angle between adjacent shells is checked against ADPTOLchecked against ADPTOL

in plane outin plane out--ofof--planeplane

undeformedundeformed deformed deformed undeformedundeformed deformeddeformed

ζζ


ADPOPT in *CONTROL_ADAPTIVEADPOPT in *CONTROL_ADAPTIVE

•• ADPOPT (HADPOPT (H--adaptivityadaptivity) ) •• eqeq. 1: . 1: 每个时间间隔每个时间间隔(ADPFREQ)(ADPFREQ)开始时角度改变量开始时角度改变量

(monitored against ADPTOL) (monitored against ADPTOL) 重新设为重新设为0 0 •• eqeq. 2: . 2: 角度改变量连续累计直到网格自适应划分发生角度改变量连续累计直到网格自适应划分发生((更更易于触发网格自适应划分易于触发网格自适应划分))

•• ADPOPT (RADPOPT (R--adaptivityadaptivity) ) •• eqeq. 7: . 7: 用于用于 3D 3D 体单元，调用体单元，调用 RR--adaptivityadaptivity

四面体单元的大小由四面体单元的大小由*CONTROL_REMESHING*CONTROL_REMESHING控制控制

•• eqeq.. 8: 8: 用于用于 2D 2D 连续体单元，调用连续体单元，调用 RR--adaptivityadaptivity


**CONTROL_ADAPTIVE CONTROL_ADAPTIVE ((附加的附加的 HH--adaptive adaptive 控制控制))

•• MAXLVL = MAXLVL = 网格自适应的最高等级号网格自适应的最高等级号 ((数值数值 1,2,3,1,2,3,…… 意味着原意味着原始单元被划分成始单元被划分成 1,4,16,1,4,16,…… ))

•• IOFLAGIOFLAG•• 设置成设置成 1 1 则在最终自适应划分的阶段生成一个关键字输入则在最终自适应划分的阶段生成一个关键字输入数据文件，该数据文件表示了结构未变形状态下的最后自数据文件，该数据文件表示了结构未变形状态下的最后自适应网格的拓朴形状适应网格的拓朴形状

•• IREFLG > 0 IREFLG > 0 使所有的单元在使所有的单元在 t = 0t = 0时都被细化时都被细化

•• 均匀细化网格的一种简单方法均匀细化网格的一种简单方法


HH--AdaptivityAdaptivity

HH--adaptivityadaptivity 有以下三种方式的限制有以下三种方式的限制

•• 自适应的等级由自适应的等级由 *CONTROL_ADAPTIVE*CONTROL_ADAPTIVE中的中的 MAXLVLMAXLVL控控制，通常设置为制，通常设置为 3 3 或者或者 4.4.

•• 某单元的自适应等级可以和周围相邻单元的自适应等级不某单元的自适应等级可以和周围相邻单元的自适应等级不同，但最多相差一个等级同，但最多相差一个等级. .

•• 单元的总数量受到可用内存的限制，一旦分配的内存被用单元的总数量受到可用内存的限制，一旦分配的内存被用完，则停止自适应划分完，则停止自适应划分..


**CONTROL_ADAPTIVE CONTROL_ADAPTIVE ((附加的附加的 HH--adaptive adaptive 控制控制))

•• ADPASSADPASS•• eq. 0: 2eq. 0: 2--pass pass adaptivityadaptivity，在产生自适应的时刻，自适应网格产，在产生自适应的时刻，自适应网格产生后，返回上一个自适应检查间隔生后，返回上一个自适应检查间隔 (ADPFREQ) (ADPFREQ) 重新计算重新计算

•• eq. 1: 1eq. 1: 1--pass pass adaptivityadaptivity，自适应，自适应时，产生自适应网格后继续时，产生自适应网格后继续

向前计算，不返回向前计算，不返回

•• ADPENE ADPENE 基于靠近的模具面的曲率调用自适应基于靠近的模具面的曲率调用自适应

•• 仅和仅和 **CONTACT_FORMING_optionCONTACT_FORMING_option一起产生作用一起产生作用

•• ADPTH ADPTH 指定自适应划分的壳单元厚度改变准则指定自适应划分的壳单元厚度改变准则


网格粗化网格粗化

使用使用HH--adaptivityadaptivity 细化的网格可以使用细化的网格可以使用*CONTROL_COARSEN*CONTROL_COARSEN 部分地进行粗化部分地进行粗化..

网格粗化可以在不显著损失精度的条件下加速回弹仿网格粗化可以在不显著损失精度的条件下加速回弹仿真分析真分析..


自适应网格粗化自适应网格粗化

Example:Example: NUMISHEET NUMISHEET ‘‘96 S96 S--rail, aluminumrail, aluminum

no coarsening5600 elements

12° coarsening2400 elements

成型后的网格


精度考虑精度考虑

SpringbackSpringback: Uniform Mesh : Uniform Mesh versusversus (Adaptive with Coarsening)(Adaptive with Coarsening)

Uniform meshno adaptivity

2000 elements

2-level adaptivity12° coarsening

550 - 5600 - 2400 elements

θ = 9° θ = 14°θexp = 15.5°


碰撞分析的网格粗化碰撞分析的网格粗化

LSDYNA LSDYNA 中原先用于成型的单元粗化功能现在已经扩展到碰撞和其它中原先用于成型的单元粗化功能现在已经扩展到碰撞和其它

应用中应用中

•• 指定粗化的区域指定粗化的区域 (default=ALL)(default=ALL)•• 根据曲率自动粗化根据曲率自动粗化

•• 不改变现有的约束不改变现有的约束

•• 建立新的自适应约束建立新的自适应约束

•• 初始化新网格初始化新网格

•• 应用粗化后的模型继续仿真应用粗化后的模型继续仿真ll应用网格粗化可以自动地修剪模型使其最好地适应于一个具体的载荷条应用网格粗化可以自动地修剪模型使其最好地适应于一个具体的载荷条件件

节约模型维护和节约模型维护和 CPU CPU 的成本的成本


网格粗化的例子网格粗化的例子

一般的车辆模型在做正碰使可以粗化其后部的网一般的车辆模型在做正碰使可以粗化其后部的网格格

原始单元数量原始单元数量

•• 67,653 67,653 粗化后网格的数量粗化后网格的数量

•• 47,910 (29% reduction)47,910 (29% reduction)


Rigid Wall ForceRigid Wall Force


2D R2D R--AdaptivityAdaptivity


Forging Operation Forging Operation –– 3D Adaptive 3D Adaptive (Courtesy of Alcoa)(Courtesy of Alcoa)


RR--adaptivityadaptivity 的注意事项的注意事项

为了减少误差，为了减少误差， RR--adaptivityadaptivity的次数应该保持最小的次数应该保持最小. .

网格自适应时单元和节点号会改变网格自适应时单元和节点号会改变..•• 不能画单元的时间历程曲线不能画单元的时间历程曲线..•• 不能定义关于指定节点或单元号的载荷和边界条件不能定义关于指定节点或单元号的载荷和边界条件. . 使用使用

*CONSTRAINED_GLOBAL *CONSTRAINED_GLOBAL 约束要被自适应划分的约束要被自适应划分的 part. part. 使使用自动约束用自动约束..

使用使用 ELFORM 13 ELFORM 13 四面体单元进行网格细化的四面体单元进行网格细化的 33--D D 体单元的体单元的 RR--adaptivityadaptivity ，通常用于使用各向同性塑性材料模型进行体成型，通常用于使用各向同性塑性材料模型进行体成型((锻锻造造))的仿真，不用于使用正交异性和超弹材料的场合的仿真，不用于使用正交异性和超弹材料的场合..


Exercise 1eExercise 1e


部件分析部件分析

““部件分析部件分析””用于模拟大结构内部小部件用于模拟大结构内部小部件((或者局部区域或者局部区域) ) 的详细响应的详细响应..部件分析使用两个模型部件分析使用两个模型..•• 第一个模型是一个整体模型。比如一辆汽车和车道。整体模型第一个模型是一个整体模型。比如一辆汽车和车道。整体模型

要足够的细化，能比较准确地计算出感兴趣部件的边界位移。要足够的细化，能比较准确地计算出感兴趣部件的边界位移。

•• 第二个模型是一个局部模型，如汽车的座椅。该模型对感兴趣第二个模型是一个局部模型，如汽车的座椅。该模型对感兴趣的部件要更加细化，并忽略整体模型的其它部分的部件要更加细化，并忽略整体模型的其它部分. .

•• 来自第一个模型的界面运动驱动第二个模型来自第一个模型的界面运动驱动第二个模型..

在实际中，局部模型也许有多个，每一个代表了整体结在实际中，局部模型也许有多个，每一个代表了整体结构的不同部分，每一个局部模型都由相应界面的运动来构的不同部分，每一个局部模型都由相应界面的运动来驱动驱动..


部件分析部件分析

第一个模型第一个模型: : 整体模型整体模型

•• *INTERFACE_COMPONENT_option *INTERFACE_COMPONENT_option 关键字定义界面位置关键字定义界面位置

•• *CONTROL_OUTPUT *CONTROL_OUTPUT 关键字控制界面数据的输出间隔关键字控制界面数据的输出间隔

•• 执行命令行执行命令行 z=z=ifacifac 指定写入的数据库名指定写入的数据库名 ((ifacifac 是一个包含界面运动时间是一个包含界面运动时间历程的二进制数据库历程的二进制数据库))

第二个模型第二个模型: : 局部模型，由从第一个模型得到的界面运动来驱动局部模型，由从第一个模型得到的界面运动来驱动

•• *INTERFACE_LINKING_option *INTERFACE_LINKING_option 关键字定义局部模型的界面位置，并关键字定义局部模型的界面位置，并指定相应的界面指定相应的界面 ID . ID . 可选项是可选项是: :

•• SEGMENT (SEGMENT (表面；仅由平动自由度驱动表面；仅由平动自由度驱动))•• EDGE (EDGE (壳边；平动和转动自由度驱动壳边；平动和转动自由度驱动))•• DISCRETE_NODE (DISCRETE_NODE (弹簧，梁；平动和转动自由度驱动弹簧，梁；平动和转动自由度驱动))

•• 命令行命令行 L=L=ifacifac 指定要读入的数据库指定要读入的数据库


Simple Illustration of Component AnalysisSimple Illustration of Component Analysis

Note difference in discretization of component.


Component AnalysisComponent Analysis


关于部件分析的几点说明关于部件分析的几点说明

第二个模型的界面是由运动驱动（位移），而不是力驱动.

不能通过界面运动传递到第二个模型的载荷必须包含在第二个模型的输入数据中. 例如, 如果第一个模型有重力载荷，则gravity (*LOAD_BODY) 应该也包含在第二个模型中.

第一个模型界面的空间位置必须和第二个模型界面的空间位置一致，界面的单元划分可以不一致.

第一个模型和第二个模型间的建模变化是否会对界面运动产生显著影响需要作工程判断.


关于部件分析的几点说明关于部件分析的几点说明

界面数据库中的界面 ID号是基于第一个模型输入数据中的关键字*INTERFACE_COMPONENT 的次序顺序编号的.

推荐写入界面数据库的数据每一时步写入一次 (默认状况).


LS-DYNA中的气囊模拟


气囊模拟

2 种方法

控制体积法• 气体不用划分单元. 在一个封闭的控制体积内，运用热力

学定律来计算空间均衡的压力. 在LS-DYNA 中，有几种控制体积气囊模型 (*AIRBAG_). 气袋多孔性, 泄漏, 以及1 阶喷射影响是可选的. 该方法计算效率比较高，有一定近似性，但在大多数的情况下是足够精确的.

Euler/ALE 方法• 气囊中的气体使用体 ALE 单元来模拟，压力在气囊内随

空间变化. 该方法精度高，但计算效率低。在某些应用中有额外的算量，如预测非标准位置 (out-of-position) 乘员和气囊的相互作用.


*AIRBAG 的应用

乘员气囊• 司机部位的气囊

• 乘客部位的气囊

• 侧部气囊

轮胎• 或者任何封闭气体


控制体积

LS-DYNA 提供几种控制体积模型

Tires

Typical For Occupant Airbags


折叠气囊

LS-PREPOST 可以折叠封闭的气囊网格• 折叠是沿网格线的

• 折叠类型:• Thin fold• Thick fold• Tuck fold• Spiral fold

单元可能因为折叠而产生非物理的伸展• 为了去除由于折叠初始几何所带来的非物理的应力，使用

*AIRBAG_REFERENCE_GEOMETRY 定义无应力气囊的节点坐标。


Airbag Folding via LS-Prepost


*MAT_FABRIC

气囊材料最好使用 *MAT_FABRIC来模拟

可以是各向同性的或者各向异性的

• 取决于测试数据

自动调用稳定的, 全积分膜公式

关掉织布中压应力的标识

• Thin elastic liner can be automatically added to take small amount of compression and keep things stable

影响气囊材料多孔性泄漏的可选参数


AIRBAG_WANG_NEFSKE

面段或者 part 表形成封闭的控制体积

有可选的传感器来激活气囊膨胀 ( 基于刚体的加速度, 速度, 或者位移)

可选的质量加权阻尼

气体特性• 常体积下的热容

• 常压力下的热容

• 输入气体的温度

• 等等

质量流率 vs. 时间


AIRBAG_WANG_NEFSKE

泄漏

• 漏气孔面积可以是常量, A23, 或者随压力变化, LCA23

织布多孔性

• 泄漏面积可以是常量, AP23, 或者随压力变化, LCAP23• 可选择地，由于开启的织布面而引起的泄漏可以在*MAT_FABRIC中

用参数控制。

其它影响控制体积压力的参数


气囊自接触

处理气囊中薄织布的自接触问题需要补充控制选项。

对织布自接触推荐使用基于面段 (SOFT=2) 的接触*contact_airbag_single_surface.• 忽略折叠的气囊中有时产生的初始穿透

• 接触刚度的计算是基于质量和时间步长的 (稳定性准则)• 补充控制选项用来更精确地处理翘曲单元和边－边接触。

• 很费计算时间.


气囊和结构的接触

‘结构’ 包括车辆部件 (IP, 方向盘等) 以及假人/乘员.

因为气囊的厚度很小 (<0.4mm), 所以设置接触厚度为2-4 mm。

调用软约束选项 (SOFT=1)

使用双向的, 自动接触


控制体积的‘ASCII’ 输出

气囊统计数据 *DATABASE_ABSTAT• 体积

• 压力

• 内能

• 质量流入率

• 质量流出率

• 总质量

• 密度 = 总质量 / 体积

• 温度

• 表面积


例子平的气囊对刚性圆柱

$ 没有折叠的气囊放置在刚性圆柱和固定的平面刚性墙

之间

$ 气囊尺寸大致为 19 x 25 inches, 厚度 0.015$ 单位: lbf-s^2/in, in, s, lbf, psi, lbf-in


气囊和圆柱例子


Airbag(Section Plane)


Airbag Part

$*PARTAirbag - Fabric $ pid sid mid eosid hgid adpopt

3 2 3$*SET_PART_LIST$ sid

1$ pid1

3$


Fabric Material (mat_034)

*MAT_FABRIC$ mid ro ea eb ec prba prca prcb$$ Ec, prca, prcb not used for fabric

3, 1.00e-4, 2.00e+6, 2.00e+6, , 0.35 $ gab gbc gca cse el prl lratio damp$$ Gbc, Gca not used for fabric

1.53e+6 $$ aopt

0.0$ xp yp zp a1 a2 a3

$ v1 v2 v3 d1 d2 d3

$


Airbag Section

*SECTION_SHELL$ sid - section id number$ elform - fully integrated B-T membrane$ nip - number of through shell thickness integration points$ t1 - t4 - shell thickness at corner nodes$ sid elform shrf nip propt qr/irid icomp$$ fully-integrated membrane is inferred from *mat_fabric2, 9, , 1$ t1 t2 t3 t4 nloc0.015, 0.015, 0.015, 0.015


Control Volume

*AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL$ Uses gamma law EOS to calculate pressure in control volume$ sid sidtyp rbid vsca psca vini mwd spsf

1 1 $ sid - set ID defining closed surface of control volume$ sidtyp = 1 sid refers to a part list (*SET_PART)$ rbid - airbag activation (default is airbag activated at t=0)$ vsca - volume scale factor (def.=1.0)$ psca - pressure scale factor (def.=1.0)$ vini - initial filled volume$ mwd - mass weighted damping factor$ spsf - stagnation pressure scale factor (0 (def.) < spsf < 1.0)$ for alternate form of damping


*AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL (continued)

$ cv cp t lcid mu a pe ro1736 2430 1200 1 0.0 0.0 14.7 3.821E-06

$$ cv - heat capacity at constant pressure$ cp - heat capacity at constant volume$ t - temperature of input gas$ lcid - input mass flow rate load curve ID$ mu - shape factor for exit hole$ a - exit area$ pe - ambient pressure$ ro - ambient density


Mass Inflow Rate for Control Volume

*DEFINE_CURVE$$ mass inflow rate vs. time$ lcid sidr scla sclo offa offo

1$ abscissa ordinate

0.000E+00 0.000E+003.200E-02 2.600E+014.500E-02 6.000E-01


Rigid Wall

$$ Ground*RIGIDWALL_PLANAR$ nsid nsidex boxid

0$ xt yt zt xh yh zh fric

0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.5$


Contact (Airbag vs. Cylinder)

$$ Contact between airbag and cylinder*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE$ ssid msid sstyp mstyp sboxid mboxid spr mpr

3 2 3 3 $ friction coefficient

0.5 $ Increase contact thickness to 0.1 inch$ sfs sfm sst mst sfst sfmt fsf vsf,, 0.05, 0.05$ soft1$


Results - Forces

rwforc file rcforc file


Results - Pressure vs Volume

abstat file

碰撞分析的建模指导原则

单元

类型

任何情况下避免使用三角形壳单元，四面体单元，五面体单元 (刚体中可以使用)如果有三角形壳单元，在*CONTROL_SHELL中设置ESORT=1如果有四面体，五面体单元，在*CONTROL_SOLID 中设置ESORT=1

壳单元中的翘曲刚度

当翘曲时默认的单元公式太软

对关键部件中的翘曲单元, 当 ELFORM=2 时设置 BWC=1，以及…为翘曲刚度使用计算慢的 FULL projection 设置(PROJ=1)，因为 DRILL projection 阻止了刚体转动.


单元

对壳单元公式 16, 设置沙漏公式 IHG 等于 8，调用翘曲刚度

壳厚度的更新 (ISTUPD in *CONTROL_SHELL) 通常在碰撞分析中是不推荐使用的 (金属成型中要求)

可能导致数值计算不稳定

有塑性变形的壳，沿厚度方向至少取 3 个积分点。


材料

在塑性模型中考虑应变率影响时，设置 VP=1

使用塑性应变率而不是总应变率

可产生更光滑的响应

泡沫的应力- 应变曲线应该进行光滑处理

null shells 和 null beams 的密度会包含在总的质量中

除非有意增加质量，否则设置null shells 和 null beams 的密度为小值.

曲线定义的本构数据其横坐标应能包含预期的工作范围。必要时曲线会被LS-DYNA外插处理.


连接

Nodal rigid bodies避免一个节点的节点刚体以及在数值上有非常小惯量的刚性体，因为它们会被删除并有一个警告信息写到 D3HSP 文件中。

Joints定义的空间节点副做连接

增加连接惩罚因子时需要小心

可能为了避免不稳定要求更小的时间步长


连接

离散的弹簧

弹簧的节点不能无质量

如果是 NON_LINEAR, 定义拉伸和压缩刚度

只使用 N1 到 N2 定向

可变性点焊

避免 “自由的/悬浮的” 点焊

检查没有绑定的点焊的节点 (查看d3hsp中的警告信息)在接触中不要包含点焊

如果使用*CONTACT_SPOTWELD_TORSION，在壳中调用刚度阻尼

Solid spotwelds show promise


沙漏

如果使用 *CONTROL_HOURGLASS, 在需要的时候可定义指定 part 的 *HOURGLASS 卡片覆盖整体的沙漏定义

当导入验证过的屏障/头模型时需要小心

对金属和塑性部件，推荐使用刚度公式的沙漏控制, IHQ=4, 沙漏系数 QM = 0.03

对泡沫和橡胶，推荐假设应变沙漏控制 (IHQ=6) 或者粘性公式沙漏控制

对大变形, IHG=4 或者 5 刚度公式的沙漏控制会引起过于刚硬的响应，即使是在减少沙漏系数的情况下


刚体

鼓励对刚体划分较细化的网格

几乎不增加计算费用

更真实的质量性质和接触力的分布

在*MAT_RIGID 中指定合理的弹性常数

影响接触刚度

不要在刚体的节点上施加约束

在*MAT_RIGID的卡片2 中施加约束


初始速度

在 t = 0 时画出速度矢量图来检查初始速度

特别检查刚体的初始速度

*PART_INERTIA 会取代所有的其它定义的初始速度

如果刚体的初始速度无法加上，使用双精度或者970 版本中的

initial_velocity 命令中的 RIGID 选项


接触

划分网格时注意正确地定位壳的中性面

尽量使用 AUTOMATIC 接触

如果报告有小的初始穿透，可使用 IGNORE=1不同材料的接触，推荐使用 SOFT=1避免多余的接触定义

提前的节点释放可能会导致矛盾的结果

对很薄的壳增加接触厚度

对安全带, 直接指定接触厚度 (SST)指定体单元的接触厚度, SLDTHK and SLDSTF (Opt. Card B) 如果包含体的接触计算不好

更简单的方法是用一层空壳单元覆盖于体表面


后处理

动画结果检查是否有不合理的现象，例如部件之间的穿透

检查 GLSTAT 和 MATSUM 中的能量

使用 *CONTROL_ENERGY 打开相关能量的计算设置

能量比应该保持在 1.0 附近

沙漏能相对于内能来说应该比较小

如果接触中没有摩擦， GLSTAT 中的接触能量应小

如果接触摩擦不是零，接触能量是正的且不一定小.

系统增加的质量应该小于系统物理总质量的 1% 。(检查GLSTAT 文件)


Exercise 1a

• 创建一个子目录 sphere1，拷贝文件 sphere1.k 到该目录下.

mkdir sphere1cp oldsphere1.k sphere1/sphere1.kcd sphere1

• 执行 LS-DYNAls970 i=sphere1.k

• 练习用 LS-Prepost 做后处理.lspost d3plot


用文本编辑器修改 sphere1.k .• 对球施加初始的旋转速度，转轴平行于全局坐标系的Y轴且通过球

的重心 (旋转速度 ω = 10 rad/msec).提示：

修改 *initial_velocity_generation球的重心 0, 0, 12.6

• 添加接触静摩擦系数 0.3 .• 记录板中心处的节点的运动时间历程数据 (100 个状态). 使用

ASCII 输出文件 (*database_nodout).• 运行分析，后处理 d3plot 和 nodout 数据. • 观察比较每个数据库中的 z 向速度 .

• 把摩擦系数增大到 0.8, 再分析并后处理.

Exercise 1b


Exercise 1c修改文件 sphere1.k• 注释掉接触, 再分析和后处理. 你可以在分析完成之前停止分

析，使用 “stop” 转换开关.

• 增加一个 automatic_single surface contact (提示: 所有的接触表面都设置为从面; 无主面). 同时增加一个*contact_force_transducer_penalty 来捕捉板中的接触力.

• 增加命令记录总的接触力到一个ASCII 文件中和一个二进制文件中 (提示: 看 *DATABASE 和 *CONTACT中的print flag)

• 运行分析和后处理. 在 LS-Prepost 中使用 ASCII 菜单观察接触力的时间历程数据. 打开二进制界面文件云纹图显示接触法向应力和切向应力.


Exercise 1d

修改 sphere1.k.• 去除旋转，板的材料使用分段线性材料 (在输入文件中注释掉).

首先使用零失效应变，即没有失效. 观察结果.

• 然后, 设置板的失效应变到0.3, 再分析，观察结果.


Exercise 1e

修改 sphere1.k.• 对板使用弹塑性材料模型，没有失效 (设置失效应变为

0).• 每隔0.1 msec 检查自适应准则 (*control_adaptivity).• 自适应准则设置为 3 度角的改变.• 使用 3 级自适应. • 确定打开了板的自适应标志 (*part).• 运行0.3 或 0.4 msec 后使用转换开关 1 停止分析.


Exercise 2a

• 首先, 增加重力 (一个常量加速度) ，轮胎沿负z向跌落, 运行模型，观察轮胎是否沿预定方向运动，注意单位. 你可以从D3PLOT或者 NODOUT 数据库画一时间历程曲线.

• 然后，在轮胎下方0.2 mm 的地方增加一个刚性面. (在LS-Prepost 中用 Ident 菜单去找到轮胎底部的坐标.)

• 延长分析中止时间到 200 ms，验证最终的刚性墙的力等于轮胎的重量. (提示: 应用 RWFORC 输出和d3hsp文件中的质量信息)

目的: 增加地面 (*rigidwall) 和重力 (*load_body) 到弹性轮胎模型 (oldtire.k) 中，产生弹跳效果.


Exercise 2b

再分析轮胎的弹跳问题 (oldtire.k).• 观察轮胎底部节点的 z 向位移时间历程 (你可以使用

NODOUT ASCII 文件). 我们没有设定阻尼，但为什么弹跳会被抑制？提示: 在GLSTAT中检查沙漏能量 (see *control_energy).

• 把壳单元的公式改成16 (完全积分壳，这样没有沙漏产生), 调用2 阶应力更新 (*control_accuracy)再运行. 再观察位移时间历程. 是否还有明显的阻尼？


Exercise 2c

应用阻尼到轮胎的弹跳问题.• 施加 30% 的临界阻尼. 提示: 临界阻尼的确定是根据轮胎额弹

跳频率.• 设置时步缩放因子为 0.7.• 保持壳单元公式 16 和 2 阶应力更新 ( Example 2b 中所做的改

变).• 运行分析，用 NODOUT 输出文件画出节点 8914 的 z 向位移时

间历程曲线。


Exercise 3目的: 学习怎样进行重启动分析和使用刚体－变形体转换.

• 运行 pendulum.k ，注意命令 *DEFORMABLE_TO_RIGID 在分析开始时使可变形材料转换成刚性材料。没有这个转换，运行时间会很长。

• 创建一个小型重启动输入文件 res.k，该文件包含下面内容:• 分析中止时间 13 ms• *RIGID_DEFORMABLE_R2D 转换 part 1和 2 到变形体• d3plot 文件的输出间隔是 0.1 ms

• 在同样的目录下执行重启动分析.• 在命令行中包含 i=res.k r=d3dump01

• 结果后处理. • 做 V-M 应力的云纹图动画. (为清楚起见，可预先设置范围 0 到 0.15)


Exercise 4a

目的: 使用动力释放方法给一个旋转的棒施加预应力.• 运行 spinning-bar.k (未修改的). 这里，棒从 0 应力和 0 变形开始

。初始旋转速度由 *INITIAL_VELOCITY_GENERATION 给出. • 后处理 d3plot，画出 von Mises 应力的时间历程曲线.

• 拷贝 spinning-bar.k 到新文件 spinning-bar.dr.k. 在新文件中，添加 *LOAD_BODY_RZ 和 *DEFINE_CURVE 进行体力作用的动力释放分析 (DR) . 再运行并画应力时间历程曲线.

• 增加命令记录动力释放阶段的数据到二进制输出文件中。再运行并后处理 “d3drlf” 中的数据.


Exercise 4b

再分析旋转棒问题，研究阻尼的影响。

• 运行 spinning-bar.k，没有动力释放但施加一个质量阻尼，阻尼系数大概为临界阻尼的10% (临界阻尼 Dcrit = 4*pi/T). 当棒旋转时会发生什么现象?

• 运行 spinning-bar.k ，没有动力释放但施加一个刚度阻尼，阻尼是临界阻尼的 10% (COEF=0.1). 当棒旋转时会发生什么现象? 画出 V-M 应力的时间历程曲线.

• 运行 spinning-bar.dr.k，有动力释放和一个等于临界阻尼10％的刚度阻尼. 画出 V-M 应力的时间历程曲线.


补充练习

bird-el.k: Euler/Lagrange 耦合问题

spinup.bar.k: 用动力释放进行应力初始化的旋转棒

shells-5ip.k: 用户自定义积分方法的悬臂壳

transducer.k: 3 板接触

rodsol.k: 固体棒的波传播

component1.k, component2.k: 部件分析的例子


补充练习

3 块飞行的板 (transducer.k )» 接触改变成 *contact_surface_to_surface

– 要求定义从面和主面

– 运行分析观察结果

» 增加第二个 surface_to_surface 接触

– 记住 s2s 接触是有方向的接触 (仅在一个方向起作用)– 注意*control_contact 中 ORIENT 参数默认设置是 on (对用 part ID定义的接触). 试一试把 ORIEN 设置成 off，观察发生什么现象.

» 在 *control_contact 中设置参数SHLTHK，打开壳厚度影响

» 缩小接触惩罚比例因子一个数量级，观察响应的变化.

an introduction to ls-dyna -...

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