ansys/ls-dyna - oss.jishulink.comoss.jishulink.com/caenet/forums/upload/2014/09/15/113/... ·...

March 7, 2002Inventory #001630

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Training Manual欢迎 !

• 欢迎使用ANSYS/LS-DYNA 显式动力学培训手册!

• 这个培训课程包括将ANSYS 前后处理器和LS-DYNA显式求解器有效结合起来完成高度非线性及瞬态分析的过程。同时ANSYS 隐式求解器可以与LS-DYNA显式求解器一起使用来扩展应用范围。

• 假设使用者已经了解ANSYS中基本的静态非线性和动力学分析过程，如

金属塑性分析，接触及瞬态现象，及基本的建模和网格划分技术，如选择逻辑的概念。


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Training Manual

培训安排

第1天概述、单元、part定义

第2天载荷边界、求解控制、后处理

第3天材料、接触

第4天重启动、显式－隐式连续求解、隐式－显式连续求解

第5天跌落分析、总结、讨论


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Training Manual培训目标和方式

• 培训目标:– 判断问题属于显式求解或隐式求解的能力。

– 熟练利用ANSYS/LS-DYNA完成显式动力学分析的过程。

– 获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验

• 培训方式:– 培训手册和习题集是这套幻灯的拷贝文档。

– 习题集的练习用来强化每一章所学习的内容。

概述

第1-1章


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Training Manual

概述

本章目标

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

概述。

• 主题:A. 什么是 ANSYS/LS-DYNA ?B. ANSYS/LS-DYNA的应用

C. 隐式和显式方法的比较

D. 临界时间步

E. 文件系统

F. 习题


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Training Manual

概述

A. 什么是 ANSYS/LS-DYNA?• 显式动力学有限元程序的基本目标

• 用来求解高度非线性瞬态动力学问题

– 对大范围的接触类型有效

– 丰富先进的材料模型

– 强大的大变形分析能力

• ANSYS 和LS-DYNA 程序的无缝结合

– 将LS-DYNA 求解器完全集成到 ANSYS程序中

– 所有的前后处理使用ANSYS标准格式

– GUI 完全类似于通用ANSYS程序

– 支持隐式－显式顺序求解能力


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概述

… 什么是 ANSYS/LS-DYNA?• 完美的显式和隐式求解技术的结合

• ANSYS 前后处理:– 所有的显式动力学特定的命令有EDxx前缀

– 用户化ANSYS GUI能有效的执行显式问题

– 支持所有的固体建模和布尔操作

– 允许直接输入IGES, Pro/E, ACIS, Parasolid等几何模型

– 支持所有的ANSYS自由网格划分技术

– 可以使用APDL 和优化设计

– 支持所有的通用后处理器特性和动画宏

– 专业的时间－历程后处理器

• LS-DYNA 求解器

– 市场上快的显式求解器

– 比其他任何显式程序具有更多的特性

– 完全版本的 LS-DYNA (带有气囊，空气包, 安全带, 炸药模型等)– 完全版的LS-POST后处理器


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概述

B. ANSYS/LS-DYNA 的应用

• 防撞性分析

– ANSYS/LS-DYNA 适合波的传播分析:• 整车碰撞

• 汽车部件分析

• 所有汽车工业的碰撞

– 轿车

– 卡车

– 公共汽车

– 火车

– 轮船

– 航行器


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Training Manual

• 制造过程的模拟

• 深拉

• 液压成形

• 超弹成形

• 轧制

• 挤压

• 冲压

• 加工

• 钻

• 所有的这些成形过程可以利用LS-DYNA 程序的质量缩放和变化工

具速度功能来模拟

概述

… ANSYS/LS-DYNA 的应用


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

• 接触/碰撞

– 跌落试验

– 摆锤碰撞试验

– 喷气发动机扇片的包容性分析

• 大范围的接触分析类型

概述



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

F(t)

概述


• 非线性屈曲

• 阶越屈曲

• 声波的传播

• 失效分析


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PUNCH

DIE

BLANK

静态 “准” 静态动态

结构问题金属成形碰撞问题

Σ F = 0 Σ F ≈ 0 Σ F = ma

隐式方法

显式方法

概述

C. 显式和隐式方法的比较


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Training Manual

隐式时间积分:• 时间t+Δt 时计算平均加速度－位移:

{ } [ ] { }att

1tt FKu Δ+

−Δ+ =

线性问题:– 当[K] 是线性时无条件稳定

– 可以采用大的时间步

非线性问题:– 通过一系列线性逼近(Newton-Raphson) 来获得解

– 要求对非线性刚度矩阵[K]求逆

– 收敛需要小的时间步

– 对于高度非线性问题无法保证收敛

概述

… 显式－隐式方法的比较


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显式时间积分

• 用中心差分法在时间 t 求加速度:

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

• Fhg 为沙漏阻力 (见单元一章) ；Fcont 为接触力.• 速度与位移用下式得到:

{ } [ ] [ ] [ ]( )intt

extt

1t FFMa −= −

contacthgn

T FFdBF +⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +Ω∫Σ=

Ωσint

{ } { } { } tttttt tavv Δ+= Δ−Δ+ 2/2/

{ } { } { } 2/2/ ttttttt tvuu Δ+Δ+Δ+ Δ+=

其中 Δtt+Δt/2=.5(Δtt+ Δtt+ Δt) and Δtt- Δt/2=.5(Δtt- Δtt+ Δt)

概述



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显式时间积分（续）:• 新的几何构形由初始构形{xo}加上位移增量获得

• 非线性问题:– 集中质量矩阵需要简单求逆

– 方程非耦合，可以直接求解 (显式)– 无须对刚度矩阵求逆，所有非线性（包括接触）都包含在内力矢量中

– 内力计算是主要的计算部分

– 无须收敛检查

– 保持稳定状态需要小的时间步

{ } { } { }ttott uxx Δ+Δ+ +=

概述



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Δ Δt t crit≤ =2

ωmax

概述


隐式时间积分

• 对于线性问题，时间步可以任意大（稳定）。

• 对于非线性问题，时间步由于收敛困难变小

显式时间积分

• 当时间步小于临界时间步时稳定

• 其中ωmax = 大自然角频率

• 由于时间步小，显式分析对瞬态问题有效


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• 杆件的临界时间步长

– 自然频率:

• 临界时间步长:

lc

=ω 2max 其中ρE

c= (波传播速度)

cl

t=Δ

概述

D. 临界时间步

– Courant-Friedrichs-Levy-准则

– Δt 为波传播杆长 l需要的时间

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


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• ANSYS/LS-DYNA在计算所需时间步时检查所有单元. 为达到稳定采用一个比例系数（缺省为0.9）来减小时间步:

• 特征长度 l 和波速 c 取决于单元类型:clt 9.0=Δ

ρEc=elementtheoflength=l

)-1ρ(E

)LL(LmaxA2

)LLL(LmaxA

2

3214321

νc=

,,l=shells: triangular for ,,,,l=

L1

L4L3

L2

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壳单元:

梁单元:

概述

… 临界时间步


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概述

E. 文件系统

ANSYS /SOLULS-DYNA solver taskWrites and submits Jobname.K- standard LS-DYNA ASCII input file

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

ANSYS /POST1General postprocessingReads Jobname.RST- general binary result dataEDRST,Freq

LS-POST (phase 3) & ANSYS /POST26Postprocess ASCII output files- GLSTAT, MATSUM, SPCFORC, etc.EDOUT,File and EDREAD, ,File

ANSYS /POST26Time history postprocessingReads Jobname.HIS- selective binary results dataEDHIST,Comp and EDHTIME,Freq

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

LS-POST (phase 2)Postprocess time history binary results files- d3thdtSimilar to Jobname.HISEDHIST,Comp and EDHTIME,Freq


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概述

… 文件系统

ANSYS/LS-DYNA 运行过程中产生的ANSYS文件的描述:

Jobname.K• 在执行ANSYS SOLVE命令后自动生成的LS-DYNA 输入文件

• 包括存在于ANSYS数据库中的几何、载荷和材料数据

• ASCII 输入文件 100% 相容于 LS-DYNA 版本960• 能自动地通过EDWRITE命令生成:

Solution > Write Jobname.K

Jobname.RST• 与标准的ANSYS .RST类似的显式动力学结果文件

• 主要用来在通用后处理器ANSYS postprocessor (POST1)中查看结果

• 包括相对少的时间步结果 (e.g., 10 - 1000)


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ANSYS/LS-DYNA 运行过程中产生的ANSYS文件的描述(继续):

Jobname.HIS• POST26 中使用的显式动力学时间历程结果文件

• 包含模型中节点或单元子集的结果

• 通常比 Jobname.rst 包含更多时间步的结果信息

时间历程 ASCII 输出文件

• 包含显式分析的附加信息的特定文件

• 用户在求解前定义要输出的文件 (EDOUT command)• ASCII 输出文件 (一些通过 POST26 中EDREAD命令可以获得的) 包括:

GLSTAT: 总体统计和能量

MATSUM: 材料能量总结 (基于 Part ID 号)SPCFORC: 单点 (节点) 约束反作用力

RCFORC: 接触面反作用力

RBDOUT: 刚体数据

NODOUT: 节点数据

ELOUT: 单元结果

etc....

概述

… 文件系统


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概述

… 文件系统

• 在显式求解过程中可以生成下面两个文件用于ANSYS/LSDYNA附带的 LS-POST后处理 :

– D3PLOT : 类似于 ANSYS Jobname.RST 的二进制结果文件

– D3THDT : 类似于ANSYS Jobname.HIS 的时间－历程结果文件

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


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概述

F. 习题1-1

• 这个习题包括下面问题:

练习1-1. 方盒的跌落试验

单元

第1-2章


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单元

本章目标

• 本章包括理解和定义ANSYS/LS-DYNA单元

• 主题:A. 了解显式动力学单元家族

B. 缩减积分

C. 沙漏

D. 定义 ANSYS/LS-DYNA 单元

E. LINK160 -- 3-D Spar (Truss)

F. BEAM161 -- 3-D Beam

G. PLANE162 -- 2-D Solid

H. SHELL163 -- 3-D Thin Shell


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Training Manual

单元

… 本章目标

• 主题（继续):I. SOLID164 -- 3-D 8-node Brick

J. COMBI165 -- 3-D Spring or Damper

K. MASS166 -- 3-D Mass

L. LINK167 -- 3-D Cable

M. 单元使用指导

N. 单元习题


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单元

A. 显式动力学单元概述

• ANSYS/LS-DYNA 程序可以定义8种不同的单元:– LINK160: 3-D 显式杆单元 (类似于 LINK8)– BEAM161: 3-D 显式梁单元 (类似于 BEAM4)– PLANE162: 2-D 显式平面体单元 (类似于 PLANE42)– SHELL163: 3-D 显式薄壳单元 (类似于 SHELL181)– SOLID164: 3-D 显式体单元 (类似于 SOLID185)– COMBI165: 3-D 显式弹簧阻尼单元 (类似于 COMBIN14)– MASS166: 3-D 显式结构质量单元 (类似于 MASS21)– LINK167: 3-D 显式索单元 (类似于 LINK10)

• 除2-D PLANE162外 (平面应力，平面应变或轴对称)，其它显式单

元都是三维单元


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Training Manual

单元

…显式动力学单元概述

• 显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同:

– 每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式 ANSYS中，不同的单元类型仅仅适用于特定的材料模式，如超弹单元 (HYPER56, 58, 74) 和粘弹单元(VISCO106 , 108), 尽管现在新的18X 隐式单元允许多种材料选项。

– 大多数显式单元有许多不同的算法，如SHELL163 多有12种算法。历史上，隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字 (如SHELL43 和 63), 但是现在新的18X隐式单元正向这个趋势发展。


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Training Manual

• 显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同:(续):

– 显式单元支持ANSYS/LS-DYNA所允许的所有非线性选项。

– 所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移函数。

– 在ANSYS/LS-DYNA中，没有带有额外形函数和中间节点的单元及P-单元。

– 每种显式单元缺省为单点积分单元。

单元

…显式动力学单元概述


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Training Manual

单元

B. 缩减积分算法

• 缩减积分单元是使用少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心

有一个积分点，一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点，但沿着壳的厚度可以设置多个积分点。

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

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


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Training Manual

单元

… 缩减积分算法

• 除了节省CPU 时间，单点积分单元有利于大变形分析。ANSYS/LS-DYNA 单元能经历比ANSYS 单元大得多的变形。

• 缩减积分单元有两个主要的缺点

– 可能出现零能模式的变形 (沙漏)– 应力结果的精度直接与积分点的个数相关


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Training Manual

单元

C. 沙漏

• 沙漏是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。沙

漏模式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们通常没有刚度，变形呈现锯齿形网格。

– 单点 (缩减) 积分单元将产生零能模式

– 在分析中沙漏变形的出现使结果无效，所以应尽量减小和避免

– 如果总体沙漏能超过模型总体内能的10% ，那么分析可能就是无效的。关于沙漏能以后会讨论 (GLSTAT 和 MATSUM文件)，有时侯甚至 5% 的沙漏也

是不允许的。


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Training Manual

• 单点积分实体单元的零能模式:

• 有必要控制零能模式

• 沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式

单元

… 沙漏


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Training Manual

单元

…沙漏

• 在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏

– 避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到周围的单元，所以不要施加单点载荷。如果可能，尽量将载荷如同压力那样施加到多个单元上。

– 细化网格通常减少沙漏，但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增大。

– 全积分单元可以避免沙漏，但根据不同应用，要以求解速度，求解能力甚至求解精度为代价。另一种选择，可以在网格划分时，分散一些全积分的“种子”单元于模型中从而减少沙漏。 PLANE162无全积分模式，梁单元不需要全积分。


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Training Manual

单元

…沙漏

• 在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)

– 总体调整模型的体积粘度可以减少沙漏变形。可以通过EDBVIS命令的线性或二次系数来增加模型的体积粘度:

• Solution > Analysis Options > Bulk Viscosity …

• 不推荐过大改变 EDBVIS命令的缺省值 (1.5 and .06) ，因为它将对总体

结构产生相反的效应。

• 粘性沙漏控制推荐用于快速变形的问题中（例如激振波）

• 可用的单元包括PLANE162 和SOLID164.


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Training Manual

单元

… 沙漏

• 在 ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)

– 总体增加弹性刚度来减少沙漏. 可以通过EDHGLS 命令的沙漏系数(HGCO) 来实现整体模型的沙漏控制:

• Solution > Analysis Options > Hourglass Ctrls > Global …

• 当增加沙漏系数时必须谨慎，因为大于0.15的值会过分刚化变形过程中

的响应并导致不稳定。

• 刚度沙漏控制推荐用于低速变形问题（如金属成型安定碰撞中）

• 适用的单元包括PLANE162, SHELL163, and SOLID164.


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Training Manual

单元

… 沙漏

• ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏 (续)– 在模型的关键部位局部减少沙漏而对模型的总体刚度没有过大的影响。

EDMP, HGLS 命令被用来对特定材料施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙漏控制类型（粘性或刚度）、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数:

• Solution > Analysis Options > Hourglass Ctrls > Local …

• LS-DYNA 局部施加沙漏控制是基于Part 号（不是基于材料号), 所以任何带有特定材料的Part 将有这种沙漏控制。

• VAL1=5 通常用来定义减

少沙漏。


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Training Manual

单元

D. 定义 ANSYS/LS-DYNA 单元

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

• ANSYS Main Menu > Preferences …

• 选择 LS-DYNA Explicit 将在目前的分析中将

单元限制于显式单元家族。

• 必须记住，显式和隐式单元不能在一个分析中同时使用。

• 如果在同一个模型中定义了隐式单元，那么当执行SOLVE命令时，分析将自动被中止。


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Training Manual

单元

… 定义 ANSYS/LS-DYNA 单元

• 增加单元类型:– Preprocessor > Element type > Add/Edit/Dele....

– 可以用标准的格式定义关键选项和实常数

设置LS/DYNA选项后，可选单元

将被限制于显式单元 (160 – 167)


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Training Manual

单元

E. LINK160 -- 3-D 杆 (Truss)

• 3-D 杆单元只能承受轴向载荷

– 用三个节点定义单元

– 第三个节点用来定义初始杆方向


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Training Manual

单元

F. BEAM161 -- 3-D 梁

• 3-D 梁单元适用于刚体旋转，因为它不产生应变

– 用三个节点定义单元

– 第三个节点用来定义梁的方向

– 可以定义许多标准的梁横截面


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Training Manual

单元

G. PLANE162 -- 2-D 体

• PLANE162 – 2-D, 4-节点体

– 3节点三角形单元 (不推荐)– 仅支持 Lagrangian 算法

– UX, UY, VX, VY, AX, AY 自由度

– 对于轴对称模式，Y 轴 = 对称轴

– 不允许混用2D 和3D 单元类型

– 不允许全积分选项

• PLANE162 KEYOPT 设置:– Keyopt(2) –面积加权或体积加权 (AXISYM)– Keyopt(3) – 平面应力，轴对称或平面应变

• 在给定的分析中仅仅可以使用一种2-D类型 (如在一个模型中不能同时轴对称和平面应力单元)

I

J K

L

SHELL162: 2-D PLANAR SOLID

x

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Training Manual

单元

… PLANE162 -- 2-D 体

• 在X-Y 平面建立PLANE162 单元

• PLANE162单元不要定义实常数

• 支持许多材料模式 (如塑性，复合材料，Mooney-Rivlin橡胶材料)• RSYS 支持位移和应力（不包括应变）

• Lagrangian 算法基于大应变理论，根据此理论实体被离散化，并且当网格随时间物理变形时几何体不断更新。该算法同样使用于隐式ANSYS中。


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Training Manual

单元

H. SHELL163 -- 3-D 薄壳

SHELL163 有 12 种不同的单元算法，重要的包括:• Belytschko-Tsay (BT, KEYOPT(1)=0 or 2, 缺省):

– 简单壳单元

– 非常快 (相对速度 = 1.0)– 翘曲时易出错

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

– 推荐使用

• Belytschko-Leviathan (BL , KEYOPT(1)=8):– 相对速度 = 1.25 * BT– 较新，仍在开发中

– 第一个有物理沙漏控制的单元

– (对于EDMP,HGLS,Mat,Val1无参数)

• S/R co-rotational Hughes-Liu (S/R CHL, KEYOPT(1)=7):– 没有沙漏控制的壳

– 相对速度 = 8.84 * BT


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单元

… SHELL163 -- 3-D Thin Shell

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

• 所有的壳单元沿着厚度方向有任意多数目的积分点(NIP) 。– 对于弹性行为NIP = 2 (缺省)– 对于塑性行为，3 < NIP < 5 (推荐NIP=5)– 实常数用来定义积分点的数目

• R, NSET, SHRF,NIP,T1– NSET = 实常数组参考号

– SHRF = 剪切因子 (对于薄壳推荐为5/6)– NIP = 积分点数

– T1 = 单元厚度

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


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Training Manual

单元


• 用 EDINT命令定义结果输出的沿厚度方向的积分点数目

– Solution > Output Controls > Integ Pt Storage …

– EDINT, SHELLIP, BEAMIP• SHELLIP 是输出中壳的积分点数目

• SHELLIP ≥ 3• 每一个积分点与一个LAYER 相关

• 缺省值是 3 (顶层，中层和底层)• BEAMIP是输出的梁积分点数目


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Training Manual

CPU factor 2.45*BTKEYOPT(1)=1

1 integration point

normal CS co-rotational CS

标准“全缩减”

选择性“全积分”


1 integration point


4 integration points


4 integration points

这个算法类似于SHELL143算法

单元


• 有4种 Hughes-Liu 壳单元算法:


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Training Manual

单元


• 对于三角形壳单元有两种算法:– C0 三角形壳 (KEYOPT(1)=4)

• 基于 Mindlin-Reissner 平板理论

• 此算法刚度偏大，不推荐用于整个壳体网格中

– BCIZ 三角形壳 (KEYOPT(1)=3)• 基于 Kirchhoff 平板理论

• 较慢

– 在混合网格中, C0 三角形单元通常比退化的4节点单元算法更好。所以当混合划

分（自由划分）通常使用下面的命令：

• EDSHELL, , , , , ,ITRST– ITRST = 1 : 退化的四边形单元被当作三角形单元（缺省）

– ITRST = 2 : 退化的四边形单元保持不变

• Preprocessor > Shell Elem Ctrls > Triangular Shell Sorting > Full Sorting > OK


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Training Manual

单元


• 有两种膜单元算法:– Belytschko-Tsay-膜(KEYOPT(1)=5):

• 单点积分的膜单元

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

• 全积分 Belytschko-Tsay 壳 (KEYOPT(1)=12):– 不需要沙漏控制

– 对横向剪切，假设的小应变弥补了剪切锁定

– 平面内4点积分 (2 X 2 积分) ，但速度仍然很快

– 比缩减积分的Belytschko-Tsay 壳慢2.5 倍– 当沙漏模式难以控制时推荐使用

– 在每一层的单元中心平均各层应力结果


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Training Manual

单元

I. SOLID164 -- 3-D 8-node 实体

• 极力反对用退化的四面体网格– 一个完全四面体网格甚至不能运行

• 对显式动力学单元使用映射网格– 拖拉生成的三棱柱单元可以接受

– 尽可能保持接近于立方体的实体形状


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Training Manual

单元

… SOLID164 -- 3-D 8-node 实体

• 有两种实体单元算法:

– 单点积分实体 (整个单元中常应力)• 缺省形式

• 对于单元大变形单元非常快和有效

• 通常需要沙漏控制来阻止沙漏模式

– 全积分实体 (2x2x2 积分)• 比较慢，但无沙漏

• 对于高的泊松比时会同时出现剪切锁定和体积锁定，得到比较差的结果

• 精度比缺省算法对单元形状更敏感

• 在特定区域被选用来降低病态效应


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am

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ith A

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ith A

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NA

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6.0

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6.0

Training Manual

单元

J. COMBI165 -- 3-D 弹簧或阻尼

• 使用两个节点和离散的材料模式来定义

• 能与其它所有显式单元连接

• 具有平动和转动自由度

• 能定义复杂的力－位移关系

• 不象COMBIN14, 弹簧和阻尼必须是不同的单元

• 由于只能同时定义一个弹簧或阻尼选项，所以定义弹簧－阻尼集合体时需要重叠定义两个单元


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Ex

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Training Manual

单元

K. MASS166 -- 3-D 质量

• MASS166 是一个有9个自由度的单点质量单元:在x,y,z方向的平动、速度、加速度

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

• KEYOPT(1)=1 3-D 转动惯量 (无质量):输入 6 个惯量值

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


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Training Manual

单元

L. LINK167 -- 3-D 索

• 三节点仅拉伸单元

– 第三个节点定义单元初始方向

– 用于索绳建模


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Training Manual

单元

M. 单元使用指导

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

• 减少使用三角形、四面体和棱柱单元，尽管程序支持，但不推荐使用。

• 避免尖角单元和翘曲的壳，因为它们将降低结果精度。

• 在需要沙漏控制的地方使用全积分单元，但是全积分六面体单元会导致体积锁定（由于泊松比接近于0.5）和剪切锁定（如剪支梁的弯曲）。


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6.0

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Training Manual

单元

N. 练习1-2

• 这个练习包括下面的问题:练习1-2. 显式动力学单元

Part 定义

第1-3章


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Training Manual

Part 定义

本章目的

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

• 主要内容

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

D. 使用Part的步骤

E. Part的选择

F. Part的显示

G. Part集H. Part定义的练习题


1-59

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Training Manual

PART 1: BALLMat 1: Si3N4 Ceramic

Real 1Type 1: SOLID164

P

PART 2: PLATEMat 2: Steel

Real 2 Type 2: SOLID164

Part 定义

A. 什么是Part ?• 一个 Part 是指具有相同的单元类型，实常数和材料号组合的一个单元集

. 可以说, Part 是模型中的一个特定部分. 每个 Part 具有一个给定的参考号 Part ID, 用于在后续 ANSYS/LS-DYNA 命令中使用。

• 为了说明在有限元分析中如何定义 Part, 参考球与平板接触的问题。描述如下, 模型由两个 part 组成: 一个是球，一个是平板。


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Training Manual

例子：

Part 定义

B. ANSYS/LS-DYNA中Part的应用

• 由于 ANSYS/LS-DYNA 中许多命令要用到PART ID，因此PART 的定义在ANSYS/LS-DYNA 中十分重要。

• 下面是一些需要 Part ID的操作:– 1. 定义和删除两个实体之间的接触 (EDCGEN 和 EDCDELE 命令)– 2 定义刚体载荷和约束, 惯量属性和集合 (EDLOAD, EDCRB, EDIPART,

和EDASMP 命令)– 3. 读取时间历程材料数据 (EDREAD 命令)– 4. 向模型的组元施加阻尼(EDDAMP 命令)


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Training Manual

Part 定义

C. 创建、列表和更新 Part

• Parts 是通过EDPART命令来创建、列表和更新

• 菜单操作路径：

– Preprocessor > LS-DYNA Options > Parts Options

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


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Training Manual

Part 定义

…创建、列表和更新 Part• 对于每种单元类型, 如果实常数或材料号等属性发生变化, 这组单元将被赋

以新的PART ID。

• 创建一个新的Part后, 它会自动在屏幕上列出。也可通过EDPART命令列出Part表。



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Training Manual

Part 定义

…创建、列表和更新 Part• 在Part表中, Part ID 号在 PART 一列中与 MAT, TYPE, 和REAL 号相对

应给出。

• 从上面列表可见，存在两种Part标号USED (1) 和UNUSED (0) 。• 一个 UNUSED Part ID 是指此PART中已没有任何具有MAT、 TYPE和

REAL 的组合属性的单元。 UNUSED Parts 通常当单元被从模型中删

除后出现。

• Part ID 列表


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Training Manual

Part 定义

…创建、列表和更新 Part

• 如果列表中显示有未用的Part, 当重新列表时这些Parts将被删除(EDPART, CREATE)。重建的列表删除了未使用的Parts的标号从而减少模型Parts的总数。

• 如果用EDPART， CREATE命令重建 Parts列表，Parts列表将被重写。这将造成前面用命令（如 EDLOAD) 定义的Part标号被修改。

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


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Training Manual

Part 定义

…创建、列表和更新 Part

• 更新Part列表是在不改变现有列表顺序的情况下扩大现有的Part列表并且允许单元（具有唯一的MAT、TYPE和REAL号）加入现有的列表中。

• 更新列表使用EDPART，UPDATE命令



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Training Manual

Part 定义

D. 使用Part的步骤

• 建立模型，直到遇到需要使用Part的命令.

• 建立Part列表 (EDPART, CREATE) 并进行检查。

• 在命令中使用适当的Part号.

• 模型修改后, 遇到需要使用 Part 的命令时，应先更新和列表当前的Part。

• 如需要，重复后一步。

注意: 更新Part列表并应保持到 SOLVE命令的使用。如果有命令使用未定义的Part ID，求解将被终止。


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Training Manual

Part 定义

E. 选择 Part

• 使用 PARTSEL 命令可以逻辑选择Parts。单元集 _part1, _part2等可以自动生成。

• UTILITY MENU > Select > Parts ...

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

• PMIN, PMAX, PINC = minimum, maximum, and increment #


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Training Manual

Part 定义

F. 显示 Parts

• 由PARTSEL命令选择的Parts可用PARTSEL, ’Plot’选项来画出。

• 注意: PARTSEL,’Plot’不仅能显示近被选择过的大多数Part，而且还把这些Parts设定为当前的单元集。

• UTILITY MENU > Plot > Parts ...

• 显示的Parts可以

清楚地表示出与Parts有关的命令所需的Part ID.


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Training Manual

Part 定义

G. Part 集

• 运用EDASMP命令可以建立Part集。

• Preprocessor > LS-DYNA Options > Assembly Options ...

– EDASMP, , ASMID, PART1, PART2, …, PART16• 多至16个Part组成一个集。

• ASMID = Part 集号( 必须大于大的Part号.)

• 当定义接触时，经常使用Part集。

– EDCGEN命令中Cont 和 Targ域。


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Training Manual

Part 定义

... Part 集

• 为建立一个Part集, 简单定义一组Parts,并保证在后求解时所有的集合号都应大于大的Part号。

• Part集也可以列出或删除:– EDASMP, Delete, ASMID


1-71

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Training Manual

Part 定义

H. 练习1-3

• 本练习题涉及的问题:• 练习1-3：在接触问题中Part的应用。

加载，刚性体和边界条件

第2-1章


2-2

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Training Manual

加载，定义边界条件及刚体

本章的目标

• 本章讲术了如何施加载荷、初始条件和阻尼。另外还讨论了刚体和约束问题。

• 主题:A. 加载和边界条件

B. 一般加载过程

C. 热载荷的施加

D. 初始速度

E. 阻尼的施加

F. 刚体

G. 约束

H. 本章的例题


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Training Manual


A. 加载和边界条件

• 与隐式静力分析不同，所有显式动力分析施加的载荷必须是时间的函数，ANSYS中时间载荷步的概念将不再适用。

• 因为时间的相关性，许多ANSYS 中的加载命令 (如： F and SF)在LS-DYNA中不再适用。

• 在显式动力分析中只能使用两个数组来定义载荷。一个数组是时间变量，另一个是载荷变量。

• 阻尼是用来减小与载荷对应的动力响应。

TIME

FORCE


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Training Manual


...加载和边界条件

• 另外，D命令不能用来加载，因为它不与时间相关，它只能用来施加约束(永久性的零位移约束).

• 在显式动力分析中，耦合(CP)和约束方程(CE)仅对位移的平动(U)和转动(ROT) 有效。在大变形中使用耦合(CP)和约束方程(CE) 要分外小心，另一种约束方法(如, 用EDCNSTR)将在本章后面讨论。

• 初始速度 (EDVEL) 和刚体 (EDMP, RIGID) 的定义在显式动力分析中非常重要，它们可以通过避免渐增载荷和减少模型的自由度数来减少CPU 时间。


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Training Manual


...加载和边界条件

• ANSYS/LS-DYNA 通常被用来求解瞬态动力分析问题 (EDDRELAX, OFF，它也可以求解静力问题，但这类问题好使用隐式方法求解，如：ANSYS。

• 一个真动力松弛分析 (EDDRELAX, DYNA) 使得LS-DYNA显式求解器可

以通过增加阻尼直到动能降为零来执行一个静力分析。一旦动力松弛分析已经确定了系统的初始应力状态（如预应力），就可以接着进行全瞬态动力分析。

• 对预加载几何结构应力初始化 (EDDRELAX, ANSYS) 类似于真动力松弛

分析，但它需要通过前面的隐式静态分析预先获得预载变形。这种类型的分析称为隐式－显式顺序求解，详见4-3章。


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Training Manual


B. 一般加载过程

• 在ANSYS/LS-DYNA中，所有瞬态加载必需使用EDLOAD 命令，并按以下步骤:

– 创建组元（ component）或Part– 定义数组参数

– 使用EDLOAD命令加载

创建组元（ component）或Part: • ANSYS/LS-DYNA 中的许多载荷是加在节点组元上的。但压力是施加在单

元组元（ element components ）上，而刚体载荷是被施加在Part上。

• 就当前所选的节点使用 CM 命令创建节点组元

• Utility Menu > Select > Entities > NodesUtility Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component…


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Training Manual


...一般加载过程

• 好给创建的集合定义一个意义明确的名字，这样可以避免将载荷加到错误的结构上。

定义数组参数 :• 在 ANSYS/LS-DYNA中，所有载荷都是按特定时间间隔施加，并成组地定义

时间数组参数及相应的载荷数组参数 (*DIM and *SET):Utility Menu > Parameters > Array Parameters > Define/Edit > Add


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Training Manual



• 每一个时间值与一个载荷值对应。

• 载荷应施加在整个求解时间中。当达到定义的时间终点时，载荷将会迅速置为零，为避免结构的突然卸载，可以适当延长载荷的终止时间超过分析结束的时间，特别是在随后需要进行重起动的分析中应该注意这一点。

– 使用EDLOAD命令加载:

• 完成组元（component）或Part和参数数组定义后可以使用 EDLOAD 命令来加载:

Solution > Loading Options > Specify Loads

• 先选择载荷选项中的（Add Loads）. 这一选项同时也可以列出载荷（listing Loads）和删除载荷（ deleting load）.


2-9

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am

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ith A

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Training Manual



• 选择所要施加载荷的类型:对节点组元（ Components） :Forces: FX, FY, FZDisplacements: UX, UY, UZVelocities: VX, VY, VZAccelerations: AX, AY, AZBase Accelerations: ACLX, ACLY, ACLZMoments: MX, MY, MZRotations: ROTX, ROTY, ROTZAngular Velocities: OMGX, OMGY, OMGZTemperatures: TEMP对单元组元（ Element Components） :Pressures: PRESS对 Parts (刚体) :Forces: RBFX, RBFY, RBFZDisplacements: RBUX, RBUY, RBUZVelocities: RBVX, RBVY, RBVZMoments: RBMX, RBMY, RBMZRotations: RBRX, RBRY, RBRZAngular Velocities: RBOX, RBOY, RBOZ

• 注意左边的规定

• 对于刚性体，根据方程F=ma ，平

动加速度可以通过施加等效的力来实现。


2-10

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Training Manual



• EDLOAD 菜单的这个选项或者定义

一些特定载荷类型（参见命令手册中的规定）的局部坐标系（通过EDLCS定义），或者施加压力时的单元面号(surface) 。

• 下面的空格根据载荷类型或者定义节点、单元组元号或者定义Part 号，如前所述。

• 选定时间（ TIME ）和相应载荷（LOAD）数组，如果该栏空着，则可以指定预先定义的载荷曲线号(用 EDCURVE创建) ，通过这种方法可以免去定义多次施

加在不同组元上的相同载荷。


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Training Manual



• 预先定义的载荷曲线可以有载荷缩放系数（没有时间缩放系数）。

• 对多种载荷要指定它的开始时间和终结时间，在瞬态分析中，这种方法比赋零值要好。

• 后，你要指定分析阶段，默认值是瞬态阶段 “Transient only” ，如果你的载荷是应用于动力松驰分析（用来模拟隐式静态求解），选 “Dynamic relax”。如果包括两种分析，请选 “Trans and Dynam” 。


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Training Manual



• 如ANSYS/LS-DYNA 用户手册第四章讲到的, 在动力松驰分析中如果载荷曲线定义了渐变（从零载荷）到稳定的动力松弛阶段，则使用后一项(Trans and Dynam) 可能会出问题。在松驰阶段后时间重置为0，开始瞬态分析，以前预加的

载荷被移走，重新渐变加载进行瞬态分析，这样可能会引起不必要的振动。

• 好的途径是使用两条曲线:一条反映“Dynamic relax” 阶段的从零渐变的载荷，另一条开始于前一条曲线结束点的反映“Transient only”阶段的载荷。

• 在动力松驰分析和指定几何应力初始化分析中，仍然存在时间与载荷的概念。由于在随后的瞬态动力学分析中将时间重置为零，你可以认为这是一个假定的初始时间。


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Training Manual



• 在定义了载荷曲线后，你可以用EDPL命令来显示这条载荷曲线:Solution > Loading Options... > Plot Load Curve > LCID

• 此列表能够使你验证所加载荷的信息，其中包括载荷类型，加载的组件，以及时间与加载的数据值。记住要经常检查此列表！

• 当选择了Plot Load Curve选项时，载荷参考号（LCID ）会自动

显示在右图的表中。


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Training Manual



• 通过执行EDFPLOT, ON 可以显示载荷标识

• Utility Menu > PlotCtrls > Symbols … > LS-DYNA Load Symbols > Show

• 载荷标识总是沿坐标系正向显示。

• 因为载荷标识仅标识施加载荷的components或Parts,所以需要显示载

荷曲线以保证采用了正确的载荷方向和数值。


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Training Manual


C. 热载荷的施加

• 在ANSYS/LS-DYNA中有两种类型的温度载荷:– 静态热载荷 (Preload) –使用TUNIF/BFUNIF and LDREAD 命令

– 瞬态热载荷 – 使用EDLOAD, ,TEMP 命令

静态热载荷 (Preload) :

• 通常应用于从隐式－显式顺序求解过程中 (第4-3章).– 如温度载荷突然施加，将会出现过度的振动。

• TUNIF/BFUNIF 命令是施加定常温度载荷到模型的所有节点上。

• LDREAD 命令是用来施加来自热分析中的非均匀温度载荷。

– LDREAD 命令假设温度不随时间变化 (single .RTH solution)– LDREAD 命令覆盖用 TUNIF/BFUNIF 命令所加的温度载荷。


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Training Manual


.. .热载荷的施加

瞬态热载荷 :

• EDLOAD, ,TEMP 命令施加随时间变化的温度载荷到节点组元上。

– EDLOAD, ,TEMP 命令不能和 LDREAD 或TUNIF/BFUNIF命令一起使用。

– 在同一模型中不能同时施加瞬态和静态热载荷。

– 静态和瞬态的结构载荷可以和热载荷一起施加。

两种类型均需考虑 :

• 为了施加热载需要定义与温度相关的材料

– 目前支持双线性各向同性材料 (TB, BISO) 。– 多定义六种不同温度的材料数据。

– 不能超过指定的材料温度范围。

– 为模拟热弹性材料，需要将材料的屈服应力值设大一些。


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Training Manual


...热载荷的施加

两种类型均需考虑(继续):

• 实际温度载荷=用户施加的温度-TREF– TREF 默认值为0

• PLANE162, SHELL163, and SOLID164 单元支持

– PLANE162 不支持 “drelax” 文件(参见第4-3章), 只有瞬态热载荷或冲击热载荷适于单元 PLANE162

– 设置ALPX=0 ，仅定义与温度相关的机械力学性能(EX, PRXY, …) ，使瞬态热－

显式分析稳定。


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Training Manual


D. 初始速度

• 在开始瞬态分析时，初始速度有利于稳定加载。

• ANSYS/LS-DYNA 允许使用EDVEL命令对节点或节点组元（component）施加平动或转动的初始速度，同样也可以使用 EDPVEL 命令对 Parts 或Part 集合施加初始速度.

• EDPVEL 命令实际上是对属于某个Part 的节点建立一个集合，所以它可以象EDVEL命令一样使用，输入参数类似，在这儿不再讨论。

• 使用EDVEL命令有两种方法定义初始速度: – VGEN :在GUI操作中使用 w/ Axial Rotate– VELO :在GUI操作中使用 w/ Nodal Rotate


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Training Manual

加载，定义边界条件及刚体...初始速度

EDVEL, VGEN 命令:• VGEN 命令定义相对于总体坐标系的平动和对任一轴的转动。

• VGEN 命令可以对转动的component施加速度。

• VGEN命令不能用在简单或完全重起动分析中。

EDVEL, VELO 命令:• VELO 命令可以施加节点或节点组元相对于总体坐标系的初始平动或

转动速度。

• VELO 命令将旋转自由度直接施加于节点上，所以只对 BEAM161 和SHELL163 单元适用.

• VELO 不能用在完全重启动分析中。


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Training Manual


...初始速度

EDVEL, VGEN命令 : w/ Axial Rotate

• 指定所要施加初始速度的节点或节点组元。同样存在listing 和deleting 选项。

• 在总体Cartesian坐标系中施加X, Y, Z方向

的平动速度。

• 定义角速度，旋转轴的X、Y、 Z 坐标和相对于总体笛卡儿坐标系 X、 Y、 Z的角度。


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Training Manual


...初始速度

EDVEL, VELO命令 : w/ Nodal Rotate

指定所要施加初始速度的节点或节点组元。同样存在listing 和deleting 选

项。

• 输入总体坐标系X, Y, Z 方向的平动速

度。

• 输入相对于总体坐标系X, Y, Z方向的角速度(Ω) 。


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Training Manual


...初始速度

VGEN和VELO :

• 对相同的节点或节点组元重新执行 EDVEL 命令将会覆盖以前设定的值。

• VGEN 和 VELO 命令不能在同一个分析中使用.

• 如果EDDRELAX, ANSYS (隐式到显式顺序求解) 在 EDVEL, VGEN命令之前使用, 那么ANSYS将自动设置*INITIAL_VELOCITY_GENERATION 命令PHASE 项:

PHASE=0 用于刚体节点 (初始速度基于初的几何模型)PHASE=1 用于可变形体的节点 (初始速度基于变形体的几何模型)

– 因此，一个节点组元不应该把刚性体和变形体混合在一起。


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Training Manual

• 阻尼是在瞬态动力学分析中用来减小结构分析中不切实际的振动。

• 可以通过EDDAMP 命令在 ANSYS/LS-DYNA中定义质量阻尼(alpha) 和刚度阻尼 (beta) :Preprocessor > Material Props > Damping ...

• 定义施加阻尼的 Part 号. 如果 Part = ALL (or blank), global alpha阻尼将被应用于整个模型。


E. 阻尼控制

• LCID (EDCURVE) 命令用来指定相对于

时间的alpha阻尼

• 或者，不变的阻尼系数, VALDMP (alpha or beta), 可以用来代替对时间的

alpha阻尼曲线或者使用alpha LCID 命令中的比例系数.


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Training Manual

• 当 Part = ALL 或曲线 ID (LCID)被指定时，alpha 阻尼会自动的应用于模型。质量比例阻尼对于低频率振动是有效的，并会抑制刚性体运动。不能被同时定义常数和与时间相关的alpha阻尼。

• 当LCID = 0（or blank）且阻尼系数被指定时，beta 阻尼被应用于指定的Part。刚度比例阻尼对于高频率振动是有效的。与时间相关的刚度阻尼是无

效的。

• 如果对一个 Part要同时定义 alpha 和 beta 阻尼时, 可以使用 EDDAMP, PART, LCID来定义 alpha 阻尼，用MP, DAMP, MAT, VALDMP来定义相对于材料（不是Part）的beta阻尼。所以好每种材料定义在单独Part中，以免

互相冲突。


...阻尼控制


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Training Manual


...阻尼控制

• 为了看到EDDAMP命令所指定的阻尼，执行:edsolv$stat ! Utility Menu->List->Status->LS-DYNA

列出了显式动力加权阻尼

Load Part Lcid ValdmpDamping ALL 0 20.0000000Damping 1 0 0.100000000E-04Damping 2 0 0.100000000E-04Damping 3 0 0.100000000E-04Damping 4 0 0.100000000E-04Damping 5 0 0.100000000E-04Damping 6 0 0.100000000E-04Damping 7 0 0.100000000E-04

• 上面的信息显示在ANSYS输出窗口（或输出文件）.• MPLIST 只列出由 MP,DAMP 命令指定的BETA 阻尼.

• 这里所显示的大的质量比例(ALPHA) 阻尼将迅速减小动

力响应。

• 施加在每一个Part 上的刚度(BETA) 阻尼用来消除高频振

荡。


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Training Manual


F. 刚体

刚体的一般介绍:

• 刚体用于定义模型中的刚性部分并且可以减少执行一个显式分析所使用的CPU时间。

• 在ANSYS/LS-DYNA中，所有刚体的节点自由度都与其质心自由度耦合在一起。因此，刚性体无论其单元节点数量多大，都只有六个自由度。

• 程序通过组成刚体的单元的体积和密度自动计算出质量、质心和惯量特性。这些特性都可以由EDIPART 命令定义的值覆盖。

• 作用于刚体上力和力矩由每一时间步的节点值叠加而得，刚体的运动通过质心计算而得，并把相应的位移值传递给节点。


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Training Manual


...刚体• 必须输入精确的刚体材料特性 (EX, NUXY, and DENS)。杨氏模量用来计算

接触罚刚度（penalty stiffness），所以它的值不应该是任意大。

• 通过这些命令定义刚体: EDMP, RIGID, MATID, CON1, CON2Preprocessor > Material Props > Material Models > LS-DYNA > Rigid Material

• GUI在一个窗口里同时包括 MP 命令 (定义 EX, NUXY, and DENS) 和EDMP, RIGID 命令 (施加刚体约束)的定义。

• 具有相同MATID的单元，尽管互相不相连，可以定义在一个刚性体中。

• 平动和转动约束被施加在刚体质心。

定义刚体 :


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Training Manual


...刚体

• GUI根据定义方式显示材料特性，命令（ MPLIST ）则以另一种格式输出。

• 平动、转动约束用相应的标识号显示。

• 约束是平行于总体坐标系的.

0 - no global translational constraint1 - constrain UX only2 - constrain UY only3 - constrain UZ only4 - constrain UX and UY5 - constrain UY and UZ6 - constrain UX and UZ7 - constrain UX, UY, and UZ

0 - no global rotational constraint1 - constrain ROTX only2 - constrain ROTY only3 - constrain ROTZ only4 - constrain ROTX and ROTY5 - constrain ROTY and ROTZ6 - constrain ROTX and ROTZ7 - constrain ROTX, ROTY, and ROTZ


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Training Manual


...刚体

刚体加载 :• 如前所述，所有的刚体位移都应用于Part号而不应用于component。在使用

EDLOAD命令施加刚体载荷前要经常检查 Part 列表，因为EDMP, RIGID, MATID 命令定义材料刚性 (不是 Part)。此外，划网格时对不同的PART尽量要使用不同的材料.

• Solution > Loading Options > Specify Loads > Add Loads

可以施加的刚体载荷 :RBFX, RBFY, RBFZ (Forces)RBUX, RBUY, RBUZ (Displacements)RBVX, RBVY, RBVZ (Velocities)RBMX, RBMY, RBMZ (Moments)RBRX, RBRY, RBRZ (Rotations)RBOX, RBOY, RBOZ (Angular Velocities)

• 对某些载荷类型可选择局部坐标系号(用EDLCS命令建立) 。


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Training Manual


...刚体

合并刚体 :

• 可以使用 EDCRB 命令将两个刚体合并，合并后它们将被看作一个刚体:Preprocessor > Coupling / Ceqn > Rigid Body CE

• 从Part 附属于主 Part. 从PART的参数将被忽略。

• 根据需要，可以将多个从PART合并到主PART中，但不要创建新的主PART。

• 为避免覆盖合并了的刚体，不要重复使用 EDCRB 命令定义同一参考号。


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Training Manual


...刚体

刚体的惯性量 :

• 使用EDIPART 定义刚体的惯性量。

– 缺省情况下, LS-DYNA自动地通过有限元网格（单元体积，密度，位置）来

计算刚体的惯性。

– 当模型比较复杂或网格比较粗糙时，人工定义刚体的惯性比缺省值要准确。

– EDIPART 允许仅对部分结构进行网格划分。

– 使用EDIPART命令时必须已经定义了Parts 。Preprocessor > LS-DYNA Options > Inertia Options > Define Inertia


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ith A

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ith A

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NA

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DY

NA

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DY

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6.0

Training Manual


...刚体

• 指定刚体的惯性量和初始状态: – 质心的位置 (X, Y, Z) – 平动质量

– 惯性张量 (IXX, IXY, IXZ, IYY, IYZ, IZZ) – 初始速度 (RBVX, RBVY, RBVZ, RBOX, RBOY, RBOZ)

• 如果没有选择global origin ， GUI自动跳出一个窗口要

求指定相应坐标向量。


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Ex

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am

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ith A

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Training Manual


...刚体

• 总结 :

• 与ANSYS中的隐式分析不同, 在定义PART时不要使用过高的弹性模量值（EX ）来使之刚化，需要精确的材料特性来计算接触刚度。使用 EDMP, RIGID 命令来定义相应材料刚性。

• 不能给刚体的节点施加约束，所有的约束都必须施加到刚体的质心上。

• 两个刚体不能共享同一节点，用EDCRB 命令可以将刚体合并到一起。

• 将结构中变形不重要的部位定义为刚体 (如：金属成形中的冲头与模具），这样可以大大节省CPU时间。


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6.0

Training Manual


G. 约束

• 在 ANSYS/LS-DYNA中, 非零位移作为与时间相关的载荷施加，然而有许多

种约束方式可以用来定义其它的边界条件。

ANSYS/LS-DYNA 约束 :– 约束

– 节点坐标系旋转

– 对称边界面

– 非反射边界面

– 额外节点组元

– 节点刚体

– 壳与实体的连接

– 铆接

– 点焊

• 注: 同一节点或同一自由度不允许多重约束。


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Training Manual


...约束

约束 : Solution > Constraints > Apply > On Nodes (etc.) …

• D 命令只能对节点施加零位移 (转动和平动)。如前所述，非零位移要用EDLOAD 命令施加，由于速度和加速度不是物理自由度，所有不能约束它

们，然而分析中可以计算这些数值并将之作为节点的自由度存储以便进行随后的后处理。

Nodal CS Rotations : Solution > Constraints > Apply > Rotated Nodal

• EDNROT 命令在用EDLCS命令定义的旋转节点坐标系中定义零位移约束。


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Training Manual


...约束

• 除了定义（adding)旋转节点约束外，还可以列出(list)和删除(delete) 它们。

• 因为局部坐标系(CID)不能自动被激活，

它须要指定它。

• 节点旋转只对指定的节点组元有效，对选择的节点集无效（如ANSYS中使用select entity选择的节点集）。

• 多可以定义六个自由度 (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, 和ROTZ)

• 注: 求解结果不能根据EDNROT命令所使

用的局部坐标系给出。


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Training Manual


...约束

对称边界面 : Solution > Constraints > Apply > Symm Bndry Plane …

• EDBOUND 命令定义平面对称和循环对称，它允许只对模型的某一对称部分

建模。

• 对于滑移（sliding）对称，由垂直于过总体坐标原点的矢量来定义边界面，并且定义一个与此面相关联的节点组元（ Cname ）。

• 这种情况下，不必定义第二个节点组元。

• 约束选项(COPT)定义节点移动方式 :COPT=0: 节点沿垂面移动，COPT=1: 节点沿矢量方向移动，


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Training Manual


...约束

• 对循环对称 (EDBOUND, CYCL), 通过总体坐标原点矢量定义旋转轴，定义循环对称时要用到两个节点组元 (Cname1 和 Cname2) ，第二个节点组元的

节点不仅要在周向偏移相同的角度，其节点号与第一组集合相应的节点必须要按某一定量增加。

• 不用定义约束选项(COPT)


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Training Manual


...约束

非反射边界 : Solution > Constraints > Apply > Non-Refl Bndry

• 用 EDNB 命令定义非反射边界, 它可以防止人为应力反射波 (产生于模型外部边界)重新进入模型从而破坏结果。

• 地质力学特别的需要一个无限域表示地层，非反射边界可以大大减小模型尺

寸同时又可以表达无限域。

• 非反射边界只用于SOLID164单元外部表面上的节点，指定集合中的节点不

应该用其它方式约束，否则会消除阻尼器吸收入射应力波的效果，通常有限域的高质量足以限制运动。


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Training Manual


...约束

• LS-DYNA 假设这些外部边界上的材料是线性的，所以有限域应该足够大

以满足这一假设。

• 阻尼器定位为垂直于膨胀波，相切于剪切波，可同时激活这两种类型的标记。


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Training Manual


...约束

额外节点组 : Solution > Constraints > Apply > Additional Nodal … > Extra Node Set …

• 用 EDCNSTR, ,ENS 命令来创建额外节点组（ Extra Node Set）, 它在已有

刚体上增加一组节点。

• 这些点可以在空间任何位置，它们可被当作加载点、集中质量位置或变形体的依附点。

• 这些额外节点的坐标随刚体移动而更新，所以它只能从属于一个刚性体。


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Training Manual


...约束

节点刚性体: Solution > Constraints > Apply > Additional Nodal … > Nodal rigid body …

• 用 EDCNSTR, ,NRB 命令创建节点刚性体，它是变形parts节点之间的一种

刚性连接（焊点）。

• 节点刚性体与存在的part 和材料无关，质量特性取决于节点的质量与位置。

• 数据的输出参照指定的局部坐标系 (CID from EDLCS)。


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...约束

• 优于 CE’s – 节点组的旋转可以根据刚体动力学来更新

– 约束方程 (CE) 能带来非物理的响应

– 非重合节点“a” 和 “b” 的约束比较，如下图所示:

CE command:EDCNSTR , , NRB command:

Pictures courtesy of LSTC

• 由于约束方程（CE’s ）和耦合（CP’s）特性较差, 此处不作介绍。


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Training Manual


...约束

壳与实体的连接 : Solution > Constraints > Apply > Additional Nodal … > Shell-Solid tie

• 用EDCNSTR, ,STS 命令创建壳与实体的连接。

• 壳163 单元的节点沿一直线多可以与实体164 体单元的9 个节点（其中一

节点与壳节点重合）相连而不必将壳嵌入实体就可以传递扭矩。

Picture courtesy of LSTC

• 类似于节点刚体约束

• ANSYS自动将SOLID164单元

的节点排列为需要的空间顺序


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Training Manual


...约束

铆接 : Solution > Constraints > Apply > Additional Nodal … > Massless rivet

• 用 EDCNSTR, ,RIVET 命令创建无质量的铆接。

• 两个非重合节点象焊点一样连接在一起，但不具有失效能力（点焊在后面讨论）。

• 铆接推荐用于连接固体单元，因为它们没有旋转自由度。


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Training Manual


...约束

点焊 : Preprocessor > LS-DYNA Options > Spotweld > Massless Spotwld or Genrlizd Spotwld

• 在 ANSYS/LS-DYNA中用 EDWELD 命令创建节点约束来模拟焊接，用这个命令有两种选项来创建无质量焊接:

– 无质量点焊– 一般焊接

无质量点焊 :• 对于无质量点焊选项，两个非重合节点被焊在一起从而创建一根无质量的刚性

梁。

• 这两个节点必须有转动惯量（如只有壳和梁的节点可行）并且这些节点不能有自由度约束。


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...约束

• 无质量点焊支持脆性失效机理，当满足下面的方程时，点焊失效（连接断开）：

1||||expexp

≥⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ sn

s

s

n

n

sf

sf

• 对每一个新的点焊，用户必须使用新的参考号，使用相同的参考号会覆盖以前的点焊。

• 用户可以定义许用法向张力和剪切力 (分别为Sn 和 Ss ）以及其相应指

数。


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...约束

• 在点焊创建以后，可以通过GUI操作来显视点焊，可以用/PBC, WELD, ,1命令激活点焊的显示。

。

一般焊接 :• 一般焊接与无质量点焊非常相似，但它们又有一些不同点。

• 在一般焊接中，多于两个节点被连接在一起（通过节点组元而不是节点号来定义），如果使用局部坐标系，节点可以是重合的。


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...约束

• 除支持脆性失效外，一般焊接还支持因塑性应变引起的韧性失效，当外推节点应变超过了定义的许用节点应变时，连接断裂，这类似于焊缝与周围材料的撕裂。如果使用了多组点焊，失效将会从外到里递进发展。

• 一般焊接还允许指定焊接失效时间，这时无论是何种载荷条件，都将强制焊接破坏。

• 指定节点组元（component ）

• 对每一个焊接，三种失效机制可以同时被激活（断裂、塑变和失效时间）


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Training Manual


H.加载与定义边界条件及刚体的习题

• 本习题包含:

• 练习2-1 --点焊失效分析

求解和模拟控制

第2-2章


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本章目的

• 本章学习的是求解和模拟控制。讨论用于优化和控制显式分析的工具。

• 主要内容:A. 基本求解控制

B. 二进制输出文件

C. ASCII输出文件

D. Cpu 时间控制

E. 质量缩放

F. 模拟控制

G. 小时间步显示

H. 自适应剖分

I. 编辑LS-DYNA输入文件

J. LS-DYNA 的批处理

K. 求解和模拟控制练习


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Training Manual

• 在很多方面, 显式分析中设定的求解控制参数同隐式运算中遇到的参数

相似。

• 在显式求解中设定的基本参数有：

– 1. 时间:模拟的物理过程的真实时间 [TIME]

Solution: Time Controls -> Solution Time…

实际的求解时间很短，通常在几毫秒内。


A. 基本求解控制


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– 2.梁和壳单元的积分点数 [EDINT]Solution: Output Controls -> Integ Pt Storage…

– 壳单元至少要有3-5个积分点才能捕捉到塑性效应

– 3. 写入到 .rst 和 .his 文件的时间步数 [EDRST, EDHTIME] . 或者定义输出频

率：Solution: Output Controls -> File Output Freq ->Number of Steps...

• .rst 文件记录了可供通用后处理器使用的整个模型的结果。一般典型的输出步数为 10-100 个 (缺省为100)来减少磁盘存储空间.

• .his 文件记录了用于时间历程后处理器的模型的一个子组的结果。一般典型的输出步数为 1000-100,000个(缺省为 1000）

• 重启动的输出频率也可以输入(通过EDDUMP 命令).


... 基本求解控制


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文件选项包括 ADD,DELETE和LIST.

可输出 ANSYS (.rst and .his) 或LS-TAURUS (d3thdt, d3plot) 或两者兼之。


B. 二进制输出文件的控制

• 由于ANSYS/LS-DYNA 还带有 LS- POST 后处理器, 故程序除了可以写ANSYS 的 .his 和 .rst 二进制结果文件以外，还可以写 LS-DYNA 结果文件d3plot 和 d3thdt.

• 用EDOPT命令控制程序将输出何种二进制文件。

Solution: Output Controls -> Output File Type…


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C. ASCII 输出文件的控制

• 除了 LS-POST 二进制文件, 用户还可以输出一系列包含特定信息的ASCII 文件.

• 文件描叙如下:GLSTAT 全局模型数据 (全局统计) BNDOUT 边界条件力与能量RWFORC 刚性墙力DEFORC 离散单元力MATSUM 材料能量 (基于PART)NCFORC 节点界面力RCFORC 合成界面力DEFGEO 变形几何数据SPCFORC 单点约束力SWFORC 节点约束反力 (点焊)RBDOUT 刚体数据GCEOUT 几何接触实体SLEOUT 滑移面能量JNTFORC 接点力NODOUT 节点数据ELOUT 单元数据


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EDOUT命令控制ASCII文件的输出：

Solution: Output Controls -> ASCII Output...仅仅选择结果文件应该生成哪个ASCII 文件(如MATSUM)

还可以选择下面的选项:ALL – 写所有的 ASCII 输出文件

LIST – 列出所有的时间历程输出定义

DELE – 删除所有的 ASCII 输出定义

应该I 文件要写的节点与单元:• 应该注意到ACSII文件包含的信息只是针对模型的一个小子集而言，EDHIST命令控制

ACSII文件要写的节点和单元：应该注意到 ASCII文件中包含的信息只是针对模型

Solution: Output Controls -> Select Component…

包含在ASCII 输出文件中的信息是相对于

节点和单元组元而定义的。

ASCII文件的输出间隔通过 EDHTIME命令

控制。

对于不同的组元允许多次定义。


... ASCII 输出文件的控制


2-58

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

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ith A

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ith A

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/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

• ANSYS/LS-DYNA中, 经常使用三种高级求解控制

– 1. CPU 控制: 在 ANSYS/LS-DYNA 分析中说明CPU限制。

– 2. 质量放缩: 调节单元质量来增加时间步长。

– 3. 子循环: 调整模型以减少CPU时间（不推荐）。

CPU 时间限制 (单位为秒) 用来终止分析，零值 (缺省) 表示无时间限制

CPU 控制用EDCPU命令指定CPU时间：Solution: Analysis Options->CPU Limit…


D. CPU 时间控制


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ith A

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ith A

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DY

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DY

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6.0

Training Manual

说明所用的小时间步尺寸和缩放系数。


E. 质量缩放

• 质量缩放是通过调整每个单元的密度来调整单元达到合适的时间步长。

• 以前讲过，时间步长依赖于 EX, NUXY 和 DENS 以及单元尺寸。

• 使用质量缩放, 可以根据单元的大小调整任何单元的密度，从而达到合适的

时间步。

• 用 EDCTS 命令定义质量缩放:Solution: Time Controls->Time Step Ctrls...


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ith A

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Training Manual


... 质量缩放

有两种质量缩放方案：

• 通过调整单元密度，使得所有单元都具有相同的时间步长，只用于惯性效应不重要时.

– EDCTS, DTMS – 这里DTMS为正的必要的时间步尺寸值 (乘以 1.111)

• 质量缩放只用于 <指定时步Dt的单元

– EDCTS, DTMS– 这里 DTMS 为负的必要的时间步尺寸值 (乘以 1.111)


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ith A

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ith A

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DY

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6.0

DY

NA

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Training Manual

element 1 2 3

l1 l2 l3

Δtlc

lc

cE

minmin

( )

= =

=−

2

21 ν ρ

( )

Δ

Δ

tl E

t El

for element i

specified

i

i

ispecified

i

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ =

−

=−

2 2

2

2 2

1

1

( )

( )

ν ρ

ρν


... 质量缩放

• 质量缩放控制小时间步长:

• 调整密度以实现用户定义的时间步长: :


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Training Manual


... 质量缩放

• 质量缩放例题 (EDCTS)– 汽车碰撞模型

• 140 parts• 42981 nodes• 1580 bricks• 60 beams• 35170 shells• Termination time 150 ms

• 100 个小单元时步 (参见 LS-DYNA 输出文件 d3hsp):element time-step

shell 151018 0.44612E-06shell 150894 0.46867E-06shell 52321 0.48682E-06shell 51321 0.48682E-06shell 16923 0.52225E-06shell 16458 0.52225E-06

...shell 152483 0.70112E-06shell 92708 0.70113E-06shell 92308 0.70114E-06shell 38547 0.70223E-06shell 38047 0.70223E-06


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Training Manual


... 质量缩放

• 无质量缩放:– 初始时间步长取决于小单元

Δt = 4.46115E-07 sec

• 有质量缩放:– 希望时间步长为 6.534E-07 秒，用EDCTS命令定义负的111%的时间步长。

– EDCTS, -7.26E-07– Main Menu > Preprocessor > Output Ctrls > Mass scaling > ...– 初始时间步长

Δt = 6.534E-07 sec

• CPU 时间减少到68%• 质量误差：

– 物理质量 1.26 吨– 增加质量 0.000027 吨 (27 grams)– 质量误差 0.002%

• 质心坐标也发生改变。


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Training Manual


F. 模拟控制

• 状态开关控制允许用户中断求解过程并检查求解状态。

• 如下使用状态开关控制：

– 在UNIX平台上的ANSYS输出窗口或在NT平台上独立的LS-DYNA输出窗口使用CTRL_C。 CTRL_C中断求解过程并在ANSYS窗口等待下一

步输入。

• 输入sw1终止求解并生成重启动文件。

• 输入sw2得到实际状态统计情况，LS-DYNA 继续进行。

• 输入sw3写出当前时刻的重启动文件， LS-DYNA 继续运行。

• 输入sw4写出当前时刻的结果数据组，LS-DYNA 继续运行。


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Training Manual


... 模拟控制

• 通常第一次估计的CPU时间过高，用CTRL_C中断求解过程，输入sw2得到求解统计情况。

• LS-DYNA 求解器将所有的重要的信息（如错误、警告、失效单元、接触情况）都写入ANSYS输出窗口（NT上的独立窗口）及d3hsp文件。


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Training Manual


... 模拟控制

• LS-DYNA 求解器也将数据写入messag 文件. 这个文件包含了时间步信息、错误、警告和一些写入d3hsp文件内容的一个简短摘要。

• 对于ANSYS检查出的错误和警告，用户可以通过 messag 文件了解详细情况 :

• “Solution is done!” 代表没有警告和错误。

– 这表示运算已经成功。


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Training Manual


G. 小时间步长的查看

• LS-DYNA 求解器可以根据每个单元的大小和密度自动计算出每个单元

的小时间步长。

• LS-DYNA 实际采用的时间步长是这些值中小的值乘以一个系数(通常为0.9）。

• EDTP 命令可以用在LS-DYNA求解之前显示具有小步长的单元。

• 这个信息允许用户评价网格质量，可进行适当的修改（如重新划分网格或运用质量缩放）。

EDTP, OPTION, VALUE1, VALUE2 其中:

OPTION = 1, 2, or 3 描述如下:1 = 画出具有小时间步长的单元2 = #1 + 此时间步值单元列表3 = #2 + 其它单元透明显示

VALUE1 = 画/列出的小单元数 (红色单元决定时步)VALUE2 = 透明 ( 0 = 不透明, 1 = max., 0.9 = default level)


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... 小时间步长的目测

• EDTP 在求解之前映射出时间步。

– 模型中小的单元将控制CPU的时间。

– 具有小时间步的单元以红色绘制（中间时间步单元为黄色) – 具有透明选项和列出时间步大小的功能。

– 根据估计的时间步大小进行划分网格/质量缩放。Solution: Time Controls>Time Step Predic….


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H. 自适应网格划分

• 在分析求解中，shell163 单元可以重新自动划分网格以保持变形误差均匀。-自适应网格是基于PART来定义 (EDADAPT 命令)

– EDCADAPT 控制自适应网格生成的频率、准则、起始和终止时间。– 每种网格具有独自的 POST1 ，求解过程中生成 (Jobname.rs01,

Jobname.rs02, …) 和POST26 (Jobname.hi01, Jobname.hi02, …) 等多个后处

理文件– 自适应剖分特别适用于冲压或是钣金加工应用中，这些应用大多产生较大的塑性

变形。


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... 自适应网格划分

EDADAPT, PART, Key ! 设置 Key=On 激活该part的自适应划分

EDCADAPT, FREQ, TOL, OPT, MAXLVL, BTIME, DTIME, LCID, ADPSIZE, ADPASS, IREFLG, ADPENE, ADPTH, MAXEL

FREQ = 自适应剖分细划时间（实际时间）间隔TOL = 基于OPT=1(初始）或2（变形后）网格的自适应角度。MAXLVL = 网格细划大级别BTIME/DTIME = 模型中进行剖分的开始时间和终止时间LCID = 确定重新剖分时间间隔的数据曲线ADPSIZE = 基于单元边长的小自适应单元尺寸ADPASS = 单向或双向自适应IREFLG = 均匀细化级别ADPENE = 当接近或穿透模具表面时开始自适应的标志ADPTH =开始自适应的绝对壳厚度值MAXEL =中止自适应的大单元数

• EDCADAPT 命令总体控制所有的进行自适应的Part。


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• 通过对发生大扭曲的壳单元进行网格重划, ANSYS/LS-DYNA 确保得到更精

确的结果。

• 定义自适应重划分为两步

– 1.选择一个需要自适应划分的PART。

Solution: Analysis Options> Adaptive Meshing> Apply to Part


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• 2. 指定合适的自适应剖分控制

Solution: Analysis Options> Adaptive Meshing> Global Settings


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一旦定义了自适应重划，LS-DYNA则根据 EDCADAPT 中的参数在求解过程中重

划网格。

• 不能直接动画显示不同的结果文件，但可以用FILE 和/SEG 命令编辑宏来动画显

示。

RefinedMesh


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I. 编辑 LS-DYNA 输入文件

ANSYS/LS-DYNA支持大多数 LS-DYNA 功能，通过 GUI可以很容易进入。但是，有一些其它的LS-DYNA功能,无法通过ANSYS GUI实现，例如

－材料模型: : Fabric, unified creep, Drucker-Prager

－单元: Air bags, seat belts, explosives

－约束: 刚体局部坐标系

• 虽然这些功能不能直接使用，但用户可以直接编辑LS-DYNA输入文件来实现这些功能。

• 但是, 这样就不能用ANSYS进行后处理，但可以用 LS-POST 来验证求解

结果。

• 编辑 LS-DYNA 输入文件一般有5步。


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Training Manual


... 编辑 LS-DYNA 输入文件

STEP 1执行 EDWRITE 命令

• 当 ANSYS/LS-DYNA完成所有的建模后, 用 EDWRITE 命令来代替SOLVE 命令。

Solution: Write Jobname.K…

• EDWRITE 命令写出Jobname.K 文件但不启动ANSYS/LS-DYNA 求解过程。

• 用 EDWRITE 命令还可以创建.rst 和 .his 文件文件头。

• EDWRITE 是一执行命令，可立即写出指定的 LS-DYNA 输入

文件。


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STEP 2: 退出 ANSYS/LS-DYNA 程序

Utility Menu: File->Exit

STEP 3: 编辑输入文件 Jobname.k

• 用标准的vi或文本编辑器,根据 LS-DYNA所需的关键字格式增加信息到Jobname.K 文件中。


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STEP 4: 运行 LS-DYNA 求解器

• 在 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 所在的目录中直接执行 LS-DYNA 输入文件（它将直接激活求解器）。

• LS-DYNA运行的结果直接追加到ANSYS结果文件中

• 执行的LS-DYNA求解器的命令是:/ansys60/bin/ls960 i=Jobname.K pr= ANSYS product variable (see license guide)

此外， m=drelax 用于显-隐式求解.同时, MEMORY=# (单位：words) 可扩展内存 (see EDSTART).

还有, R=D3dumpnn 用于重启动。

STEP 5: 重新进入 ANSYS/LS-DYNA 程序

• 在LS-DYNA求解后，重新进入 ANSYS/LS-DYNA 程序。

• 可以在通用后处理器（jobname.rst)和时间历程后处理器(jobname.his)中查看结果

NOTE: 在此过程中不能改变节点和单元，并且不能编辑Jobname.K 文件。


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J. LS-DYNA 批处理

• 在ANSYS/LS-DYNA6.0 版本中有一个LS-DYNA launcher 的测试版，称为windyna.exe

• 目录为 … \ansys60\bin\intel directory 与ansys.exe 同一路径。

• 在Pc和UNIX系统中的 ANSYS/LS-DYNA 6.1都支持该launcher。

• LS-DYNA launcher 使得递交.K输入文件到LS-DYNA求解器中变得更容易。


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Training Manual


K. 练习题

• 练习题内容：

• 练习2-2. 受轴向载荷的梁的屈服分析

后处理

第2-3章


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后处理

本章目标

• 这一章主要讨论后处理。 POST1和POST26两种ANSYS后处理器都将在本章介绍. 同时介绍了LS-DYNA ASCII结果数据文件。

• 主题:A.通用后处理

B.POST1 中的失效单元

C.POST1 动画

D.POST1 中的RSYS 性能

E.时间历程后处理

F. POST26 EDREAD 命令

G.后处理练习


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后处理

A. 通用后处理概述

• 在 ANSYS/LS-DYNA 求解结束后,可以直接用ANSYS 的通用后处理器观看整个模型的结果(Jobname .rst).

• 结果文件的数目取决于用 EDRST 命令指定的输出步数。

• 查看结果文件: General Postprocessor: Results Summary

– 与ANSYS隐式不同, 在ANSYS/LS-DYNA 中没

有载荷步的概念和收敛叠代，因此，所有的结果都作为载荷步1列出，每一个子步对应不同的输出时间.附加的载荷步对应于不同的重启动。

– 对于右边的结果列表,用EDRST命令指定输出时间间隔为10. 图中得到12组结果，10组需要的结果和0.0及0.0033301时刻的结果。这个求解的后终止时间是0.00333。

– 通常在一个显式分析中，程序会延长后的求

解时间，并同时输出一个比定义的时间长的结果。出于这种情况，结果的后一子步应该忽略掉，尤其当载荷仅仅定义到求解终止时间时更应该如此。


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am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

后处理

通用后处理概述（续）

• 在ANSYS/LS-DYNA中使用通用后处理与ANSYS隐式分析类似。所有相关节点和单元结果数据可以通过ANSYS标准命令直接

显示。


2-84

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

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YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

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ith A

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Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

DIE

PUNCH

BLANK

后处理

B.通用后处理中的失效单元

• 在 ANSYS/LS-DYNA 中的许多材料模型都具有失效功能，达到一定的失效应力或者应变后，单元被从模型中删除..

• 失效的单元在POST1中不再画出

– 在侵蚀接触中由于塑性应变引起的失效如下图：

– 还可以用LS-POST 观察单元失效


2-85

Ex

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am

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ith A

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YS

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NA

6.0

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ith A

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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

后处理

C.通用后处理动画

• 由于显式分析的非线性动力特性, 经常需要动画显示ANSYS/LS-DYNA 的计算结果.

• 通过两步播放动画结果:1. 读取结果数据 (FIRST, LAST, etc.)2. 执行 ANDATA 宏

Utility Menu: Animate->Over Results ...

• 为播放动画结果, 先输入小和大的输出时间步以及增量.

• 自动等值缩放比例控制选项可以根据结果值自动调整显示比例。

• 定义动画间隔时间

• 指定动画结果类型.


2-86

Ex

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am

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ith A

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/LS

-DY

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6.0

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ith A

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ith A

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ith A

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YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

后处理

通用后处理动画（续）

• 在加载了动画序列后，可以使用Animation Controller 来观看动画结果.


2-87

Ex

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am

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ith A

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/LS

-DY

NA

6.0

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ith A

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6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

PLNSOL,S,X PLNSOL,S,Y PLNSOL,S,Y

RSYS, 1RSYS, 0 RSYS, 0

后处理

D.通用后处理中的RSYS 功能

• RSYS 允许在另外的坐标系中检查和列出结果

• 在 ANSYS/LS-DYNA中RSYS被部分支持

• RSYS 对于 SOLID164 单元的应力数据有效

• RSYS对于非复合材料壳 SHELL163 的应力数据有效• 为避免出错，使用RSYS之前，不要选择程序所不支持的单元（如复合

材料壳）。


2-88

Ex

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am

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ith A

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ith A

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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

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6.0

Training Manual后处理

E. 时间历程后处理 (POST26) 概述

• 通过EDHIST命令，模型的一组节点

和单元的时间历程结果被存放于Jobname.HIS文件。

• 尽管ANSYS/LS-DYNA可能不能

得到每个节点和单元的时间历程结果，但所有的ANSYS时间历程

功能可以应用。

• 一旦进入了时间历程后处理，将结果文件设置为：Jobname.HIS:TimeHist Postproc: File-> Settings...

• 或者使用变量观察器（Variable Viewer)


2-89

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ith A

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6.0

DY

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6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

后处理

时间历程后处理（POST26）概述（续）

• 在指定 Jobname.his后，可以获得由EDHIST命令指定的节点与单元的

所有时间历程后处理数据。

• Jobname.rst 的结果数据也可以用于时间历程后处理, 但由于其有限的

输出步数，不推荐使用。


2-90

Ex

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ith A

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

首先选择要读取的 ASCII文件

然后指定第一个变量参考号和其他可能需要的ASCII文件信息

后处理

F.时间历程后处理 EDREAD 命令

• 除了所有通用 POST26 的功能， ANSYS/LS-DYNA还能够从7个LS-DYNA ASCII 输出文件中直接读取时间历程输出:

– 1. GLSTAT 总体统计结果

– 2. MATSUM 材料数据 (基于PART)– 3. SPCFORC 单点约束力

– 4. RCFORC 复合界面力

– 5. SLEOUT 滑动界面能量

– 6. RBDOUT 刚体数据

– 7. NODOUT 节点输出结果

• 用EDREAD 命令读ASCII 文件，如：

• TimeHist Postproc: Read LS-DYNA Data


2-91

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6.0

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6.0

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6.0

Training Manual

Postprocessing时间历程后处理 EDREAD 命令（续）

• 执行了EDREAD命令以后，通过执行STORE命令把ASCII数据读入时间

历程变量中。

– TimeHist Postproc: Store Data…

一旦执行 STORE命令存在每个POST26变量中的数据的类型与个数将在 ANSYS 的输出窗口中列出.


2-92

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ith A

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Training Manual

后处理

时间历程后处理 EDREAD 命令（续）

• 一旦存储了数据, 可以用标准ANSYS 时间历程后处理器进行分析:• TimeHist Postproc: Graph Variables...


2-93

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Training Manual

后处理

G. 后处理练习

• 这个练习包括下面的内容:

• 练习2-3. 用刚体冲模弯曲管道

材料的定义

第3-1章


3-2

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Training Manual

材料的定义

本章目标

• 本章内容覆盖了ANSYS/LS-DYNA中材料模式的选择与定义

• 标题:A. 现有的材料模型

B. ANSYSLS-DYNA材料的图形操作界面（GUI）C. 输入材料数据

D. 线弹性材料

E. 非线性弹性材料

F. 塑性材料

G. 应变率无关各向同性塑性材料

H. 应变率相关各向同性塑性材料

I. 应变率相关各向异性塑性材料

J. 压力相关塑性材料

K. 温度敏感塑性材料

L. 状态方程模型


3-3

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Training Manual

材料的定义

… 本章目标

• 标题 (续):M. 空材料

N. 损伤模型

O. 泡沫材料

P. 离散单元性质

Q. 索单元性质

R. 刚性材料

S. 一般材料定义指导

T. 材料定义练习


3-4

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Training Manual

材料的定义

A. 可用的材料模型

• ANSYS/LS-DYNA支持比ANSYS隐式更大的材料库，因此，它几乎能模拟任

何实际问题。

• ANSYS/LS-DYNA材料库提供许多特性，其中包括 :– 考虑应变失效的应变率相关塑性材料模型

– 温度相关和温度敏感塑性材料模型

– 状态方程和空材料模型（鸟撞分析等）

• 为了使用方便，这些材料模型分为5组GUI菜单:– Linear– Nonlinear– Equation of State– Discrete Element Properties– Rigid Materials


3-5

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6.0

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Training Manual

材料的定义

B. ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面

• 材料GUI目录树图结构与隐式ANSYS一致

.

.

.

III

III

IV

V


3-6

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Training Manual

材料的定义

... ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面

• 现有的ANSYS/LS-DYNA材料库包括:


3-7

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Training Manual

材料的定义

… ANSYS/LS-DYNA材料图形用户界面

• 材料输入方法简单不易出错

– 图形用户界面禁止密度随温度变化的输入

• 不再使用MPMOD和MPUNDO命令

– 图形用户界面能接受直接批处理输入方式 (w/o MPMOD)


3-8

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Training Manual

材料的定义

C. 输入材料数据

• ANSYS/LS-DYNA中大多数材料需要输入密度 (DENS), 杨氏模量(EX)和泊松比 (NUXY or PRXY) , 这些定义都使用MP命令。

• 在ANSYS/LS-DYNA中，一些材料模型需要输入载荷曲线。这些曲线用来

定义材料的两个变量的相关性，例如屈服应力随塑性应变的变化。

• 使用两组数组和EDCURVE 定义载荷曲线:– Preprocessor > Material Props > Curve Options ...

• 通常，应力应变数据是指真应力与真应变格式


3-9

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Training Manual

材料的定义

... 输入材料数据

• 通过EDCURVE, LIST或EDCURVE, PLOT命令检查应力应变数据

EDCURVE, LIST

Curve starts at Yield Point


3-10

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Training Manual

材料的定义

D. 线弹性材料

• 线弹性材料中包括四种不同的材料模型:– 流体 : 充满流体的容器在冲击载荷下的弹性性质

– 各向同性 : 材料性质各个方向都相同

– 正交各向异性 : 3个相互正交对称平面上的性质不同

– 各向异性 : 材料中一点的性质与该点在材料中的位置无关

• 线弹性材料没有塑性变形而完全由虎克定律来定义:

• 流体 : EDMP, FLUID, MAT, K– 弹性流体模型要求输入DENS（密度）、K（体积模量）

– 体积模量可以通过EDMP命令直接输入或者由EX和NUXY的值用下式自动计算:

)21(3 ν−=

EK

jijI c ε=σ


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Training Manual

材料的定义

... 线弹性材料

• 各向同性 :– 大多数工程材料（例如钢铁）都是各向同性的

– 通过DENS、EX和NUXY定义即可

• 正交各向异性 : EDMP, ORTHO– 正交各向异性材料通过9个独立的常数和DENS定义

– 横向各向同性材料（正交各向异性的一种特例）通过5个独立的常数(EXX, EZZ, NUXY, NUXZ, GXY)和 DENS定义

– 正交各向异性材料的定义与EDLCS命令所定义的坐标系编号有关:• Preprocessor: Material Props > Local CS > Create Local CS

• 各向异性 : EDMP, ORTHO 和 TB, ANEL– 各向异性材料通过21个相互独立的参数和DENS定义

– 使用局部坐标系 (EDLCS) 和数据表 (TB,ANEL)


3-12

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Training Manual

材料的定义

E. 非线性弹性材料

• 非线性弹性材料包括三种材料模型:– Blatz-Ko模型: 可压缩泡沫材料（例如聚氨酯橡胶）

– Mooney-Rivlin模型 : 不可压橡胶材料

– 粘弹性材料 : 玻璃和类玻璃材料

• 非线性弹性材料能够经受大的可恢复弹性变形。所有的超弹材料(Blatz-Ko和 Mooney-Rivlin)应变是可逆的，但是粘弹性材料粘性部分的应变是不可逆

的，弹性应变部分是可逆的。

Blatz-Ko 超弹模型 :– Blatz-Ko 材料模型只用于压缩下的橡胶材料

– ANSYS/LS-DYNA自动设定泊松比 (NUXY)为 0.463，因此仅需要输入DENS和GXY

– 材料响应通过应变能密度函数W定义,

是应变不变量和 32 ΙΙ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+= 52

2 33

2 IIIGxyW


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Training Manual

材料的定义

... 非线性弹性材料Mooney-Rivlin 超弹材料 : TB, MOONEY, , , , TBOPT

– 用于定义不可压缩橡胶的材料响应

– 与ANSYS隐式双参数模型基本相同

– 需要输入DENS, NUXY, 和常数C10 和 C01– 为保证不可压缩性质, NUXY 必须在 0.49和0.50间取值

– Mooney-Rivlin系数可以直接输入(TBOPT=0)或者通过LS-DYNA对测试数据的计算得到 (TBOPT=2)。对后一种情况，举例如下:

• TB, MOONEY, 1, , , 2 ! 材料1的计算数据

• TBDATA, 1, 0.0, 0.0 ! C10 和 C01 设为零

• TBDATA, 3, L0 , w, t ! 样品的原始长度、宽度和厚度

• TBDATA, 6, LCID ! 长度变化与力载荷曲线数据

– 注: 如果L0 , w和t都等于1.0, 那么LCID =工程应力vs. 应变

– 材料响应通过应变能密度函数W定义：Ι1 , Ι2 和 Ι3 是应变不变量，K 是体积模量。

( ) ( ) ( )23201110 15.3C3CW −Ικ+−Ι+−Ι=


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Training Manual

材料的定义

... 非线性弹性材料

粘弹性材料 : TB, EVISC– 这类材料具有弹性（变形可恢复）部分和粘性（变形不可恢复）部分

– 用于模拟类玻璃材料和火箭固体燃料等

– 剪切关系由下式表达:

– 除了密度 DENS, 还需输入以下参数:• Go = 短期 (初始) 弹性剪切模量

• G = 长期 (无限)弹性剪切模量

• K = 弹性体积模量

• 1/β = 衰减常数

( ) to e)GG(GtG β−

∞∞ −+=


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Training Manual

材料的定义

F. 塑性材料

• 塑性材料模型包含ANSYS/LS-DYNA中大多数非线性非弹性材料。要根据所

分析材料的类型、应用领域和材料常数的可获取性来选择某个特定塑性模型。

• 塑性模型可以分为五类:– 类别 1：应变率和塑性无关的各向同性材料

– 类别 2: 应变率和塑性相关的各向同性材料

– 类别 3: 应变率和塑性无关的各向异性材料

– 类别 4: 压力相关塑性

– 类别 5: 温度敏感塑性

• 为分析材料选择正确的类别非常重要，在某类别内选择特定的模型相比就不

那么重要了，这通常取决于材料数据的可获取性。


3-16

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Training Manual

材料的定义

... 塑性材料

• 大多数非线性有限元分析精确性的关键在于材料常数的质量。为了得到好的结果，应该从材料供应者那里得到材料常数或者去做材料特性分析。

• 一些塑性模型需要输入附加的状态方程 (EOS)。这些方程将会在介绍完所有

的塑性模型后进行详细的讨论。


3-17

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

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YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

材料的定义

G. 应变率无关各向同性塑性材料

• 类别1: 应变率和塑性无关的各向同性材料

– 1a: 经典的双线性随动硬化 (BKIN)– 1b: 经典的双线性等向硬化 (BISO)

BKIN 和 BISO : TB, BKIN 和 TB, BISO• 这些模型通常用于整个成形持续时间相对较长的过程（例如金属板冲压），

以及大多数工程材料中（钢、铝、铸铁等）。

• 两种模型都有两个斜率，弹性模量(EX)和切向模量(ETAN) 来表达材料的应力应变行为。 BKIN和BISO模型所需输入的参数相同 :

– MP命令定义DENS, EX和NUXY– TB和TBDATA命令定义屈服应力和切向模量


3-18

Ex

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it Dyn

am

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ith A

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YS

/LS

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ith A

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/LS

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ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

材料的定义

...应变率无关各向同性塑性材料

• BKIN和BISO模型的差别仅在于硬化假设不同。

– 随动硬化假设二次屈服发生在2σy

– 等向硬化假设二次屈服发生在2σmax

• BISO模型允许有温度相关:– 预加热载荷分析和热瞬态分析 (见第2-1章)– 指定六个温度条件下的材料数据

– 使用MPTEMP, MPDATA, TBTEMP和TBDATA– 设定高屈服应力模拟热弹性材料


3-19

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ith A

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ith A

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/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

• 类别2:应变率和塑性相关的各向同性材料

– 2a: 塑性随动: 带有失效应变的Cowper-Symonds模型

– 2b:幂率硬化: 带有强度和硬化系数的Cowper-Symonds模型

– 2c: 分段线性: 带有多线性曲线和失效应变的Cowper-Symonds模型

– 2d: 率相关: 通过载荷曲线和失效应力定义应变率

– 2e: 应变率敏感: 超塑性成形的Ramburgh-Osgood模型

• 模型2a - 2d可用于一般材料和各向同性材料的塑性成形分析

• 模型2a - 2c利用Cowper-Symonds 模型，模型的屈服应力与应变率因子有关:

P1

C1 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+

ε&

材料的定义

H.应变率相关各向同性塑性材料

– C和P是Cowper-Symonds应变率参数。


3-20

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

塑性随动 : TB, PLAW, , , , 1• 双线性硬化塑性 (σy 和 ETAN)

• 硬化参数 β在 0 (kinematic) 和 1 (isotropic)之间

• 失效应变决定删除失效单元

• 屈服应力:

材料的定义

...应变率相关各向同性塑性材料

其中 σ0 是初始屈服应力,εp

eff 是有效塑性应变,Ep 是塑性硬化模量，由此公式确定 :

( )effo

1

εEC

1 pPP

y βσεσ +

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

&

tan

tanP EE

EEE

−=


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ith A

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-- - DY

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6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

材料的定义


幂率硬化 : TB, PLAW, , , , 4

• 带有双线性等向强化的塑性行为

• 强度系数k和硬化系数n定义的幂率硬化

• 屈服应力:

( )npeP

yeff

1

εkC

1 +

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+= εεσ

&

其中εe 是弹性应变。


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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

材料的定义


分段线性 : TB, PLAW, , , , 8

• 模型在求解时非常有效，通常用于碰撞分析

• 与ANSYS 隐式中的TB, MISO模型类似

• 用有效真应力与有效真应变载荷曲线定义应力应变行为

• 输入失效应变，以确定需要删除的单元

• 屈服面由 Cowper-Symonds 模型针对率相关进行缩放


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6.0

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6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

材料的定义


率相关 : TB, PLAW, , , , 5• 这是普通的应变率相关的塑性模型，因为弹性模量(E) 、屈服应力(σy) 、

切向模量(ETAN)和失效应力(σFAIL)均可以应变的函数形式输入。

• 给定塑性应变率后的屈服应力如下定义:

effp

ip

io

iy εE+σ=σ

其中

LCID 1 = defines σy as a function of LCID 2 = defines E as a function ofLCID 3 = defines ETAN as function of

LCID 4 = defines effective von Misesstress at failure as a function of effε&

effε&effε&effε&


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6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

材料的定义


nmy k εεσ &=

应变率敏感 : TB, PLAW, , , , 2• 是专门用于超塑性成形的特定模型。

• Ramburgh-Osgood本构关系的屈服应力如下 :

其中

k 是材料系数, m 是硬化系数, n 是应变率参数,

是应变率。ε&


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Training Manual

材料的定义

I.应变率相关各向异性塑性材料• 类别 3:应变率相关各向异性塑性材料

– 3a: 横向各向异性: 应变率相关Hills屈服准则

– 3b: 3参数Barlat: 用于铝板成形等正交各向异性模型

– 3c: Barlat各向异性: 三维连续体成形各向异性模型

– 3d: 横向各向异性成形极限图硬化

• 模型3a用于模拟常规各向异性材料的高应变率成形过程

• 模型3b和3c由ALCOA开发专用于金属铝的加工成形

• 模型3d专用于钣金成形


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6.0

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6.0

DY

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Training Manual

材料的定义

...应变率相关各向异性塑性材料

横向各向异性 : TB, PLAW, , , , 7

• 通常用于各向异性的钣金成形

• 可以通过定义载荷曲线参数来表达有效屈服应力和有效塑性应变的关系

• 屈服应力:

2122211

222

211 1

1221

2 σσσσσσ++

++

−+=RR

RR

y

p33

p22εR

ε&&

=

• 各向异性硬化参数R用面内塑性应变率与面外塑性应变率的比值来定义:


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DY

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6.0

Training Manual

材料的定义


3参数Barlat : TB, PLAW, , , , 3

• 开发用于铝板在平面应力状态下的钣金成形

• 对于线性硬化准则, 输入 σy 和 ETAN

• 对于指数硬化准则, 输入 n 和 m

• 推荐的Barlat指数:体心立方晶格（BCC）金属取m=6，面心立方晶格（FCC）金属取 m=8

• 正交各向异性Lankford系数用于长度与厚度比

• 正交各向异性材料的坐标系通过EDMP命令输入


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Training Manual

材料的定义


Barlat各向异性 : TB, PLAW, , , , 6

• 用于三维连续材料的钣金成形过程中的材料模型，特别是铝

• 大多用于实体材料（例如非板材）

• 实验确定6个各向异性参数: a,b,c,f,g,h

• 推荐的Barlat指数:体心立方晶格金属取m=6，面心立方晶格金属取 m=8

• 屈服应力: σy=k(εo+ εp)n

其中 εo 和 εp 是初始屈服应变和塑性应变


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Training Manual

材料的定义


横向各向异性 FLD : TB, PLAW, , , , 10

• 用于模拟横向各向异性金属的钣金成形

• 仅用于壳单元

• 屈服行为可以通过σy和ETAN或有效应力和塑性应变曲线来定义

• 成形极限图也可以用载荷曲线输入，来计算大应变率


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Training Manual

t

th EE

EEE−

=

应力应变行为也可以通过多达16个数据点来定义。线性多项式状态方程也必须给定 (EOSOPT)。

phoy E εσσ +=

材料的定义

J.压力相关塑性材料

• 类别4: 压力相关塑性

– 4a: Elastic-Plastic Hydrodynamic: 在大应变下会失效的材料

– 4b: Geological Cap Model: 地质盖帽模型

Elastic-Plastic Hydrodynamic : TB, PLAW, , , , 9, EOSOPT

• 如果没有定义有效真应力和真应变，就假定为等向强化，而且必须指定Sy和ETAN来定义屈服强度 :

其中塑性硬化模量 Eh通过E 和 ETAN定义


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Training Manual

材料的定义

...压力相关塑性材料

Geological Cap Model : TB, GCAP

• 无粘滞性双不变量地质盖帽材料模型

– 地质力学问题或混凝土类材料

– 双不变量盖帽理论扩展至包含随动强化

– 采用剪切模量代替弹性模量

• 模型的详细信息请参考LS-DYNA理论手册（在与ANSYS6.0理论手册的

同一张光碟上）。


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Training Manual

材料的定义

K.温度敏感塑性材料

• 类别5: ANSYS/LS-DYNA中有四种塑性模型来描述温度效应. 大部分模型需要定义附加状态方程(EOS) :

– 5a: Bamman: 使用内部状态方程变量的复杂材料模型

– 5b: Johnson-Cook: 高应变率和温度相关问题

– 5c: Zerilli-Armstrong: 高速冲击和某些金属成形过程

– 5d: Steinberg: 极高应变率条件下(>105)材料成形的模拟

Bamman : TB, EOS, , , , 4• 用于金属成形的复杂应变率相关材料模型

• 内部状态方程变量通过常数Ai直接输入模型，无需定义附加状态方程。

• Bamman模型需要输入流动应力参数Ci


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DY

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

• A, B, C, m, 和n 是用实验方法确定的常数， εp是有效塑性应变

• 也需要输入有效塑性应变率，由下式给出:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ε+ε+=σ_. m_

npy T1lnC1BA

roommelt

room

TTT-TT :is etemperatur homologous the and −

==o

p

εε

ε&

&&

材料的定义

...温度敏感塑性材料

Johnson-Cook : TB, EOS, , , , 1, EOSOPT• Johnson-Cook模型主要用于高应变率过程，如伴随较大温升的机加工

• 模型的开发源自弹道学

• 需要输入 DENS, EX, 和 NUXY• 屈服应力:


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6.0

DY

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Training Manual

• 温度计算需要输入比热、熔点和室温

• 通过下式中的失效常数D1-D5 ，失效应变可以并入到模型中:

其中

• Johnson-Cook参数输入后，要输入状态方程常数，可以是线性多项式或Gruneisen模型(EOSOPT 后面讨论)。

[ ] [ ]TD1lnD1expDD 54D

21f 3 +⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ε++=ε

•σ

材料的定义


.压力与有效应力之比 ==effσΡσ


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DY

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

材料的定义


Zerilli-Armstrong : TB, EOS, , , , 3, EOSOPT

• Zerilli-Armstrong模型用于金属成形过程和高速冲击等这些应力与应变、应变率及温度相关的应用领域。这种模型必须使用状态方程。

• Zerilli-Armstrong模型需输入流动应力 (Ci), 温度 (Bi) 和热容(Gi)系数。

))293(

)(]}()([{

:

))293(

)(}(][)({

:

65))ln((

21

5))ln((5.

21

43

43

μμεσ

μμεσ

TCCeCC

TCeCC

npTeCCy

TeCCpy

+++=

++=

+−

+−

&

&

体心立方晶格金属

面心立方晶格金属


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6.0

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Training Manual

材料的定义


Steinberg : TB, EOS, , , , 5, EOSOPT

• 带失效的高应变率(>105)的固体变形

• 非常适合于加工过程和高速冲击分析

• 屈服强度是温度和压力的函数

• 状态方程(EOS)决定压力


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6.0

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Training Manual

材料的定义

L. 状态方程 (EOS)

• ANSYS/LS-DYNA中有三种不同类型的 EOS :– 线性多项式 : EOS 是内能的线性方程

– Gruneisen : EOS 通过两种方式定义压力体积关系

– 列表格式（ Tabulated ）: 简化的EOS ，也是内能的线性方程

线性多项式 : EOSOPT = 1

• EOS 是内能的线性方程

• 压力由μ和线性系数Ci决定:

P = C0 + C1μ + C2

μ2 + C3

μ3 + (C4 + C5

μ +C6μ

2) E

其中 μ = ρ/ρ0 – 1 ， ρ 和 ρ0 是当前和初始密度


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DY

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Training Manual

( )( )Ea

SSS

aCp o

oo

μγ

μμ

μμμ

μμγ

μρ++

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

−+

−−−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −+= 23

3

2

21

22

1111

2211

材料的定义

...状态方程 (EOS)

Gruneisen : EOSOPT = 2

• 压力体积关系与材料是压缩还是膨胀有关。带有立方冲击速度-质点速度的Gruneisen状态方程通过μ和Gruneisen系数C, a, S1, S2, S3及γ0定义压力，

对压缩材料：

列表格式（Tabulated） : EOSOPT = 3

• EOS是内能的线性方程. 压力为:– P = Ci (εvi) + γTi (εvi) E– 其中 Ci 和 Ti 分别是体积压力和温度, εvi 是体积应变


3-39

Ex

plic

it Dyn

am

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Training Manual

材料的定义

M. 空材料

空材料 : TB, EOS, , , , 2, EOSOPT

• 空材料允许在不计算偏应力的条件下考虑状态方程

• 空材料大多用于鸟撞分析

• 需要输入密度DENS和截止压力。对空的梁和壳需要输入EX 和 NUXY

• 也可定义拉压下的粘性和侵蚀（可选）

• EOSOPT 需设定为1、2或3来指定参考的状态方程


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Training Manual

材料的定义

N. 损伤模型

• ANSYS/LS-DYNA有两种损伤模型:– 混凝土损伤: 冲击载荷下的钢筋混凝土

– 复合材料损伤: 用于吸能的复合材料失效分析

混凝土损伤: TB, CONCR, , , , 2• 仅用于SOLID164单元, 需要输入泊松比、密度、混凝土和加强钢筋常数

• 必须使用列表格式状态方程

复合材料损伤: TB, COMP• 必须输入每个方向上的弹性模量、剪切模量和泊松比（无默认值）

• 可以输入剪切、纵向拉伸、横向拉伸、横向压缩强度来定义失效

• 压缩失效需要定义材料的体积模量


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Training Manual

材料的定义

O. 泡沫材料

• ANSYS/LS-DYNA有5种不同的泡沫材料模型:– 闭室泡沫: 低密度泡沫材料 (例如聚氨酯泡沫)– 低密度泡沫: 高度可压缩性材料 (例如座垫)– 粘性泡沫: 用在碰撞跌落模拟中的能量吸收泡沫

– 可压碎泡沫: 永久性压碎材料 (例如聚苯乙烯)– 蜂窝材料: 正交各向异性压碎泡沫

• 特定模型的选择取决于所分析材料的类型

• ANSYS/LS-DYNA所有泡沫材料模型主要用于汽车碰撞分析


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Training Manual

材料的定义

... 泡沫材料

闭室泡沫: TB, FOAM, , , , 1

• 开发用于低密度聚氨酯 (常用于船用集装箱及汽车设计中的冲击限制物建模)

• 要输入DENS, EX, 初始泡沫压力Po, 泡沫聚合密度比率φ

• 包括封闭气压效应

• NUXY 被近似地设为零

• 屈服条件: σy = a + b(1+c γ)

其中 a, b和c 为实验确定的参数, γ = V/ Vo + γo - 1

其中 V 是当前体积, Vo 是初始体积, γo 是初始体积应变


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Training Manual

材料的定义

... 泡沫材料

低密度泡沫 : TB, FOAM, , , , 2– 主要用于模拟汽车座垫

– 需要输入密度DENS和弹性模量EX

– 采用载荷曲线标识号(LCID)输入应力应变行为

– 对于压缩，模型用可能的能量耗散来假设材料的滞后行为

– 对于拉伸，直到拉伸截止应力以前模型均表现为线性行为

– NUXY 近似的设为零

– 使用滞后卸载时，如果衰减常数β = 0 ，重新加载将会沿卸载曲线进行

– 如果β非零, 初始载荷由1- e-βt决定，可用粘性系数(0.05-0.5)模拟阻尼效应

– 体积粘度如果标记为1，则被激活

– 滞后卸载使用形状卸载因数，数值上小于1－能量耗散

– 输入的滞后卸载(HU)因数在0到1之间，如果HU=1 ，就没有能量耗散


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Training Manual

材料的定义

... 泡沫材料

粘性泡沫 : TB, FOAM, , , , 3

• 在碰撞模拟中吸能泡沫常用于模拟吸能材料（例如假人）

• 仅用于压缩载荷下的实体模型

• 由平行的非线性弹簧和粘性阻尼构成

• 需要有DENS, EX (初始杨氏模量E1) 和 NUXY

• 弹性刚度E’ 定义为: E’ = E1 V-n1

其中 n1 是弹性刚度幂率

• 粘性系数V’ 定义为: V’ = V2 |1-V|n2

其中 V2 = 初始粘度系数 n2 = 粘度系数幂率


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Training Manual

材料的定义

... 泡沫材料

可压碎泡沫 : TB, FOAM, , , , 4

• 用于可永久压碎的材料（如聚苯乙烯固体）

• 可选择粘性阻尼和截止张力（撕裂）

• 卸载认为是完全弹性过程

• 拉伸按照完全弹塑性处理

• 需DENS, EX, NUXY

• 需输入定义屈服应力与体积应变γ的载荷曲线

• 体积应变 γ 为: γ = 1 – V其中 V 为当前体积和初始体积之比


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Training Manual

材料的定义

... 泡沫材料

蜂窝材料 : TB, FOAM, , , , 5

• 正交各向异性可压碎泡沫为侧面冲击缓冲器前端材料和航空结构而开发

• 可以分别定义法向应力和剪切应力的非线性行为

• 需要DENS, EX, NUXY和粘性系数

• 需输入完全压实的蜂窝的屈服应力和体积

• 需输入弹性模量和每个正交方向上的应力与相对体积或体积应变载荷曲线


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Training Manual

材料的定义

P. 离散单元性质

• COMBI165 离散单元要求有弹簧或阻尼性质

– 弹簧需要有刚度系数或者力与变形曲线

– 阻尼需要有阻尼系数或者力与变形速率曲线

– 转动性质可以用来代替平动性质

• 离散弹簧性质的六个选项:– 线弹性弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 0)– 通用非线性 (TB, DISCRETE, , , , 5)– 非线性弹性弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 3)– 弹性塑料弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 2)– 非弹性拉压 (TB, DISCRETE, , , , 7)– Maxwell粘性弹簧 (TB, DISCRETE, , , , 6)

• 离散阻尼性质的两个选项:– 线性粘性阻尼 (TB, DISCRETE, , , , 1)– 非线性粘性阻尼 (TB, DISCRETE, , , , 4)


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Training Manual

材料的定义

Q. 索单元性质

• LINK167 单元需要有索材料属性

• 单元压缩时（松弛状态）不承担载荷

• 需要定义密度 (DENS)和弹性模量(EX)

• 索链刚度:K = (E) (Area0) / (L0 – Offset)

• 或者通过指定工程应力-应变（载荷）曲线，而不考虑用杨氏模量来计算索链

刚度


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Training Manual

材料的定义

R. 刚性材料

• 声明一种材料是刚性的，从而这种材料构成的梁、壳和实体单元都成为刚体. 下述几点很重要:

– 刚体材料的杨氏模量不能任意大。LS-DYNA 用杨氏模量计算接触罚刚度

，而接触罚刚度决定了接触穿透。

– 如果材料声明为刚性，那么任何属于这种材料的单元必须属于同一刚体。

因此，分配材料属性时必须非常小心。正如前一章讨论的，好考虑使用

Parts，采用完全相同的单元类型、实常数集和材料来定义各种不同的

Parts.

– EDMP, RIGID命令不仅声明一种材料是刚性的，同时也约束了刚体的运

动特性


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Training Manual

材料的定义

S. 一般材料定义指导

1. 并非所有材料都支持每一种单元类型。查阅单元手册来决定采用哪种模型。

2. 一些模型需要说明状态方程来完成材料的定义。

3. 对每种材料模型，并非所有的常数和选项都需要输入。例如带有Cowper-Symonds常数的应变率相关塑性材料的常数设为零，就可以用作率无关模型。这可以用作处理允许的失效应变…

4. 定义材料性质时单位要一致。不正确的单位不仅影响材料响应，也会影响接触刚度。单位的错误甚至可能导致模型无法求解。

5. 不要低估精确材料数据的重要性。多花些精力以获得精确的数据。


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Training Manual

材料的定义

T. 材料定义练习

• 本练习讨论的问题是:

• 练习3-1. 弹簧－质量－阻尼系统响应模拟

接触面

第 3-2章


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Training Manual

接触面

本章目标

• 本章是关于接触面的内容. 介绍了不同的算法及推荐使用的算法。

• 主题:A. 接触面概述

B. 单面接触算法

C. 点对面接触算法

D. 面对面接触算法

E. 一般接触类

F. 自动接触类

G. 刚性接触类

H. 固连接触类

I. 固连失效接触类


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Training Manual

接触面

… 本章目标

• 主题 (续):J. 侵蚀接触类

K. 边接触类

L. 拉延筋接触类

M. 成形接触类

N. 2-D 接触类

O. 定义基本接触

P. 接触的列表和显示

Q. 接触的删除/撤消/激活

R. 高级接触控制

S. 一般接触指导

T. 接触面的练习


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Training Manual

接触表面

A. 接触表面概述

• 在ANSYS/LS-DYNA中，定义接触有很多方法. 不同之处包括接触面如何描述，接触罚函数如何表达, 以及不同算法间存在的优缺点。

• 对一些接触模型，接触面被用来定义接触体的表面. 这与隐式ANSYS 中的新的面对面算法是类似的, 只是用户不必定义这些接触面本身，ANSYS/LS-DYNA 会通过指定的节点组元自动生成接触面。

• 另外一些接触模型允许模型的任何表面与其他表面接触，包括它本身。这种完全任意接触实际上是容易定义的, 而且在预先不知接触表面（如整车

碰撞模拟）时是非常有用的。


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Training Manual

接触表面

... 接触表面概述

• 一般来说，当一个接触（从）节点或接触面穿透目标（主）面时, 恢复力（罚力）会迫使之返回边界。接触罚刚度由LS-DYNA程序基于接触体的杨氏模量自动计算而得。这就是在定义刚体（材料）时，必须定义真实的杨氏模

量的重要原因。

• ANSYS/LS-DYNA 可以模拟很大范围的接触状态: – 表面抛光通过定义带有剪切失效应力的速度相关的摩擦来实现。

– 侵蚀接触当表面单元失效时，允许接触表面延伸到内部单元。

– 边缘接触允许一个壳单元的边检测另一个壳的边－不同于面面接触的一种特性。


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Training Manual

接触表面

... 接触表面概述

• 在ANSYS/LS-DYNA中定义接触时, 只需要简单地指出接触表面（不总是必

需的）、接触类型以及与给定接触类型相关的任何特定参数。

• 由于许多不同的接触类型可以使用，因此确定哪一种接触类型能准确的描

述所建模型常常是非常困难的。理解ANSYS/LS-DYNA所提供的不同接触算

法和接触类型对正确选择给定模型的接触面是非常重要的。

• 接触算法是程序处理接触面的方法。有三种不同的算法：

– 单面接触

– 点对面的接触

– 面对面的接触


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Training Manual

接触表面

… 接触表面概述

• 接触类型是指具有某些特定的相似属性的一系列接触类型。这里有十种不

同的接触类:– 一般接触

– 自动接触

– 刚性接触

– 固连接触

– 固连失效接触

– 侵蚀接触

– 边接触

– 拉延筋接触

– 成形接触

– 二维接触

• ANSYS/LS-DYNA 支持 24 种此类接触算法和接触类型的组合。


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Training Manual

每种接触算法和接触类型都将详细介绍，以帮助我们选择能够精确体现所模拟物理现象的合理的接触模型。

接触表面

… 接触表面概述

Single Surface Nodes to Surface Surface to Surface

General SS NTS STS, OSTS Automatic ASSC, AG ANTS ASTS Rigid RNTR ROTR Tied TDNS TDSS, TSES Tied with Failure TNTS TSTS Eroding ESS ENTS ESTS Edge SE Drawbead DRAWBEAD Forming FNTS FSTS, FOSS Two-Dimenional ASS2D


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接触表面

B. 单面接触算法

• 当一个体的外表面接触其自身或其他体的外表面时，可用单面接触算法建立接触。

• 单面接触是常见的接触类型这是由于ANSYS/LS-DYNA 程序自动搜索模型

的外部表面以确定是否发生穿透。

• 由于包括了所有的外部表面, 因此不需要定义接触和目标表面。

• 单面接触对于处理接触区域不能提前预知的自接触或大变形问题是非常有效的。


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接触表面

... 单面接触算法

• ANSYS/LS-DYNA中的单面接触算法处理有限的接触表面时只会引起CPU时间很少量的增加。

• 大多数冲击和碰撞的问题需要定义单面接触，因为有的接触表面是不能预知的。

• 当接触单元的接触穿透超过单元厚度的40%，单面接触算法将被自动解除。这对以下状态存在潜在的问题:– 过薄的部件

– 具有低刚度值的柔性材料

– 非常高速运动的物体之间的接触


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Training Manual

接触表面

... 单面接触算法

• 这些状况会导致接触节点超出40%的深度条件。接触算法将假设表面不再

接触，而且将会发生材料渗透，终接触节点残留在目标表面后面。

• 单面接触算法不在ASCII rcforc的文档中记录总的接触力。如果想得到接触

力，则应该采用点对面或面对面算法。

• 单面接触算法包括以下接触模型: 单面 (SS)，自动单面 (ASSC)，自动一般(AG)，侵蚀单面 (ESS)，单边 (SE)，和二维自动单面 (ASS2D) 。


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• 当接触节点穿透目标表面时，采用点对面接触算法建立接触。因其不对称性，此法是快捷的算法，此算法只处理冲击目标表面

的接触节点。

• 对于点对面接触算法, 必须定义接触和目标表面的节点的组元或part （part集）号，这类似于ANSYS 隐式方法。

• 点对面接触算法对于接触区域相对较小而且接触区域已提前预知的情况非常有效。并对节点与刚体的接触也非常有效。

接触表面

C. 点对面接触算法


3-64

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

• 以下是用于点对面接触的指南 :

TARGET SURFACE

CONTACT NODES

1. 平面或凹面应作为目标面而凸面应作为接触面

2. 较粗网格应为目标面而较细网格应为接触面

3. 对拉延筋接触，拉延筋总是节点接触表面而板

料则是目标面。

接触表面

...点对面接触算法

• 点对面接触算法在ASCII rcforc的文档中记录接触合力。

• 点对面接触算法包括以下接触模型: NTS, ANTS, RNTR, TDNS, TNTS, ENTS, DRAWBEAD, FNTS


3-65

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

• 当一个体的表面穿透另一个体的表面时，采用面对面接触算法建立接触。

• 面对面接触是完全对称的，因此接触面与目标面的选择是任意的。

• 对面对面接触，需要定义接触面&目标面节点组元或part （或part集）号。

节点可以属于多个接触表面。

• 面对面接触是一种普遍的算法，常应用到具有大的接触区域且接触表面已知的情况。

接触表面

D. 面对面接触算法


3-66

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

• 面对面接触算法在ASCII rcforc的文档中记录接触合力。

• 面对面接触算法包括以下接触模型: STS, OSTS, ASTS, ROTR, TDSS, TSES, TSTS, ESTS, FSTS, FOSS

CONTACT AND TARGET DEFINITIONS ARBITRARY

V – 面对面接触对产生大量相对滑移的接触（如一个木块在平面上的滑移）非常有效。

接触表面

... 面对面接触算法


3-67

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

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YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

Shell TOP surface

Shell BOTTOM surface

penetrating node

General Contact

ContactRestoring Force

接触表面

E. 一般接触类

• 一般接触只考虑壳体单元一侧接触。对实体单元（brick）， ANSYS/LS-DYNA 总是用外法线创建目标面，因此所期望的接触总能被识别。

• 恢复力（即抵抗节点穿透的惩罚力）将随着接触节点穿透目标表面而持续增

加。节点经过一定壳单元厚度后，此力不会被消除。

• 一般接触类型包括:

– SS– NTS– STS– OSTS


3-68

Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

接触表面

F. 自动接触类

• 自动接触考虑壳体单元两侧的接触。壳体接触表面的方向是自动确定的。

• 恢复力将随着接触节点穿透目标表面而持续增加，但只能增加到一点，这是

由于壳单元的两个面都需要检测。

• 自动接触模型包括:– ASSC– AG (includes SE)– ASS2D– ANTS– ASTS

penetrating node

Shell TOP surface

Shell BOTTOM surface

Automatic Contact

ContactRestoring Force


3-69

Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

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it Dyn

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ith A

NS

YS

/LS

Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

膝盖与挡板的接触

接触表面

G. 刚性接触类

• 刚性接触 RNTR 和ROTR 类似于 NTS 和 OSTS 接触，但它不是用线性刚度来阻止穿透，而是定义力-变形曲线来实现。这种接触通常用于多刚体动力学，它们允许在不必模拟变形单元的情况下，吸收能量。

• 刚体对可变形体的接触必须用一般、自动或侵蚀接触来定义。


3-70

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

6.0

Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

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it Dyn

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ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

接触表面

H. 固连接触类

• 固连接触用于连接两个不相似的网格，在很大程度上。这与ANSYS隐式中所用的绑定接触几乎是一样的。

• 接触节点粘接在目标表面上。两个面必须是初始共面的。目标面可以变形，迫使接触节点随之变形。

• 固连接触只影响平移 DOF’s (UX, UY, UZ)

• 固连接触模型包括： TDNS, TDSS, and TSES 接触。


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Ex

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it Dyn

am

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ith A

NS

YS

/LS

-DY

NA

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Ex

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it Dyn

am

ics w

ith A

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YS

/LS

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it Dyn

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ics w

ith A

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YS

/LS

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it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

接触表面

I. 固连断开接触

• 固连断开接触实质是失效的固连接触。常被用来模拟点焊或螺栓连接。一旦符合失效方程, 接触节点就能够从目标面上滑移或分离出来。

• TNTS 失效方程基于法向力或剪切力, 而TSTS失效方程基于法向或切向应力。

fs

tied

失效 (联接解除)

fnf

ff

fn

n fail

m

s

s fail

m

, ,

⎛

⎝⎜

⎞

⎠÷ +

⎛

⎝⎜

⎞

⎠÷ ≥

1 2

1


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Ex

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it Dyn

am

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ith A

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/LS

-DY

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6.0

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it Dyn

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ith A

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/LS

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ith A

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ith A

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YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

接触表面

J. 侵蚀接触类型

• 这些接触模型 (ESS, ENTS, ESTS) 应用于外表面上的实体单元发生失效的情况 (例如, 由于超过允许应变值)，从而需要内部实体单元承担抵抗穿

透的作用。


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Ex

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it Dyn

am

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ith A

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ith A

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ith A

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ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

接触表面

K. 边接触类型

• 边接触用于壳单元的面法线与碰撞方向正交的情况。

• 壳边接触（SE）自动选定所有的边线。 SE 接触也包含在自动一般(AG) 接触中。


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Ex

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ith A

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ith A

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ith A

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ith A

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-- - DY

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6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

F = Ffriction+ Fbending

Depth of drawbead

接触平面

L. 拉延筋接触类型

• 拉延筋接触一般用于对坯料有特殊要求的金属成形过程。例如，冲压过程中

经常由于坯料不能贴紧模具而引起了坯料的褶皱。

• 拉延筋接触通过包含确保坯料在整个拉伸过程中与模具始终接触的弯曲和摩擦限制力来模拟实际的拉伸过程。


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ith A

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ith A

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ith A

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ith A

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/LS

-- - DY

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6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

接触表面

M. 成形接触类型

• 成形接触选项用于金属成形过程中点对面 (FNTS)成形, 面对面 (FSTS)成形以及单向面对面 (FOSS)成形。

• 对于这些接触类型，冲头和模具一般定义为目标面而工件则定义为接触

面。

• 这些接触类型网格无需连通, 因此减小了接触定义的复杂性。

• 冲件网格的方向必须一致。

• 成形接触选项基于自动接触类型，因此功能十分强大。


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ith A

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ith A

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ith A

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ith A

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Training Manual

接触表面

N. 2-D 接触类

• 由 PLANE162 单元组成的模型, 只能定义为二维接触。由 ANSYS/LS-DYNA支持的2D 接触选项是ASS2D.

• 默认的接触表面是整个模型 (即不采用目标面)。

• 接触表面可以限定为一个part集 (EDASMP).

• 2D 接触只支持静摩擦系数 (FS)。


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Training Manual

接触表面

O. 定义基本接触

• ANSYS/LS-DYNA 中定义接触的三个基本步骤是:1. 选择接触模型能好地模拟你的物理系统

2. 识别接触实体 (单面接触不需要)3. 定义接触及任何必要的其它输入参数

选择接触模型 :• 选则适合于给定条件的接触模型，参考 ANSYS/LS-DYNA User’s Guide

并回顾本章的内容。

• 对大多数分析，推荐使用自动一般 (AG), 点对面 (NTS), 和面对面 (STS) 接触，它们都非常强大，并适合于大多数应用。


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DY

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Training Manual

接触平面

... 定义基本接触

识别接触实体 :• 除了单面接触模型外（SS, ASSC, AG, ESS, SE, and ASS2D），所有

ANSYS/LS-DYNA 接触模型都需要定义接触面和目标面。

– 虽然单面接触模型不必定义, 但通过定义接触面它能够限定部分模型的接触。对于缺省值，此算法考虑了整个模型的可能接触。

• 接触面和目标面能通过节点组元（CM command）或 part号/part 集（EDPART and EDASMP commands）来定义。

– 如第1-3章讨论到的，如果在改变模型后重建part ，则part列表会改变，因此有必要在模型修改后经常更新part列表。否则，用以前的part号来定义接触将得到错误的分析结果。

– 好的做法是在执行任何ANSYS/LS-DYNA的特定命令前完成所有的ANSYS几何模型的建立。


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ith A

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DY

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Training Manual

接触表面


• 如果利用part号 (或part集) 识别接触面与目标面，可以用box ID 对接触面进一步限制。 Box ID 由 EDBOX command定义:

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Define Box

• 这些方形体积不能用于节点组

元。

• 限制接触处理的量在大型模型中更重要一些，但在包括整个

模型可能导致接触行为不合适的小模型中也是很有用的。


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ith A

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ith A

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ith A

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ith A

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DY

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6.0

Training Manual

接触表面


定义接触 :• EDCGEN 命令可在接触面和目标面之间自动生成接触 :

– Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Define Contact …

• 先选择需要的接触算法和相应的模型:

接触模型

接触算法


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ith A

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ith A

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ith A

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

接触表面


• 接下来规定静态和动态摩擦系数以及指数衰减系数，粘性摩擦和粘性阻尼。

• ANSYS/LS-DYNA中，摩擦系数可以与速度相关并且可以使用一个限制值来

定义总的摩擦力。

• 缺省值定义模型为无摩擦接触。


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Ex

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ith A

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ith A

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ith A

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6.0

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DY

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6.0

Training Manual

接触表面


• 摩擦系数， μc, 的定义是:

• DC 或v = 0类似于 μc = μs

• 大摩擦力 Flim可以由粘性摩擦系数VC和接触段的面积Asegment来定义:Flim = VC Asegment

• 极限摩擦系数常用于接触引起塑性流动的情况。推荐其值为 VC = 0.577 σo, 这里 σo 表示接触材料的屈服应力.

μc = μd + (μs - μd )e -(DC) (v)

where μs = 静摩擦系数μd = 动摩擦系数DC = 指数衰减系数v = 接触面间的相对速度


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DY

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Training Manual

接触表面


• 为避免接触中产生不期望的振动，可利用粘性阻尼系数VDC施加垂直于接触面的接触阻尼。

• 输入值 VDC，需要一个阻尼值作为临界百分比:ξ = (VDC/100.0) ξcrit = (VDC/100.0) (2m ω)

• 这里

m = 质量

ω = 接触段的自然频率

• 在金属成形分析中，粘性阻尼常用于抑制法向振动。


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Training Manual

接触表面


• 定义摩擦数据后要定义接触起始和终止时间:– 利于多级成形过程中设定后一阶段使用的工具到相应位置而不会与坯料互相影响

。

– 默认值在整个运算时间激活接触。

• 如果运用已定义的Part 号或 Part 集，给定 Box ID 用来进一步限制接触面或

目标面的定义。

• 由于当前 UIDL的局限性，只有在整个EDCGEN命令给出后， GUI 才能识别 Box ID’s 是否是有效。因此只有当Box ID’s (用EDBOX命令) 、Part ID’s 或集合已经被定义才可以设定Box ID’s。


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ith A

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6.0

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Training Manual

接触表面


• 在第一个 EDCGEN 对话框点击 OK后, 又弹出一个对话框以区分接触面和目

标面。

• 对于单面接触模型, 第二个框一般不出现，这是因为模型不需要区分接触面和目标面。

– 对单面接触模型，EDCGEN 命令需直接键入 (即批处理)来获得进一步限制接触

面的特性。

• 有些接触模型需要输入附加输入参数。对这些模型，相应的将出现特定的模型对话框 …


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Training Manual

接触表面


• 需要输入附加数据的接触系列是 (EDCGEN fields V1-V4):

Family V1 V2 V3 V4 Eroding Symmetry option key Internal erosion key Adjacent material key N/A

Rigid LCID Force calc. Method Unloading stiffness N/A

Tiebreak Tensile failure force Shear failure force Normal force exp. Shear force exponent

Drawbead LCID1 LCID2 Drawbead depth # of Integration Points

• 接触的模型指定输入进一步定义了接触。

在左边介绍的 Tiebreak点对面接触中 (TNTS) ，会出现对话框，要求规

定两个面何时脱开。


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Training Manual

接触表面

P. 接触的列表和显示

• 由于接触单元不能创建，因此在求解前列出定义了的接触表面对确保接触的正确定义是非常重要的。这用 EDCLIST command来完成:

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > List Entities

• 所有定义过的实体与指定的摩擦参数一起自动列出。

• 注意每种接触定义有专门的参考号


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Training Manual

接触表面

... 接触的列表和显示

• 利用由EDCLIST输出的已定义的接触 (reference) 号，可以由EDPC 命令显示接触对 :

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Select and Plot...

Contact #1 Contact #2 Contact #3 • EDPC既选择又显示出接触对。在

求解前不要忘记重选需要的节点和单元 …


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Training Manual

接触表面

Q. 删除/撤消/恢复接触

• 用 EDDC 命令删除定义错误的接触实体:Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Delete Entity …

• 接触实体只能在新分析中删除。

• 对于EDDC 命令， GUI 自动提供 “DELE” 选项, 但仍需要指定接触和目标组元和/或Part ID/集，单面接触一般都不需要这些表面。

• 删除模块中所有接触, 键入命令 EDDC, DELE, ALL

• EDDC, DELE 需要:– 接触模型

– 接触part或组元

– 目标Part 或组元


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Training Manual

接触表面

...删除/撤消/恢复接触

• 小型重启动分析中，可以撤消(EDDC, DACT)或激活(EDDC, RACT) 一个定

义了的接触实体。

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Deactivate Entity …

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Activate Entity …

• 接触的撤消和激活在多阶段成形模拟很有用。

• EDDC 命令不支持完全

重启动。


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Training Manual

接触表面

R. 高级接触控制

• ANSYS/LS-DYNA 有许多高级接触控制选项

• 大多数控制可以由 EDCONTACT命令定义，而且这些控制是全局的 (即适合所有定义了的接触实体):

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Advanced Control

• 可以用EDSP 或者EDCMORE 命令来定义某些局部(如对特定的实体)的高级控制 :

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Advanced Control …Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Additional Parms …

• 以下全局选项一般用于控制接触:

– 控制接触搜索方法

– 控制接触深度

– 控制接触刚度


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Training Manual

接触表面

... 高级接触控制

控制接触的搜索方法 :• ANSYS/LS-DYNA中,两个不同接触搜索方法 :

– 网格连贯性搜索

– 块排序方法

• 网格连贯性搜索中, 接触搜索算法利用邻近单元的共享节点来搜索接触。当目标段与接触节点失去接触时，检查邻近段。

– 网格连贯性方法是极快的，但是由于它要求接触表面具有连续的网格，因此又有局限性。

– 过去，网格连贯性方法用于接触模型STS, NTS, OSTS, TSTS, TNTS, and TDNS 的

缺省，但是新的块排序算法逐渐成为某些模块的缺省算法。


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Training Manual

接触表面


• 在块排序方法中,由目标面所占据的三维空间被分为许多立方体（buckets）。节点可以与同一块或相连的块中的任一段相接触。

bucket sort 算法功能十分强大, 但是在某种程度上比网格连贯性搜索要慢, 尤其针对大模型。

网格连通方法是ASTS, ANTS, ESTS, ENTS, 及所有的单面接触模型

的缺省方法。

– 由于许多模型含有不连续网格, 好通过EDCONTACT 命令的壳体厚度选项(SHTK) 将搜索算法转变为块排序方法

• 将 EDCONTACT 的SHTK 域设置为 Thk Incl-Exc Rgd (利用除刚体外的壳厚度)或Thk Incl (包括刚体在内的壳厚度)将导致如 NTS的接触模型使用bucket sort算法。


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Training Manual

接触表面


控制接触深度 :• 对于接触选项STS, NTS, TNTS, TSTS, and OSTS， ANSYS/LS-DYNA假定

搜索的接触深度为1e10 (如果不考虑厚度)。当接触节点穿过目标面时，就会

产生一个与接触深度成比例的接触（恢复）力。

• 在动力学模型中，这将导致由于组件处于连续的相对运动而产生伪接触，从而引起不稳定。如果接触深度很大, 伪接触力会变得接近无穷大。如果节点滑到目标面的后面，它会被抛到物体外的空间中。

• 为控制接触深度，将EDCONTACT 命令中的PENCHK 域设置为 “ON” 。详细描述，请参考 Commands Reference 。


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Training Manual

接触表面


• 由于 EDCONTACT 命令是用于设置总体接触控制，因此小穿透检测可用于模型中所有可用的接触实体。如果想将这一特性应用到局部基础上 (如特殊接触实体上)，则用 EDSP 命令来代替。 EDSP 命令将在以后讨论 …

• 将 PENCHK设为 “ON”，程

序将只搜索与目标段厚度成比例的接触深度。可以用另一个 “ON” 选项来考虑小对

角线。


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Training Manual

接触表面


控制接触刚度 :

• ANSYS/LS-DYNA 程序中，罚函数法用于接触力的计算。在罚函数法中，

一个弹簧被放在两个物体之间，其间的接触力由下式给出

δ

F

k

δ = 物体间的穿透量

F = k δ这里

k = 接触界面刚度


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Training Manual

接触表面


• 理想情况下，接触过程中接触面间不应该有穿透。这意味着接触界面刚度等于

无穷大(k = ∞)，而这会导致数据的不稳定。

• ANSYS/LS-DYNA程序根据接触面的材料特性和尺寸自动计算接触刚度。此值一般会是较好的结果

• 经常检验 d3hsp文件以确保求解时间步长小于接触稳定所需时间步长，

• 基于材料属性和单元尺寸的小时间步长0.56918e-6

秒小于稳定接触所需的(0.185e-5), 因此模型应为OK


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Training Manual

接触表面


• 可以用一个总体接触刚度的比例因子 SFSI 来改变接触刚度，它将通过以下关系调整 ANSYS/LS-DYNA 的计算刚度 (kcalc) ：

k = SFSI kcalc

• ANSYS/LS-DYNA 中SFSI的缺省值是 0.10，提高EDCONTACT 命令中的SFSI, 可以增加接触刚度。在侵蚀接触分析中经常增加SFSI 。然而，接触刚度的增加也增加了收敛不稳定性的风险。

• 尽量使得 SFSI 不超过 1.0


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Training Manual

接触表面


• ANSYS/LS-DYNA 将采用接触面和目标面的材料特性和单元尺寸来确定一

个缺省的接触刚度。

• 如果模型的接触面之间的材料属性相差太大（如钢撞击泡沫），或单元尺寸相差太大, 会产生不稳定性或非真实的响应.

• 当由于接触刚度不匹配而产生问题时，接触与目标面的接触刚度可以由ANSYS/LS-DYNA调整到比较相近。 d3hsp 文件显示的信息概括陈述了 : “如果实际采用的求解时间步的值大于接触稳定性的时间值则调节时步过大表面的罚刚度”。


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Training Manual

接触表面


• EDCONTACT 命令的 PENO 用来缩放接触刚度:

• 有五个主要的选项可用

来控制不协调引起的接触刚度:

– 使用接触和目标刚度的较小值

– 使用目标 (主) 平面刚度值

– 使用接触 (从)平面刚度值

– 使用面积或质量的加权值

– 使用与壳厚度成反比的从节点的刚度值 (通常不推荐）


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Training Manual

接触表面


• 如本节开头所提到的， EDCONTACT 命令用于设置高级总体接触控制。如果需要局部接触控制则应采用 EDSP 和 EDCMORE命令 :

Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Advanced Control …Preprocessor > LS-DYNA Options > Contact > Additional Parms …

• EDSP 命令适用于 STS, NTS, OSTS, TNTS, 和 TSTS 接触。如同EDCONTACT 命令，它能控制小穿透的开和关，但只用于特定接触实体。


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Training Manual

接触表面


• 同样的，EDCMORE 命令指定了罚函数比例因子，SFS 和SFM, 分别对应于特定接触实体的接触 (从) 和目标 (主) 面。当接触刚度在两个表面间有很大差异时就会需要这些参数。

• EDCMORE 参数也可通过 EDDC 命令来控制。以后附加的局部接触控制将补充到 EDCMORE 命令中。


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Training Manual

接触表面

S. 一般接触指南

• 虽然近 LSTC 已在LS-DYNA加入了初始干涉性能，但是ANSYS/LS-DYNA 并不支持。这是因为装配问题通常为静态分析–这还不能由显式方法完全解决。因此如果你的模型中含有任何初始节点穿透， LS-DYNA 会在运算前将重叠面移出接触。

• 确保使用真实的材料性能和壳的厚度值。材料性能和接触面的几何形状

被用来确定接触罚刚度。

• 同一parts间不要进行多次接触定义。

• 如果不能预先获知准确的接触情况则利用单面接触 (如汽车碰撞分析，利用 ASSC or AG 接触).


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Training Manual

接触表面

... 一般接触指南

• 求解前列出和显示出定义的接触表面以确保接触定义的正确性。

• 如果分析在进行不久开始产生发散，则应该检验随后的 ASCII 输出文件。这些文件中显示的过大能量能辨别导致问题的接触定义:– GLSTAT: 总体能量分配

– MATSUM: 按照Part ID 输出能量

– SLEOUT: 接触能量输出

• 总是先用小的实验模型检查接触定义而不是用大的模型进行调试。常出现

的接触问题可能实际上只是单位问题、加载错误或材料定义的错误。


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Training Manual

材料的定义

T. 接触练习

• 本练习讨论的问题:

• 练习3-2. 穿甲分析（冲击分析中的塑性和失效）


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Training Manual

接触表面

... 接触表练习

• 此练习由以下问题组成:

• 练习3-3. 铝棒冲击分析

重启动

第4-1章


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Training Manual

重启动

本章目标

• 这一章主要介绍重启动。 ANSYS/LS-DYNA中的三种重启动分析：simple, small, 和完全重启动。

• 目录:A. 重启动定义

B. 重启动类型

C. 进行一个简单重启动

D. 进行一个小型重启动

E. 进行一个完全重启动

F. 在一个新的分析中使用EDSTART G.重启动练习


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Training Manual

重启动

A. 重启动的定义

• 重启动意味着接着以前的分析继续计算，一个重启

动可以从以前的分析结尾开始，也可以从它的中间开始。

执行重启动的原因

– 以前的分析被操作系统或用户终止（SW1）。

– 以前的分析超过了定义的CPU 时间限制。

– 在先前的分析中有错误，执行重启动来处理或改正错误。

– 以前的分析没有运行足够长时间。


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Training Manual

重启动

B. 重启动的类型

• 一个简单重启动中，原始数据库(Jobname.db)在新的分析中没有改变。如 LS-DYNA 求解被用户定义的CPU限制或用户执行SW1控制过早地中止时，可以进行简单重启动。

• 一个小型重启动用于将分析延长至比用户初指定的时间更长的

终止时间或对模型进行细小修改的情况。

• 下面的命令可以用于小型重启动中：

EDRC – 设定刚性体/变形体转换控制

EDRD – 把parts从变形体转换到刚性体并返回

EDRI - 为EDRD转变中的刚性体定义惯性特性

EDTERM - 指定不同的终止标准

EDDUMP - 为D3DUMP文件指定输出频率

EDSP – 对接触单元定义小穿透检测。

EDDC and EDVEL 命令


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重启动

重启动类型（续）

• 一个完全重启动（完全重启动）支持绝大多数 “new analysis” 命令:– 可以增加或删除部分模型

– 允许材料和载荷变化

– Jobname 自动变成 Jobname_nn (nn=01, …) 以防止新生成的结果文件替换已有

数据

• 完全重启动有一些限制, 包括:– 接触描述和初始速率不能被改变

– 不支持Adaptive meshing , 即使在1st run已经存在

• 完全重启动有一些新的特性, 包括 EDIS 命令, 它设定应力初始化

– 先前分析中变形的节点位置和应力/应变会直接沿用到完全重启动中。


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重启动

C. 执行一个简单重启动

• 用EDSTART 命令指定显式分析中重启动的状态. EDSTART的菜单路径是

Solution -> Analysis Options -> Restart Option...

• 在简单重启动中有两个选项

1.从 Restart Option 的滚动条中选择Simple Restart2.为重启动中使用的dump 文件指定文件名。Dump文件的个数依

赖于EDDUMP 命令， LS-DYNA创建的缺省dump 文件是d3dumpnn,其中 nn=01,02...99


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重启动

执行一个简单重启动

• 在简单重启动中, 对于内存的大小和二进制文件的比例因子应该

沿用原来的值。

• 在简单重启动中, 由于不允许改变数据库，应该直接执行 SOLVE。

• 一旦使用了 SOLVE 命令, 分析将从指定的 d3dumpnn文件开始，所有的结果将追加在 Jobname.his和 Jobname.rst文件中。


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Training Manual

• 执行小型重启动需要4个步骤:1. 从Restart Option滚动栏中选择小型重启动

2. 为在restart中会用到的dump文件指定文件名，默认的文件名是 d3dumpnn,其中 nn=01,02...99

3. 用 TIME 命令改变终止时间.4. 对模型进行微小的改变，如把刚体变成变形体。接下来的幻灯片将介绍

restart命令.

注: 类似于简单重启动，内存的大小和二进制文件的比例因子应该沿用之前值。

重启动

D. 执行一个小型重启动


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Training Manual

• 把一个part从可变形体到刚性又转回到到变形体的过程，使求解过程变得更长。

• 通过转换空气中跌落测试的parts为刚性体可以大大缩减 CPU时间。用接近地面（如

一定的坐标位置）或开始接触等来中止运行。然后一个刚性体转回变形体的重启动分析可以继续进行瞬态分析。

重启动

执行一个小型重启动（续）

• EDRD命令用于刚性体和变形体间的转换

• Solution: Rigid-Deformable->Switch…

– 选择想要的操作: 初始化, 变形体到刚体, 刚体到变形体, 或列表

– 指定要切换的Part 号– 指定主刚体号（只有当从变形体到刚性体转

换时才是必要的）


9-10

Ex

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it Dyn

am

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ith A

NS

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ith A

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ith A

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ith A

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YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

重启动


• EDRC命令控制刚性体和变形体之间转换的参数.

• Solution: Rigid-Deformable->Controls…

– 选择想要的操作: Add, Delete, 或者 List– 焊接和节点约束可以被激活或者释放。

– 转换后可以指定大时间步。


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Ex

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ith A

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

重启动


• EDRI命令允许指定从变形体转换而来的刚性体的性质。

– Solution: Rigid-Deformable->Inertia Property…

– 选择想要的操作: Add, Delete, or List

– 为刚性体指定part 号.– 指定刚性体的性质：

1) 质心

2) 总质量

3) 惯性矩


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6.0

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NA

6.0

DY

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6.0

Training Manual

重启动


• EDDC和EDSP命令可以用来指定restart分析的接触性质.• Preprocessor: LS-DYNA Options->Contact->Activate/Deactivate Entity…

– 选择激活或释放的接触类型

– 为接触类型指定接触和目标组元

• Preprocessor: LS-DYNA Options-> Contact->Advanced Control…

– 选择一个操作如： Add, delete or list– 指定接触ID范围(从EDCLIST中) 和执行小穿

透检测的增量。


9-13

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ith A

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DY

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6.0

DY

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6.0

Training Manual

重启动

..执行一个小型重启动（续）

• 用EDDUMP 命令定义restart分析中D3DUMP 文件的输出时间间隔。

– Solution: Output Controls->Number of Steps…– 定义重启动输出间隔的输出步数


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6.0

Training Manual

重启动


• EDTERM 命令定义显式动力学分析的终止标准. – Solution: Analysis Options->Criteria to Stop…

– 当一个选中的节点或刚性part达到一

个确定的位置（总体坐标）或产生接触时分析会被终止。

– 可以列出中止信息。


9-15

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Training Manual

重启动


• 在一个restart中模型尺寸也可以通过删除单元(EDELE) 或不选择 parts (PARTSEL)来减小。

• Preprocessor: -Modeling- Delete-> Elements…• Utility Menu: Select->Parts…


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Training Manual

重启动


• 小型重启动中不能延伸载荷曲线. 因此, 建议在初始分析时，将载

荷曲线的时间域定义的较终止时间长些以防在重启动中需要用到。

• 一旦开始SOLVE, 分析将继续，所有的结果将被追加到结果文件Jobname.his 和 Jobname.rst中。

• 小型重启动所产生的新的结果将存在 Jobname.rst的第2个载荷步中。


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Training Manual

重启动

E. 执行一个完全重启动

• 执行一个完全重启动的步骤在ANSYS/LS-DYNA User’s Guide 中有详细的解释。事实上，一个完全重启动是一个从初始化状态开始的新分析。模型可

能会得到新的数据，包括：节点，单元，材料特性和载荷。

• 执行了了EDSTART，3的命令以后， jobname 会自动地变成jobname_01，以避免替换已经存在的结果或数据库。对于每一个新的完全重启动，jobname会自动地加1。大多数的ANSYS/LS-DYNA命令可以象之前一样使用。

• EDIS命令指定对哪一个Parts进行初始化。从restart dump 文件中取得的数据（通过EDSTART 命令来指定）用来对这些Parts进行“预应力加载” 。

• 可以参考命令帮助获得更详细的说明。


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Training Manual

重启动

F. 在新的分析中使用 EDSTART

• 除了用于重启动, EDSTART 命令可以在一个新的分析中达到以下目的:– 改变要使用的内存大小.– 改变二进制比例因子.

对于这两种选择：

1. 从Restart Option 的下拉菜单中指定新的分析

2. 输入新的分析的所需内存大小（用数字）

3. 输入二进制文件比例因子（默认值是7）。


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Training Manual

重启动

F. 在新的分析中使用Using EDSTART（续）

• 对于新的分析，如果不需要修改内存和二进制文件系数，可以不使用 EDSTART命令。

• 在新的分析中, 不要指定 dump 文件，从而生成缺省文件d3dump01。


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Training Manual

重启动

G. 重启动练习

• 这个练习包括下面的内容：

• 练习4-1. 小型重启动分析

显式－隐式顺序求解

第4-2章


9-22

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Training Manual

显式↔隐式顺序求解

本章目标

• 这一章主要介绍显式↔隐式顺序求解，讨论它们的应用和求解过程。

• 目录:

A.概述

B.回弹的应用

C.基本步骤

D.显式↔隐式顺序求解练习。


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Training Manual


A. 概述

• 顺序求解是一种将隐式(ANSYS)和显式( ANSYS/LS-DYNA)求解方法综合使用的分析技术。在需要顺序求解的问题中, 为了获得

后的结果，显式分析的结果被输入到隐式模型中 (或相反).

进行顺序求解的原因：

– 有些工程过程是十分复杂的，包括动态和静态两个阶段 (例如：压力容器在跌落测试之前的初始环向应力或金属成形之后的线性回弹)。

– 显式技术适合于求解非线性动态碰撞问题，不适于求解自然现象中的静力问题。

– 隐式方法适合于求解静态或准静态问题。

– 将 ANSYS 隐式和 ANSYS/LS-DYNA 显式求解器联合使用是

一个特别强大的工具，可用来模拟其它软件难以处理的工程问题。


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Training Manual


A. 概述（续）

• 显式→隐式顺序求解是首先使用ANSYS/LS-DYNA程序进行动力求解, 然后将变形后的几何形状和应力输入ANSYS隐式分析中，通过给定合适的边界条件进行后续

求解。

– 显式→隐式求解技术当前仅能用于SHELL163和SOLID164显式单元。

– 显式分析的结果能引入SHELL181 或SOLID185 隐式

单元。

– 在隐式分析中必须指定合适的约束来防止刚体位移。

– 显式→隐式序列求解主要用来模拟金属成形中的回弹问题。


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Training Manual

D PUNCH

DIE

BLANK

简化的冲压模型板料成形V

卸载期间的板料回弹

V

V

显式→隐式顺序求解

B. 回弹应用

• 在金属成形过程中, 回弹被定义为变形部件(板料) 离开模具后的尺寸变化，回弹是由于线弹性卸载而引起。在金属成形时, 当板料和模具接触时弹性能被储存在板材中。当成形压力被移走后，弹性能被释放, 导致板料朝着它原始的几何位置变形或回弹。下图描述了一个带回弹的简单成形过程:


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Training Manual


C. 基本步骤

• 为了执行一个显式→隐式顺序求解需要九个基本步骤，这些步骤包括:

1. 求解分析的显式部分

2. 进入隐式求解器，改变当前的作业名

3. 将显式单元转变为具有适当属性的隐式单元

4. 关闭隐式单元形状检查

5. 将隐式单元的几何形状修改为显式求解后的变形形状。

6. 不选择隐式求解所不需要的单元 (仅保留非刚体的 SHELL181 单元和SOLID185单元 )

7. 重新定义边界条件

8 . 输入来自显式分析的真实应力 (单元膜力) 和壳厚度

9. 求解分析的隐式部分

• 以下的幻灯片将着重于详细描述这些步骤中的每一步。


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Training Manual


C. 基本步骤（续）

• 第一步: 求解分析的显式部分

• 当执行分析的显式部分时, 除了采用前面章节所给的建议外，在

进行回弹研究时还应考虑其它几方面。

– 可以使用SHELL163和SOLID164单元来模拟成形过程中考虑回弹效

应的板料。

– 确保用于模拟板料的壳单元的厚度是真实的.– 为了加速整个模拟时间增加冲头的速度。

– 在进行隐式求解之前验证显式分析的结果。

– 在显式求解完成之后利用时间历程后处理器来确保没有不期望的动态效果（如振动）留在板料中。

– 在退出显式分析之前，将数据库存为Jobname1.db


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Training Manual

Utility Menu: File -> Save as Jobname.DB



• 第二步:更改Jobname来进行隐式求解

• 把当前的jobname更改的 jobname2，并保存数据库 (Jobname2.DB)。

• 如果没有进行此操作,显式结果(Jobname1.rst)在隐式求解后将被

覆盖。

Utility Menu: File -> Change Jobname....


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• 第三步:转换单元类型

• 在 ANSYS中, 存在着相对应的显示和隐式单元类型. 当进行序列求解时, 为了得到后的结果，所有被分析的单元必须转换成与它们相对应的单元. 相对应的显式－隐式对为:

• 显式隐式– LINK160 LINK8– BEAM161 BEAM4– SHELL163 SHELL181– SOLID164 SOLID185– COMBI165 COMBIN14– MASS166 MASS21– LINK167 LINK10

• 通过执行ETCHG,ETI 命令所有的显式单元被自动的转换为隐式单元– Preprocessor: Element Type -> Switch Elem Type


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• 在单元转换期间, 可能需要改变某些单元属性 (如KEYOPTS)来进

行相应的隐式求解。

• 一般来讲, 单元厚度等实常数 (SHELL181) 不需要重新定义 – 实际上它们将由显式结果读入 (参见 Step 8)。但是，实常数本身将

置为零。

• 在隐式分析阶段，只能激活线弹性材料特性，因此在显式分析部分板料使用的塑性材料特性必须被删除。

– Preprocessor: Material Props -> Material Models -> Edit -> Delete


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• 第四步:关闭单元的形状检查

• 在显式求解期间, 成形过程中板料单元可能承受着极大的变形，

因为单点积分显式单元比隐式单元更适于大变形，为了得到结果应该关闭单元的形状检查功能。

• 使用 SHPP,OFF 命令关闭单元的形状检查Preprocessor: Checking Controls -> Shape Checking


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• 第五步:更新隐式单元的几何形状

• 隐式回弹分析的起点是显式求解的后变形形状.

• 为了将显式分析所得的板料的变形形状传给隐式分析, 使用UPGEOM 命令，为了更新几何形状，在 UPGEOM 命令中必须指定显式结果文件名和相应的载荷步及子步.

– Preprocessor: Update geometry ...


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• 第六步：不选择不需要的单元

• 对于大多数成形分析, 在显式求解阶段冲

头和模具都使用了实体或刚性单元。因为在回弹分析部分不需要这些单元 (他们甚至可能导致收敛困难), 在进行隐式求

解之前，它们应该被反选掉。

• 既然在显式分析中大多数实体单元都有一个具有唯一材料号的PARTID，根据材料属性来反选单元通常是容易的。

– Utility Menu: Select -> Elements -> By Attributes


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• 第七步:重新定义边界条件

• 在显式分析阶段，板料上不需要约束.

• 而对于隐式求解，在所有的方向都需要约束来防止刚体位移。额外的约束需要施加到六个自由度的壳体单元来执行隐式回弹求解。

• 通常情况下，在分析的隐式部分，模型的每个组件应该有二到三个节点被完全限制。

• 对称条件对模型的稳定很有帮助。


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• 第八步: 输入应力

• 使用RIMPORT 命令将显式结果中的真实应力和壳厚度（对于5节点的壳或实体）输入到更新后的几何模型中(Step 5) 。（其它壳体输入等效的力和

力矩，而不是直接输入应力信息）

• 注意变形后积分点的厚度在输入之前被平均，并覆盖由实常数所定义的厚度。

• 与 UPGEOM 命令一样, RIMPORT 命令需要指定显式结果文件名、载荷

步及子步。

Solution: -Loads-Apply-> -Structural-Other -> Import Stress...


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Training Manual

• 第九步: 进行隐式求解

• 在进行隐式回弹求解之前，应该打开几何非线性开关，因为在隐式求解的开始板料一般都有较大的几何变形。

• 确保求解控制被设置为大位移分析。

Solution: -Analysis Type -> Sol’n Control->Analysis Options



• 一旦打开了几何非线性，也就做好了进行显式→隐式顺序求解的准备。Solution: -SOLVE- -> Current LS


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Training Manual


D.显式→隐式顺序求解练习

• 这个练习包括下面的内容:

• 练习4-2. 回弹分析

隐式－显式顺序求解

第4-3章


9-39

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Training Manual


本章目标

• 这一章式关于隐式—显式（ITE）顺序求解，讨论它们的应用和必要的处理过

程。

• 主题

A. 概述

B. 应用

C. 必要的处理过程

D. 练习


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A：概述

• 正如前面所讲的，显式方法在处理非常短时间内的瞬态动力学问题时是理想的，但是，在处理静态问题时就没有隐式求解方法那么有效。因此，在模拟静态预载后的瞬态事件时，我们结合这两种方法的优点执行隐式—显式顺序求解。

• ANSYS隐式方法用来求解静载荷问题，可以定义热和结构预载。从本质上说，隐式求解的变形被写入ASCII的drelax文件中。接着ANSYS/LS-DYNA 读入这些变形，并且对描述的几何模型进行应力初始化。也就是说， LS-DYNA将原始的结构变为drelax 文件所定义的变形形状。它在这个“动力松弛”的后阶段施加很大的阻尼来消除动能。因此LS-DYNA 与其说是输入隐式求解的应力不如说是重新生成它们（基于后的静态构形）。


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Training Manual

• 由于路径相关的数据不是直接从静态分析输入到LS－DYNA中，隐式求解只

能包括线弹性和小应变的情况。这不是很大的限制，由于大多数预载都属于此类。

• 对指定几何模型的应力初始化(EDDRELAX, ANSYS)并不是真正的动力松弛分析。他们都用阻尼将动能减小为零并在完成分析后将时间重置为零（即在瞬态过程开始前使用虚拟时间），但是前者基于包含在动力松弛文件（drelax)中的平动和转动位移已经知道终的变形会是何种情形。

• 真正的动力松弛分析 (EDDRELAX, DYNA) 当增加阻尼时定期地检查系统的动能。可以使用几个未用于指定几何模型的应力初始化的收敛性判断特征。


...概述


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Training Manual


... 概述

• 由于ANSYS隐式方法比LS-DYNA方法更适于静态分析，并且由于本章

只关心隐式－显式顺序求解，对预载荷的讨论集中在指定几何模型的应

力初始化的执行上。因此，更多的关于真正动力松驰分析的内容，请参考ANSYS-DYNA用户指南第四章动力学松弛部分。

• 一旦在LS-DYNA中建立了预载（如初始应力状态），程序就准备执行瞬态分析。产生预应力的温度和结构载荷也应该在TIME=0时施加，否

则在它在搜索新的平衡状态时结构将会变得不稳定。

• 在TIME=0以后，载荷可以改变。然而，如果用了预加热载荷，在瞬态

动力分析中温度必须保持恒定。目前的这个限制并不是很苛刻的，因为极快的热量变化并不多见。


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... 概述

• 热隐式－显式顺序求解也可以实现。来自传热分析的温度在TIME=0时施加在显式动力求解中，而不先进行结构预载分析。也就是说一直没有写drelax文件，因为并没有由隐式分析来求解由于热膨胀而引起的节点

位移。

• 这种类型的分析可能导致一个不真实的热冲击行为。达到平衡以前，结构将会发生很大的震动，并经历很大的塑性应变。然而如果通过设置ALPX=0将这种热膨胀忽略，这种类型的分析将是非常有用的。例如一个单一材料的模型(如 BISO) 可以用来描述温度相关的弹性模量，而代替使用多重材料定义…

• 后面的章节将集中在采用预载的隐式—显式顺序求解 (即利用drelax文件进行求解)


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Training Manual


B. 应用

。不像显式－隐式顺序求解局限于金属的成形过程，隐式－显式顺序求

解可以用在一个部件的预应力状态会影响它的动力学响应的更为广阔的工程应用领域。

• 很多用ANSYS/LS-DYNA 模拟的结构存在预应力。如果你不能确定

预应力是否会影响系统的动力响应，好采用隐式－显式顺序求解。

• 下面的几个幻灯片说明运用隐式－显式顺序求解的一些领域。


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Training Manual


..应用

旋转机械:

• 涡轮:– 叶片断裂

– 圆盘的破裂

– 外部物体的破环

– 装配载荷

– 轴承载荷

– 热载荷

• 轮子

• 轮胎


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Training Manual


... 应用

压力容器:

• 初始环向应力和热载荷

螺栓连接

• 计算有预载的法兰动力响应


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... 应用

有加工预应力的部件

• 击伤的高尔夫球

• 由不同材料组成的复合材料，

比如高级的棒球杆


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C. 必要的过程

• 进行隐式－显式顺序求解的过程可以概括为以下几步：

1. 求解分析的隐式部分，从而得到预载

2. 改变现在的文件名进行显式求解部分

3. 将隐式单元改为相应的显式单元

4. 更新单元的关键选项，实常数，材料属性等

5. 去除施加在隐式分析上的多余约束

6. 将隐式求解中得到的节点位移写入drelax 文件

7. 通过drelax 文件，为显式求解进行几何模型的初始化

8. 为显式求解施加附加的载荷

9. 求解该分析的显式部分

.下面将详细讨论上面的每一步


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Training Manual


...必要的过程

第一步: 求解分析的隐式部分(预加载荷) :

有几个关于预载分析的要求和建议:– 为隐式求解定义特定的文件名 (如, Jobname1).– 隐式求解的单元应该和显式求解的单元相匹配，这些单元包括LINK8,

BEAM4, SHELL181, SOLID185, COMBIN14, MASS21, and LINK10。也

可用其他一些单元，但是用这些单元容易实现从隐式到显式的转变。

– 隐式单元组中没有列出与PLANE162相匹配的单元，因为这个显式动力学单元还不支持drelax 文件，而只有采用这个文件才能执行预加载几何模型的应力初始化。

– 如果在隐式求解中运用了非匹配单元，它们必须与被转变的显式单元具有相同的节点数，因此，具有中间节点的单元不能用在这里。


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Training Manual


...必要的过程

第一步:求解分析的隐式部分(预载) (继续):

– 在隐式求解中要定义全部的节点和单元—包括那些只在显式求解中使用的单元。应该约束这些额外的单元(比如在鸟撞分析中的鸟或者在跌落分析中的刚性地面)的所有自由度，从而使的它们在隐式求解中刚体位移得到

完全约束。

– 隐式分析应该处理路径无关的线弹性材料，因为初始应力状态不是直接输入到LS-DYNA。而是在 drelax 文件中的位移被用来产生预载，这更进一

步地表明在隐式求解中只允许发生小应变。

– 在进行隐式求解以后，保存数据到工作文件(如Jobname1.db )，并且核

实预载结果。


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... 必要的过程

第二步: 改变目前的工作文件名 :

• 为了防止显式求解的结果覆盖隐式求解的结果:

Utility Menu > File > Change Jobname > Jobname2 …

第三步：转换隐式单元到显式单元 :

• 如果只用了相应的隐式单元组,可以用ETCHG,ITE命令将隐式单元转换到与它们相对应的显式单元

• Preprocessor > Element Type > Switch Elem Type … > Implic to Explic

Implicit LINK8 => Explicit LINK160Implicit BEAM4 => Explicit BEAM161Implicit SHELL181 => Explicit SHELL163Implicit SOLID185 => Explicit SOLID164Implicit COMBIN14 => Explicit COMBI165Implicit MASS21 => Explicit MASS166Implicit LINK10 => Explicit LINK167


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... 必要的过程

第三步:将单元从隐式转换到显式(续):

• 如果使用了非对应的单元，使用ETCHG, ITE 命令不能自动地将它们转变，而是用EMODIF命令手动将它们转变。

Preprocessor > Move/Modify > -Elements- Modify Attrib >

Select elements to be modified > Elem Type – TYPE (STLOC field) >

TYPE 参考号与显式单元关联

• LINK160, BEAM161, and LINK167 单元都需要第三个节点（方向点）, 所以如果相应的隐式单元只定义了端点，那么必须增加第三个节点。在手动地定义了方向(N 命令)点后, 用 EMODIF 命令完成由ETCHG, ITE命令开始的定义：

Preprocessor > Move/Modify > -Elements- Modify Nodes >

Select elements to be modified > STLOC = 3 > I1 = 3rd node


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... 必要的过程

第四步：更新单元的关键选项，实常数和材料属性等:

• 当单元类型由隐式转变到显式的时候只保留单元的属性号（ MAT, TYPE, and REAL），而这些属性对应的值设置为缺省值。在用KEYOPT, R, and MP 命令重新设置这些值时要保持一致，例如，对 SOLID164设置 KEYOPT(1)=0 来匹配 SOLID185 的KEYOPT(2)=1。

• 添加塑性材料 (TB 命令) 或者其他任何一种你所需要的非线性材料。先前的隐式的预载荷分析只允许定义线性材料，但是接下来的瞬态动力分析中不只限于线弹性领域。

• LS-DYNA 将会在大变形假设下运行, 因此，不需要其它的额外设置。


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... 必要的过程

第五步：释放多余的约束 :

• 在隐式求解的过程中，显式求解所要用的节点和单元被完全地约束了自由度， (如鸟撞实验中的鸟)。现在必须用DDELE命令释放所有这些多余的约束。

Solution > Constraints > Delete …

第六步：向drelax文件写节点位移:

• 正如前面所讨论的，初始应力状态不是直接输入到LS--DYNA中的，而是LS--DYNA通过执行对特定几何模型应力初始化来重新生成隐式预载结果。

• REXPORT 命令向LS-D DYNA ASCII drelax文件写平动和旋转位移（和温度）

Solution > Constraints > Read Disp …


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... 必要的过程

• 对于缺省值，后一个载荷步和子步的结果将被读入。

• 写入drelax文件的温度将不再被LS-DYNA使用，然而，它们必须被写入.K输入文件中，这个.K输入文件是由 ANSYS/LS-DYNA的EDWRITE或SOLVE命令自动生成的。这一章的练习题正是这一方面的例子…

• 仅仅写出drelax文件不能指导LS-DYNA对指定的模型进行应力初始化，还需要运用另外一个命令来指导程序重新生成预载…

• “获取隐式分析的结果并写入drelax文件中进行LS-DYNA显式分析”

第六步：向drelax文件写节点位移:(续):


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... 必要的过程

第七步：初始化几何模型 :

• ANSYS 的EDDRELAX命令指导LS-DYNA 读入 drelax 文件并且对指定的模型进行应力初始化

Solution > Analysis Options > Dynamic Relax … > ANSYS > OK

• LS-DYNA 使用强阻尼来减少由初始的结构变成后的隐式结果所产生的动能。这个所谓的“动力松驰”阶段很快重建预载，因为终的变形是已知的。

• ANSYS 选项等同于对指

定的几何进行应力初始化，所以 EDDRELAX 命令的其

它选项将被忽略。它们只用于 EDDRELAX, DYNA。


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... 必要的过程

第七步：初始化几何模型 :(续):

• EDDRELAX ,ANSYS命令在求解时发布LS-DYNA命令行选项m=drelax

lsdyna60 i=Jobname2.K m=drelax pr=ANE3FLDS

• 关闭动力学松弛要求，用命令 EDDRELAX, OFF :

Solution > Analysis Options > Dynamic Relax … > OFF > OK

第八步：施加附加载荷 :

• EDLOAD 和 EDVEL 命令用来给瞬态分析部分施加附加的载荷. 在对指定的模型进行应力初始化时, EDLOAD 命令PHASE 的值应该被设为零（只限于瞬态分析），尽管虚拟动力松驰被执行。


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... 必要的过程

第八步：施加附加载荷(续):

• 为了得到旋转结构的正确的初速度PHASE设置，采用EDVEL, VGEN 命令中的

节点组元不能同时包含变形体和刚性体的节点。也就是说，这两种类型的单元必须分开，因为LS—DYNA在计算初始切向速度时是基于变形体的新半径和刚

性体的旧半径。

• 瞬态分析部分的载荷曲线在时间为零时应与预载相匹配，这只是一个常识。预加载荷已经导致变形，因此他必须在瞬态分析的初始时刻施加在适当的位置以保持结构的稳定性。否则，结构将振动直到达到新的平衡。


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... 必要的过程

第八步：施加附加载荷(续):

• 在 TIME=0以后, 载荷可以改变. 然而如果使用了预热载荷, 在瞬态动力分析部分温度必须保持恒定，因为在同一个模式下，你不可以同时使用瞬态和静态的热载荷 (如 EDLOAD, , TEMP 不能和 LDREAD或 TUNIF/BFUNIF一起使用).

• 由于PLANE162 单元不支持drelax 文件，所以只有SHELL163 和 SOLID164单元可以施加预热载荷。

• 实际的温度载荷等于你所施加的温度减去参考温度(TREF). TREF 缺省为零。需要温度相关的材料(目前支持的 TB, BISO)来激活温度载荷。但是你要确信在这个分析中为这种材料定义的温度变化范围不能被超出。


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... 必要的过程

第九步，进行显式求解 :

• 所有剩下的工作就是求解:

Solution > Solve > OK

• 如果你直接从命令行调用 LS-DYNA 求解器, 不要忘了包括动力松驰文件选项

lsdyna60 i=Jobname2.K m=drelax pr=ANE3FLDS

• 在时间为零时储存的结果 TIME=0 是那些对指定的几何进行应力初始化以后的结果 (即预加载荷的重建)。确认这些结果和隐式求解后的结果是相匹配的，由不同单元算法等引起的小的区别可以忽略。如果这些结果相差较大，就需要检查你的模型。


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Training Manual


D：隐式—显式求解练习

• 这个练习包括以下问题:

• 练习4-3. 施加热/结构预载荷

跌落试验模块(DTM)

第 5-1 章


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Training Manual

跌落试验模块 (DTM)

本章目标

• 本章涵盖了ANSYS/LS-DYNA Drop Test Module (DTM)的内容。讨论了物体跌落试验，以及利用DTM去模拟它们的具体步骤。

• 主题:A. 物体跌落试验

B. 虚拟跌落试验分析

C. 跌落试验分析的运用

D. ANSYS/LS-DYNA 跌落试验模块

E. 典型的DTM处理过程

F. 跌落试验模块（DTM）习题


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Training Manual

跌落试验模块 (DTM)A. 物理跌落试验

• 物体跌落试验的研究内容是：在重力场中（1g）物体从高处跌落时，它所能

承受冲击的能力。

– 物体的初始位置可能会影响试验结果。

– 跌落的目标表面通常认为是刚性的平面。

• 在承受这种假定的载荷后，产品必须要符合设计要求的功能。这种跌落产生的原因可能是物体的标准使用所致，也可能是意外事件（比如说是对物体的错误操作）。

• 通常在产品最终设计的原型上进行物体跌落试验，因为产品以及进行跌落试验所需的测试设备的成本是相当高的。


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Training Manual

跌落试验模块 (DTM)B. 虚拟跌落试验分析

• FEA 软件可以用来进行虚拟的跌落试验分析，这样既省时又省钱。此类计算

机模拟仍然必须与实际的物体跌落试验相结合，从而验证材料属性、许用应力、载荷工况、边界条件等的准确性。

• 进行虚拟的跌落试验模拟有许多好处：

– 跌落试验可以在产品设计的早期阶段进行，这样就可以消除因为开发不适当产品或在设计的最后阶段修改较差设计而发生的费用。

– 在虚拟世界中，跌落试验的不同初始方位和跌落高度都可以很方便的确定。而在在现实世界中，这往往会受到经济上的限制。

– 分析完早期设计，在进行新的设计之前，可以评估建议的设计修改方案。这样节省了制造那些注定失败的原型的时间和资金。


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跌落试验模块 (DTM)C. 跌落试验分析的运用

• 许多类型的产品都需要进行跌落试验。在充满竞争的市场中，易碎的设计是不可能获得成功的。根据当前的法律规定，即使产品在实际使用中发生了意外跌落，也应该在设计中保证其至多是无害的失效。

• 需要进行跌落测试检验的产品包括：

– 工具：锤子、钳子、螺丝刀、锯、钻等。

– 电子产品：电话、便携电脑、电视、CD播放机等。

– 家用电器：冰箱、洗衣机、干衣机、微波炉等。

– 工业容器：有毒的化学品储罐等。

– 消费品储存容器：牛奶包装盒、罐头产品、清洁剂等。


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跌落试验模块 (DTM)D. ANSYS/LS-DYNA 跌落试验模块

• ANSYS/LS-DYNA 跌落试验模块 (DTM) 是一个ANSYS/LS-DYNA的可选附

加功能。它能够大大简化与进行跌落试验模拟相关的工作。

– 方便地定位跌落物体

– 迅速地建立重力场

– 自动构造和约束刚性目标表面

– 直接输入物体跌落高度

– 方便地计算冲击速度

• DTM 的设计目标是允许没有经验的用户快速地建立复杂的跌落试验模拟，

求解该模型并观察结果。

• DTM在本质上讲是一个高效的图形用户界面，它通过必要的步骤来指导你进行跌落试验模拟。 ANSYS 的用户界面设计语言 (UIDL) 和工具命令语言及工具箱 (Tcl/Tk) 在该GUI程序中都得到了运用。


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跌落试验模块 (DTM)... ANSYS/LS-DYNA 跌落试验模块

• 作为一个附加的产品，DTM的运行需要一个单独的授权，但是环境变量ANSYS60_PRODUCT仍然保持不变。例如，如果你拥有ANSYS/Multiphysics/LS-DYNA，那么输入：

ansys60 –p ANE3FLDS –dtm –g

• 参数 “-dtm”将通知程序去寻找一个DTM的许可授权，并在找到后启动该模块。DTM 在ANSYS 6.0的 CD上，它将和ANSYS/LS-DYNA程序一起自动安装

，因此你所需要的只是能够使它运行的附加授权。

• 在此，只讨论典型的DTM操作程序，有关的详细细节，请参考ANSYS/LS-DYNA User’s Guide第16章的内容，这可以通过在线帮助得到。


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跌落试验模块 (DTM)E. 典型的DTM过程

• 在一个典型的DTM问题中包含以下步骤：

1. 导入或创建模型

2. 进入DTM并初始化模型

3. 完成Basic标签的信息

4. 完成 Velocity标签的信息

5. 完成 Target标签的信息

6. 检查Status标签并运行Solution7. 对计算结果进行后处理

• DTM 被设计为在一个连续的操作过程中使用。如果你中途离开DTM又重新

进入，一些变量将被重新初始化，你过去的设置将被删除。因此，当进入DTM时，应该总是以原始数据库为出发点。这不是一个很大的限制，因为DTM的用法很简单，你可以迅速地重新输入先前的跌落试验设置。


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跌落试验模块 (DTM)... 典型的DTM过程

第 1步:导入或创建模型 :• 你必须首先创建或导入要进行跌落试验的物体的模型。该模型可以从CAD中导

入或者用在本课程中先前描述的方法创建（比如要避免四面体，小单元，尖角等问题）

• 在进入ANSYS主菜单的跌落试验部分之前必须完整定义物体。所有的单元和材料属性，包括阻尼，都需要被指定。而且，在进入DTM之前，一定要保存模

型。

• 模型中应该只包括与 LS-DYNA (ELEM160-167)协调的单元。这些单元在ANSYS/LS-DYNA User’s Guide中都有讨论。而且一些隐式的ANSYS命令（比如SF,F,IC等）都不能包括在数据库中。一个从已存在的数据库中删除这些命令的方法是编辑ASCII 码格式的.CDB 文件。 (CDWRITE/CDREAD).


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第2步: 进入 DTM 并且初始化模型 :• 一旦模型被定义，则可以进入跌落试验模块:

ANSYS Main Menu > Drop Test > Set Up

• 在进入DTM之前要注意

保存你所做的模型，以防止你进行另一个跌落

试验分析时丢失数据。


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第3步: 完成 Basic 标签的信息:• 现在填写Basic 标签要求的数据：

1. 选择预定义的重力值（或输入要求的值）

2. 输入跌落高度和用来度量此高度的参考点（即物体的最低点或模型的重心）

3. 确定要做跌落试验的物体方向（动态旋转或通过两节点的向量）

4. 指定分析开始时刻和碰撞后运行时间

5. 指定写入结果文件的输出频率

• 记住要用统一单位！混合单位是DTM中最常见的一种错

误。

• 要利用初始的角速度，你必须选择 “Start analysis at drop time” = slower run time…

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• 对于 “Set Orientation,”你有两种选择 : “Rotate” 或 “Pick Nodes”

• 对于 Rotate, 将会出现 Pan-Zoom-Rotate GUI box. 这是唯一的激活菜单，运用Dynamic Viewing或其他按钮定位模型后，你必须在运行DTM之前关闭Pan-Zoom-Rotate对话框。注意+Y 的屏幕坐标将是自由落体的反方向。我们不会用到物体坐标。

• 对于 Pick Nodes，图形用户界面将会提示你定义屏幕坐标系的+Y方向的矢量，先定义矢

量的尾部，然后定义其首部（该方向与自由落体的方向相反）。缺省条件下，向量的首部指向物体的重心（CG）。

• 期望的跌落方向确定了模型中最低点的位置。

物体坐标系

屏幕坐标系


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第4步: 完成Velocity标签的信息:• 初始的平移速度可以在屏幕或物体坐标系中确定。如果在跌落开始时进行分析

，指定的速度就被直接调用。如果分析在接近碰撞时开始，DTM将把这些速度

分量加入到那些由跌落高度和加速度求得的分量中。

• 初始的角速度可以在任何一种坐标系中指定，但是要激活它，分析必须在跌落时开始。

• 而且，只有带旋转自由度的单元才可以用该特性。如果该特性在模型中不存在，它将变灰。

• 指定一个角速度会显著增加CPU时间…


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第 5 步: 完成 Target标签的信息 :• 接下来，通过Target标签创建刚性目标面。你可以选择物体的最低点或物体的

重心来作为其中心。你也可以缩放SOLID164 刚体的长度和厚度（很少要求这

样）。

• 你也可以指定在接触计算中目标表面的角度和材料的属性。而且你可以选择ASSC 或 AG 接触，指定静态或动态的摩擦系数。


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第 6 步: 检查Status标签并运行 Solution :• 现在点击Status 标签，回顾一下信息总结，以确信你的所有输入数据都正确。

其中termination time 是碰撞前后时间的总和。如果你选择了 “start analysis near impact time”，分析所需的CPU时间将比从跌落点开始进行大大减少。

• 确信该标签上显示了如下信息: “Successful Set-Up. Ready to drop.”

• 当你确信所有设置正确后，点击OK按钮。

• 此时，Drop Test 菜单将激活Solve命令，如下图所示

。


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• 在点击Solve选项之前，你最好能再次保存一下你的数据库。事实上，你可以用ftp把你的数据传到另外一台机器上，并在它上面运行。你也可以在不影响你的DTM的情况下，对数据进行微小的改动。例如，你可以增加终止时间，添加质量缩放比例等。

• 如果你需要利用DTM中的选项来改变设置的话，利用原始的数据，按前面所说

的方法进行即可。

• 在你选择了Solve选项后，DTM将把头文件写

入到结果文件中，生成名为.K的输入文件，并把它提交给LS-DYNA 求解器。


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第7步: 结果的后处理:• 在求解完成之后，DTM将激活跌落试验菜单中的后处理选项。你既可以运用那

些简洁的工具，也可以用标准的POST1 和 POST26方法。

• 最低的节点和最接近CG的节点的数据被保存在.HIS文件中。


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跌落试验模块 (DTM)F. 跌落试验模块 (DTM) 习题

• 这个练习包括以下问题:• 习题5-1. 跌落试验分析

总结

第5-2章


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结论

本章目标

• 这一章复习一下本次课程中的基本概念

• 主题

A. 隐式—显式比较

B. 建模指导

C. 材料指导

D. 加载指导

E. 接触指导

F. 常规指导

G. 统一的单位制


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Training Manual

• 显式程序的计算工作

– 模型尺寸

– 关键的时间步

• 单元边长

• 波速:– 杨氏模量

– 密度

– 终止时间

结论

A.隐式—显式比较

• 隐式程序的计算工作

– 模型尺寸

– 非线性程度

– 时间步的数目


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Training Manual

结论

...隐式—显式比较

估计 ANSYS/LS-DYNA 计算时间:

minlElemCPU

ctNkT ∗∗∗=

withTCPU = 总共占用的CPU 秒k = 系统因子 e.g., 0.000033 CPU-秒/单元

Nelem = 单元数

t = 模拟时间 e.g., 160 ms 终止时间

c = 波速 e.g., 5500 mm/ms 在钢中

lmin = 最小的单元边长 e.g., 9 mm

取决于材料的性质，单元类型，接触类型等


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Training Manual

• 使用隐式求解所需要的工作:

– 寻找求解的收敛标准

– 求解

– 如果计算不收敛，重做第

一步工作，直到收敛

结论

...隐式—显式比较

• 显式求解所需要的工作:– 调整模型以增加时间步长:

• 避免小单元

• 使用刚性体

• 使用质量缩放

• 使用更快的速度载荷

– 在金属成形的模拟中，冲头的速度可以提高很多而不降低精度。

– 检查结果以确定动能，内能和沙漏变形能

– 如果可应用，在静态求解应使用动态松弛或者大阻尼


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结论

B. 建模指导

• 尽可能地避免小单元，那会显著减小时间步长。如果需要小的单元，可以使用质量缩放来增加临界时间步。

• 如果可能的话，不要使用三角形、四面体、棱柱形单元。尽管也支持这些

单元，但是不推荐使用。用立方体单元可以得到更好的结果。

• 如果全部的沙漏能量超过内（应变）能的5% ，使用其它附加形式的沙漏控制模型。这种能量可以在GLSTAT 和 MATSUM 文件中监控。

• 另外，全积分单元可以用来处理沙漏问题。然而，这些单元在处理大变形或者弯曲问题时得到的结果精度较差。

• 在任何变形结果不重要的地方使用刚性体，它可以很有效的节约CPU时间


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结论

C. 材料指导

• 在定义材料属性的时候，确信你使用的是统一的单位。不正确的材料属

性不仅影响材料本身的响应，而且会影响模型的接触刚度。

• 确信在一个模型中使用的材料数据是准确的。大多非线性的动力学问题的计算精度和输入的材料属性数据的质量有直接的关系。需要花费特别的时间和精力来得到准确的材料数据。

• 对于一个给定的问题选择最好的材料模型。如果不能确定一个部件的物理响应是否应该包括特定的属性（例如应变速率效应），最好使用包括所有可能特性的材料模型。


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plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

/LS

-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

结论

D. 加载指导

• 避免单点载荷，它们会激起沙漏模式。一个被激励的单元传递这一模式至其相邻单元，载荷将被传播开来。

• 列表或者画图显示载荷曲线，确认它们的准确性。

• 由于LS-DYNA 可能“超过”求解时间几微秒才结束，载荷时间定义要超过最终求解（中止）时间。

• 对于 ‘准静态’ 问题，用高于实际情况的速度来计算可大量节约CPU时间。

• 在一个刚体节点上的约束是不允许的。刚体的质量中心用EDMP，RIGID命令

来施加约束。


13-27

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

NS

YS

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-DY

NA

6.0

Ex

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it Dyn

am

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ith A

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ith A

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ics w

ith A

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YS

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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

结论

E. 接触指导

• 两个接触表面间的初始穿透是不允许的。确信模型在定义的接触处没有任何面的相互重叠。

• 只准使用真实的材料属性和壳的厚度值。材料属性和几何接触面用来决定接触的罚刚度。

• 在相同的部件之间不要定义重复的接触对。

• 对壳单元使用自动的接触设置，除非要求知道接触力。

• 尽可能使用自动一般接触。它是最容易定义的接触类型，可以处理大部分接触情况，并且无需大量的CPU时间。

• 在求解以前列出所定义的接触面，确认接触正确定义。


13-28

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

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6.0

Ex

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am

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ith A

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ith A

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am

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ith A

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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

结论

F. 常规指导

• 在大多数分析中使用质量缩放来增加临界时间步长，节约求解时间。检查LS-DYNA 输出窗口以确认质量增加的百分比是很小的。

• 总是输出所有的能量数据。确认沙漏、阻尼和接触界面能量都考虑在内，这些数据可以用来监控求解精度和调试出现的问题。

• 用 LS-DYNA 控制开关监控求解过程。周期性地使用判断开关sw2来检查求解的进度。如果模型出现发散，用SW1结束求解。

• 学会使用 LS-POST (使用 EDOPT 命令来得到 d3plot 和d3thdt文件)。 LS-POST 没有限制，但是不提供支持。

• 对材料属性、长度和时间使用统一的单位，如果单位有错误，那么模型将会出现典型的发散。


13-29

Ex

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am

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ith A

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YS

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Ex

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ith A

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ith A

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NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

Mass Length Time Force Stress Energy ρ(steel) E(steel)kg m s N Pa Joule 7.83e+03 2.07e+11kg cm s 1e-02N 7.83e-03 2.07e+09kg cm ms 1e+04N 7.83e-03 2.07e+03kg cm ms 1e+10N 7.83e-03 2.07e-03kg mm ms kN Gpa kN-mm 7.83e-06 2.07e+02gm cm s dyne dyne/cm2 erg 7.83e+00 2.07e+12gm cm ms 1e+07N Mbar 1e7Ncm 7.83e+00 2.07e+00gm mm s 1e-06N 7.83e-03 2.07e+11gm mm ms N N-mm 7.83e-03 2.07e-06ton mm s N Mpa N-mm 7.83e-09 2.07e+05lbf-s2/in in s lbf psi lbf-in 7.33e-04 3.00e+07slug ft s lbf psf lbf-ft 1.52e+01 4.32e+09

* 1 slug = 14.594 kg; 1 ft = 0.3048 m = 12*2.54 cm; 1 N = 105dyne = 1 lbf/4.4482;1 Mbar = 1012 dynes/cm2; 1 bar = 14.7 psi = 1.0 atm = 105 Pa;1 kg/m3 = 10-3 gm/cm3 = 0.9112 slug/ft3

概述

G. 统一单位表


13-30

Ex

plic

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am

ics w

ith A

NS

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Ex

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ith A

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ith A

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ith A

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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual

高度非线性瞬态动力学问题显式法LS-DYNA

♦ 三维快速高度非线性显式有限元分析程序

♦ 以三维结构为主的多物理场耦合分析：

结构，流体，热

♦ 先进丰富的数值处理技术

材料模式接触方式

ALE算法并行处理

网格畸变处理


13-31

Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

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6.0

Ex

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ith A

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NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual丰富的材料类型

• 种类：126种

• 模式：

– 弹性材料、弹塑性材料、

– 复合材料、蜂窝材料、丝织物

– 胶类物、生物肌体

– 炸药（燃爆性）、推进剂、

– 混凝土、土壤、地质、

– 超弹性、橡胶、泡沫

– 玻璃、粘性流体

– 刚体

• 自定义材料（用户子程序）

玻壳研磨

混凝土穿透


13-32

Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

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6.0

Ex

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ith A

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ith A

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am

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ith A

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NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training Manual接触方式

• 四十余种接触类型

– 变形体-变形体

– 变形体-刚体

– 离散点-变形体

– 变形结构固连和失效

– 侵蚀接触

– 单面

– 一维滑动线(钢筋混凝土)等

• 用户子程序


13-33

Ex

plic

it Dyn

am

ics w

ith A

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NA

6.0

Ex

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am

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ith A

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ith A

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NA

6.0

DY

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6.0

DY

NA

6.0

Training Manual侵蚀接触（穿甲分析）


13-34

Ex

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it Dyn

am

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ith A

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6.0

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ith A

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NA

6.0

DY

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6.0

DY

NA

6.0

Training Manual网格畸变处理技术

• Lagrange自适应网格（Adaptive）– 局部单元细化

– 细化单元与相邻原有单元

依靠耦合方程强制协调

• Lagrange网格重划分（Re-mesh ）– 时间步长与变形程度相关

– 单元数目增加

– 计算时间一般较长

• ALE（Re-map)

– 时间步长与变形程度相关

– 单元数目不变

– 积分步包括Lagrange 和 Euler步，在Euler步自动优化网格


13-35

Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

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6.0

Ex

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ith A

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ith A

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ith A

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-- - DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

DY

NA

6.0

Training ManualEuler处理

• 处理极度变形（网格与物质坐标分离，网格不动，物质在网格中流动）

– 物质边界不易跟踪

– DYAN的插值技术使之成为可能


13-36

Ex

plic

it Dyn

am

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ith A

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6.0

Ex

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am

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ith A

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ith A

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6.0

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6.0

DY

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6.0

Training Manual流体-结构耦合

– 层流与紊流

– 有粘与无粘

– 单物质流

– 多物质流

– 流体/结构/热耦合

• 浇铸，水下爆炸

• 气泡分析，液体晃动

• 射流分析，冲击气流

• 鸟撞问题

• 声学模拟

头罩分离


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Ex

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6.0

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6.0

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6.0

Training Manual

跌落试验模块( Drop Test Module )

• 只需建立模型，指定初速度、高度、跌落方向等参数

• 自动建立地面单元（刚体）

•日用消费品

•电子产品

•罐装产品

•集装箱


13-38

Ex

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6.0

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NA

6.0

DY

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6.0

Training Manual

薄板成型模块（DYANFORM）

• 具备完整的工艺概念

– 影响冲压工艺的因素共有60余个

– DYNAFORM囊括了所有有限元能够模拟的因素

• 工艺化的分析过程

– 以冲压工艺为线索对板成形过程进行定义

– 工程语言表达分析对象及工程

• 凸/凹模

• 拉延筋

• 切边回弹

• 成形极限图（FLD)

• ……


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Ex

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6.0

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6.0

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6.0

Training Manual隐式与显式优势互补

• 隐式求解

– 慢速动态问题

• 显式求解

– 高速非线性动力问题

• 显式-隐式-显式

特点：ANSYS可在隐式和显式分析技术之间任意切换

优势：二者互补，如冲压件的预应力、加工过程、回弹分析


13-40

Ex

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ith A

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6.0

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6.0

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6.0

Training Manual

总结

练习

• 这个练习包括以下问题:• 练习5-2. 金属成型分析

ansys/ls-dyna - oss.jishulink.comoss.jishulink.com/caenet/forums/upload/2014/09/15/113/... ·...

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