LSDYNA使用指南中文版本.docx
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LSDYNA使用指南中文版本
LSDYNA使用指南中文
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第一章引言
ANSYS/LS-DYNA将显式有限元程序LS-DYNA和ANSYS程序强大的前后处理结合起来。
用LS-DYNA的显式算法能快速求解瞬时大变形动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题。
使用本程序，可以用ANSYS建立模型，用LS-DYNA做显式求解，然后用标准的ANSYS后处理来观看结果。
也可以在ANSYS和ANSYS-LS-DYNA之间传递几何信息和结果信息以执行连续的隐式一显式/显式一隐式分析，如坠落实验、回弹、及其它需要此类分析的应用。
显式动态分析求解步骤概述
显式动态分析求解过程与ANSYS程序中其他分析过程类似，主要由三个步骤组成：
1：
建立模型（用PREP7前处理器）
2：
加载并求解（用SOLUTION处理器）
3：
査看结果（用POST1和POST26后处理器）
本手册主要讲述了ANSYS/LS-DYNA显式动态分析过程的独特过程和概念。
没有详细论述上面的三个步骤。
如果熟悉ANSYS程序，已经知道怎样执行这些步骤，那么本手册将提供执行显式动态分析所需的其他信息。
如果从未用过ANSYS,就需通过以下两本手册了解基本的分析求解过程：
•ANSYSBasicAnalysisGuide
•ANSYSModelingandMeshingGuide
使用ANSYS/LS-DYNA时，我们建议用户使用程序提供的缺省设置。
多数情况下，这些设置适合于所要求解的问题。
显式动态分析采用的命令
在显式动态分析中，可以使用与其它ANSYS分析相同的命令来建立模型、执行求解。
同样，也可以采用ANSYS图形用户界面（GUI）中类似的选项来建模和求解。
然而，在显式动态分析中有一些独特的命令，如下：
EDADAPT:
激活自适应网格
EDASMP:
创建部件集合
EDBOUND:
左义一个滑移或循环对称界面
EDBVIS:
指定体积粘性系数
EDBX:
创建接触定义中使用的箱形体
EDCADAPT:
指定自适应网格控制
EDCGEN:
指定接触参数
EDCLIST:
列出接触实体定义
EDCMORE:
为给定的接触指泄附加接触参数
EDCNSTR:
定义各种约束
EDCONTACT:
指定接触而控制
EDCPU:
指定CPU时间限制
EDCRB:
合并两个刚体
EDCSC:
定义是否使用子循环
EDCTS:
定义质量缩放因子
EDCURVE:
定义数据曲线
EDDAMP:
定义系统阻尼
EDDC:
删除或杀死/重激活接触实体定义
EDDRELAX:
进行有预载荷几何模型的初始化或显式分析的动力松弛
EDDUMP:
指泄重启动文件的输出频率（d3dump）
EDENERGY:
定义能耗控制
EDFPLOT:
指定载荷标记绘图
EDHGLS:
定义沙漏系数
EDHIST:
泄义时间历程输岀
EDHTIME:
泄义时间历程输出间隔
EDINT:
定义输出积分点的数目
EDIS:
定义完全重启动分析的应力初始化
EDIPART:
定义刚体惯性
EDLCS:
泄义局部坐标系
EDLOAD:
定义载荷
EDMP:
定义材料特性
EDNB:
定义无反射边界
EDNDTSD:
淸除噪声数据提供数据的图形化表示
EDNROT:
应用旋转坐标节点约束
EDOPT:
泄义输出类型，ANSYS或LS-DYNA
EDOUT:
泄义LS-DYNAASCII输出文件
EDPART:
创建，更新，列出部件
EDPC:
选择、显示接触实体
EDPL:
绘制时间载荷曲线
EDPVEL:
在部件或部件集合上施加初始速度
EDRC:
指泄刚体/变形体转换开关控制
EDRD:
刚体和变形体之间的相互转换
EDREAD:
把LS-DYNA的ASCII输出文件读入到P0ST26的变量中
EDRI:
为变形体转换成刚体时产生的刚体左义惯性特性
EDRST:
泄义输出RST文件的时间间隔
EDSHELL:
泄义壳单元的计算控制
EDSOLV:
把“显式动态分析”作为下一个状态主题
EDSP:
定义接触实体的小穿透检查
EDSTART:
定义分析状态（新分析或是重启动分析）
EDTERM:
定义中断标准
EDTP:
按照时间步长大小绘制单元
EDVEL:
给节点或节点组元施加初始速度
EDWELD:
定义无质量焊点或一般焊点
EDWRITE:
将显式动态输入写成LS-DYNA输入文件
PARTSEL:
选择部件集合
RIMPORT:
把一个显式分析得到的初始应力输入到ANSYS
REXPORT:
把一个隐式分析得到的位移输岀到ANSYS/LS-DYNA
UPGEOM:
相加以前分析得到的位移，更新几何模型为变形构型
关于ANSYS命令按字母顺序排列的详细资料（包括每条命令的特左路径），请参阅《ANSYSCommandsReference》。
本手册使用指南
本手册包含过程和参考信息，可从前到后选择性阅读。
然而，选择与规划和进行显式动态分析求解过程相对应的顺序阅读更有帮助。
在建模之前，必须确左最能代表物理系统的单元类型和材料模型，下面几章将为你提供相关的一些基础知识：
第二章，单元
第七章，材料模型选择了合适的单元类型和材料模型后，就可以建模了。
建模的典型方而如下所示:
第三章，建模
第六章，接触表面
第八章，刚体
第四章，加载
与求解和后处理有关的特征如下：
第五章，求解特性
第十二章，后处理
有些髙级功能在一个分析中可能涉及不到，但在某些情况下可能用到，如下所示:
第九章，沙漏
第十章，质量缩放
第十一章，子循环
第十三章，重启动
第十四章，显-隐式连续求解
第十五章，隐-显式连续求解
最后，附录中还包含了有关下列主题的有关信息：
附录A,隐、显式方法的比较
附录B,材料模型样例
附录C,ANSYS/LS-DYNA和LS-DYNA命令变换
何处能找到显式动态例题
TheExplicitDynamicsTutorial描述了--个典型的显式动态分析例题。
其它信息
对于显式动态分析的详细资料，请参阅《ANSYSStructuralAnalysisGuide》中的第十四章。
对于显式动态分析单元的详细资料，请参阅《ANSYSElementReference》；至于详细的理论信息，诘参阅LivermoreSoftwareTechnologyCorporation的《LS-DY\ATheoreticalManua1》。
第二章单元
在显式动态分析中可以使用下列单元：
・LINK160杆
-BEAM161梁
・PLANE162平而
・SHELL163壳
・SOLID164实体
・COMBI165弹簧阻尼
・MASS166质量
・LINK167仅拉伸杆
本章将概括介绍各种单元特性，并列出各种单元能够使用的材料类型。
除了PLANE162之外，以上讲述的显式动态单元都是三维的，缺省时为缩减积分（注意：
对于质量单元或杆单元缩减积分不是缺省值）缩减枳分意味着单元计算过程中积分点数比精确积分所要求的积分点数少。
因此，实体单元和壳体单元的缺省算法采用单点积分。
当然，这两种单元也可以采用全积分算法。
详细信息参见第九章沙漏，也可参见《LS-DYNATheoreticalManual》。
这些单元采用线性位移函数；不能使用二次位移函数的髙阶单元。
因此，显式动态单元中不能使用附加形状函数，中节点或P-单元。
线位移函数和单积分点的显式动态单元能很好地用于大变形和材料失效等非线性问题。
值得注意的是，显单元不直接和材料性能相联系。
例如，SOLID164单元可支持20多种材料模型，其中包括弹性，塑性，橡胶，泡沫模型等。
如果没有特別指出的话（参见第六章，接触表而），所有单元所需的最少材料参数为密度，泊松比，弹性模量。
参看第七章材料模型，可以得到显式动态分析中所用材料特性的详细资料。
也可参看《ANSYSElementReference）），它对每种单元作了详细的描述，包括单元的输入输出特性。
实体单元和売单元
2.1.1S0LID164
S0LID164单元是一种8肖点实体单元。
缺省时，它应用缩减（单点）积分和粘性沙漏控制以得到较快的单元算法。
单点积分的优点是省时，并且适用于大变形的情况下。
当然，也可以用多点积分实体单元算法（KEYOPT
（1）=2）；关于S0LID164的详细描述，请参见＜ANSYSElementReference》和CLS-DYNATheoreticalManual》中的§i'j。
如果担心沙漏现象,比如泡沫材料,可采用多点积分算法，因为它无需沙漏控制；计算结果要好一些。
但要多花大约4倍的CPC时间。
楔形、锥型和四而体单元是六而体单元的退化产物（例如，一些节点是重复的）°这些形状在弯曲时经常很個硬，有些情况下还有可能产生问题。
因此，应尽量避免使用这些退化形状的单元。
对于实体单元可采用下列材料模型：
・各向同性弹性
・正交各向异性弹性
・各向异性弹性
・双线性随动强化
・塑性随动强化
•粘弹性
•Blatz-ko橡胶
•双线性各向同性
•幕律塑性
•应变率相关塑性
・复合材料破坏
•混凝上破坏
地表材料
•分段线性塑性
•Honeycomb蜂窝材料
•Mooney-Rivlin橡胶
•Barlat各向异性塑性
•弹塑性流体动力
・闭合多孔泡沫
・低密度泡沫
・粘性泡沫
・可压缩泡沫
•应变率相关幕律塑性
•Johnson-Cook塑性
・空材料
•Zeri11i-Armstrong
•Bamman
•Steinberg
・弹性流体
2.1.2SHELL163
SHELL163单元有12中不同的算法。
用KEYOPT
（1）来怎义所选的算法。
和实体单元一样，积分点的个数直接影响着CPU时间。
因此，对于一般的分析而言，建议使用缺省积分点个数。
以下将概述SHELL163单元的不同算法：
•Belytschko-Tsay（KEYOPT
（1）=0或2）—缺省
—速度快，建议在多数分析中使用
—使用单点积分
一单元过度翘曲时不要使用
•Belytschko-Wong-Chiang（KEYOPT
（1）=10）
—比Belytschko-Tsay慢25%
—使用单点积分
一对翘曲情况一把可得到正确结果
•Belytschko-Leviathan（KEYOPT⑴=8）
—比Belytschko-Tsay慢40%
—使用单点积分
一自动含有物理上的沙漏控制
-Hughes-Liu（KEYOPT
（1）=1,6,7,11）有4种不同的算法，它可以将右点偏离单元的中而。
KEYOPT
（1）=1-般型Hughes-Liu,使用单点积分，比Belytschko-Tsay慢250%“
KEYOPT
（1）=11快速Hughes-Liu,使用单点积分，比Belytschko-Tsay慢150虬
KEYOPT
（1）=6S/RHughes-Liu,有4个积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay慢20倍。
KEYOPT
（1）=7S./R快速Hughes-Liu,有4个积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay慢倍。
如果分析中沙漏带来麻烦的话，建议使用此算法。
KEYOPT
（1）=12全积分Belytschko-Tsay壳。
在平而内有四个积分点，无需沙漏控制。
通过假设的横向剪切应变可以娇正剪切锁左。
但是它比单点Belytschko-Tsay慢倍，如果分析中担心沙漏的话，建议使用此方法。
2.1.4薄膜单元算法
•Belytschko-Tsay薄膜（KEYOPT
（1）=5）
—速度快，建议在大多数薄膜分析中使用
一缩减（单点）积分
—很好地用于关心起皱的纺织品（例如，大的平而压缩应力破坏较薄的纤维单元）
-全积分Belytschko-Tsay薄膜（KEYOPT（l）二9）
一明显的比通用薄膜单元慢（KEYOPT（l）二5）
一面内有四个积分点
一无沙漏
2.1.5三角型薄壳单元算法
・C°三角型薄壳（KEYOPT
（1）=4）单元
—基于Mindlin-Reissner平板理论
一该构型相当僵硬，因此不建议用它来整体划分网格
—使用单点积分
•BCIZ三角型薄壳（KEYOPT（l）二3）单元
—基于Kirchhoff平板理论
一比C°三角型薄壳单元慢
—使用单点积分
ANSYS/LS-DYNA用户手册中有关SHELL163的描述对可用的壳单元算法作了完整的介绍。
退化的四边形单元在横向剪切时易发生锁死。
因此，应使用C0三角型薄壳单元（基于Belytschko和其合作者的工作），如果在同一种材料中把单元分类标记（EDSHELL命令的ITRST域）设宜为1（缺省值），就可混合使用四边形和三角形单元。
对于壳单元可使用以下材料模型：
・各向异性弹性
・双线性随动强化
・塑性随动强化
・Blatz-Ko橡胶
・双线性各向同性
•慕律塑性
・应变率相关塑性
・复合材料破坏
・分段线性塑性
•Mooney-Rivlin橡胶
•Barlat0向异性塑性
•3参数Barlat塑性
•横向各向异性弹塑性
・应变率相关幕律塑性
・横向各向异性FLD
•Johnson-Cook塑性
•Bamman
注意—当SHELL163单元使用Mooney-Rivlin橡胶材料模型时,LS-DYNA编码将自动使用Belytschko-Tsay算法的完全拉格朗曰修正法来代替KEY0PT
（1）指徒的算法。
程序选择的算法要求满足超弹材料的特殊需要。
图2-1积分点
所有的壳单元算法沿厚度方向都可以有任意多个积分点。
典型地，对于弹性材料沿厚度方向需要2个积分点，而对于塑性材料则需要3个或更多的积分点。
沿厚度方向的积分点个数由第二实常数来控制：
R,NEST,,R2,这里R2为积分点的个数（NIP）。
壳单元使用三维平而应力本构子程序修正应力张量，使垂直于壳单元中而的正应力分量为零。
积分点位于壳单元的质心垂线上，见图2-1。
开始时每个节点的厚度方向与单元表而都是正交的但它们随节点旋转。
计算弯矩和平面力需要厚度方向的积分点。
其应变呈线性分布，而应力分布要复杂得多，它和材料性质有关。
对于线弹性材料两个积分点就足够了，而非线性材料则需要更多的积分点，输出的应力属于最外层的积分点，而不是表而上的（尽管后处理的术语是指顶而和底而），因此在分析结果时需要注意，对于弹性材料，应力可以外推到表而上。
对于非线性材料来说，通常是选择沿厚度方向的四五个节点而忽略英不精确性（例如，忽略表面和外部积分点之间的应力差）。
髙斯积分法最外层积分点的位置由下表给出：
0
最外积分点
两点
三点
四点
五点
外农面
注意一在使用线弹性材料时，能够预先准确宦义这些积分准则，但是通常在ANSYA/LS-DYNA中无法做到，由于模拟大多涉及非线性行为。
另外，对于全积分单元来说，其输出应力是同一层内2X2积分点的应力平均值。
2.1.6PLANE162
PLANE162单元是一个二维，4肖点的实体单元，它既可以用作平面（X-Y平而）单元，也可以用作轴对称单元（Y轴对称）。
KEYOPT（3）用来指立单元的平而应力、轴对称和平面应变选项。
对于轴对称单元可以利用KEYOPT
（2）指定而积或体积加权选项。
PLANE162典型情况卜-为四节点单元。
当然也可以用三节点三角形选项，但是由于它太僵硬，所以不推荐使用它。
这个单元没有实常数。
重要的是要注意到含有PLANE162单元的模型必须仅包含这种单元。
ANSYS/LS-DYNA中不允许有二维和三维单元混合使用的有限元模型。
这种单元可用的材料模型与KEYOPT（3）的设置有关。
对KEYOPT（3）二0,1,2（平而应力、平而应变或轴对称），用户可以选择下列材料模型：
・正交各向异性弹性
•Blatz-ko橡胶
•Mooney-Rivlin橡胶
•粘弹性
•双线性各向同性
・双线性随动强化
・塑性随动强化
・幕率塑性
•应变率相关幕率塑性
•应变率相关塑性
・分段线性塑性
・复合材料破坏
•Johnson-Cook塑性
•Bamman
对平面应力选项（KEY0PT（3）二0）,可以选择下列材料：
•3参数Bar1st塑性
•Barlat各向异性塑性
・横向正交各向异性弹塑性
•横向正交异性FLD
对轴对称和平而应变选项（KEY0PT（3）二1或2）,可以选用下列材料:
・弹塑性流体动力
・闭合多孔泡沫
・低密度泡沫
・可压缩泡沫
•Honeycomb蜂窝材料
・空材料
•Zeri11i-Armstrong
•Steinberg
・弹性流体
梁单元和杆单元
2.2.1BEAM161
BEAM161有两种基本算法：
Hughes-Liu和Belytschko-Schwero因为BEAM161不产生任何应变，所以它最适合于刚体旋转。
必须用三个节点来定义单元；在每个端点处有一节点，同时需要有一定向节点。
对于这两种算法来说，可用KEY0PT（4）和KEY0PT（5）来泄义几种横截而。
通常，对于2X2高斯积分点，BEAM161具有高效和耐用性。
可用KEY0PT
（2）来立义不同积分算法。
Hughes-Liu梁单元（缺省值）是一个传统积分单元，它可以采用梁单元中间跨度的一组积分点来模拟矩形和圆形横截面。
另外，用户也可以定义一个横截而积分规则来模拟任意的横截而。
梁单元沿英长度方向能有效地产生一个不变力矩，因此，与实体单元和壳体单元一样，网格必须合理划分以保证精度。
由于积分点的位置，只在单元中心才可检验屈服，因此，由于必须在夹持单元的中心处产生全塑性力矩而不是单元外边根部，悬臂梁模型将在一个稍高的力作用下产生屈服。
Belytschko-Schwer.梁单元（KEY0PT
（1）=2,4,5）是一个显式算法，可以产生一个沿长度方向呈线性分布的力矩。
这种单元有“正确”的弹性应力并且在其末端可检验屈服。
例如：
当一个悬臂梁在端部静态加载时，可用一个单元来精确地表达弹性和塑性状态。
如同Hughes-Liu梁单元，质量堆积到节点上，因此，任动态问题中必须要细分网格，因为此时正确的质量分布是很重要的。
对于梁单元，可使用下列材料模型：
（对于某些算法有些限制）
-双线性随动强化
・塑性随动强化
•粘弹性
•幕率塑性
・分段线性塑性
2.2.2LINK160
LINK160桁架单元与Belytschko-Schwer梁单元很相似，但只能承受轴向载荷。
这种类型单元支持直杆，在两端轴向加载，材料性质均匀。
对于这种单元可使用的材料类型为各向同性弹性，塑性随动强化（率相关）和双线性动力。
2.2.3LINK167
LINK167单元是仅能拉伸的杆，可以用于模拟索。
它与弹性单元类似，由用户直接输入力与变形的关系。
本单元类型需要用EDMP命令来左义索单元选项（参看EDMP命令概述）。
离散单元
2.3.1COMBI165弹簧-阻尼单元
弹簧单元因位移产生一个力；也就杲说改变单元的长度产生力。
力沿单元轴向加载。
例如，拉力在肖点1上是沿轴的正方向，而对肖点2是沿轴的负方向。
缺省时，单元轴的方向就是从右点1到节点2。
当单元旋转时，力作用方向线也将随之而旋转。
阻尼单元可认为是弹簧单元的一种：
可模拟线性粘性和非线性粘性阻尼。
也可使用旋转（扭转）弹簧和阻尼单元，这些可通过KEYOPT
（1）来选择，英他输入部分和平移弹簧一样：
给泄的力-位移关系可认为是力矩-转角（为弧度单位）关系，力矩施加方向沿单元的轴向方向（顺时针为正）。
旋转弹簧单元只影响其肖点的旋转自由度一它们并不把节点铁接在一起。
COMBI165单元可和英它显式单元混合使用。
然而，由于它没有质量，在分析中不能只有COMBI165-种类型单元为了表达一个弹簧/质量系统，必须定义MASS166单元来加上质量。
对于同一个COMBI165单元不能同时龙义弹簧和阻尼特性。
但是，可以分别泄义使用同样节点的弹簧和阻尼单元（也就是说，可以重叠两个COMBI165单元）。
对于COMBI165单元可以使用下列材料模型：
・线弹性弹簧
・线粘性阻尼
・弹性塑料弹簧
•非线性弹性弹簧
•非线性粘性阻尼
・通用非线性弹簧
・麦克斯韦粘弹性弹簧
・无弹性拉伸或仅压缩弹簧
使用C0MBI165单元时，应该给每一零件分别指定唯一的实常数，单元类型和材料特性（分别是R,ET和TB命令）从而保证每个零件都分别定义。
2.3.2MASS166
质量单元由一个单节点和一个质量值立义（力X时间'/长度）。
质疑单元通常用于模拟一个结构的实际质量特性，而没有把大量实体单元和壳体单元包括进去。
例如，在汽车碰撞分析中，质量单元可以模拟发动机部分，主要感兴趣的不是它的变形性质。
采用质量单元将减少分析所需的单元数目，因而减少求解所需的计算时间。
用户也可用MASS166单元来左义一个石点的集中转动惯疑。
如使用这一选项，可在MASS166单元宦义中设置KEYOPT
（1）二1并且通过单元实常数输入六个惯性矩值（IXX,IXY,IX乙IYY,IYZ,IZZ）0这个选项不能输入质量值；所以，必须在同一个巧点泄义第二个质量单元来说明质虽
（KEYOPT⑴二0）。
一般单元特性
以卜.几种单元可彼定义为刚性体：
LINK160,BEAM161,PLANE162,SHELL163,S0LID164和LINK167。
在第八章，将详细讲述刚性体。
每个实体单元，壳单元和梁单元的质疑都平均分配给单元的肖点。
在壳单元和梁单元中，每个节点还将附加一个转动惯量：
只采用一个单值，它的作用就是让质量围绕节点呈球形分布。
第三章建模
显式动态分析的第一步就是创建模型，使它能够表达进行分析的物理系统。
用PREP7前处理器来建立模型。
如果通过GUI路径进行分析的话,那么事先设置参考选项（MainMenu>Preference）为“LS-DYNAExplicit"是很重要的。
这样，菜单就被完全过滤成为显式动态的输入选项。
（值得注意的是，Preference选项置为“LS-DYNAExplicit”并没有激活LS-DYNA求解。
要做到这一点，就必须定义一个显式单元类型，例如，SHELL163。
一旦设置好分析选项Preference,就可以像通常分析任何问题一样建立模型：
・定义单元类型和实常数
・定义材料模型
•定义几何模型
・划分网格
・定义接触表面
如果以前从未用过任何ANSYS产品，就应该参看一下《ANSYSBasicProcedureGuide））和
«ANSYSModelingandMeshingGuide》，以了解ANSYS建模的一般过程。
定义单元类型和实常数
在第二章中已简要地讲述了显式动态分析的单元类型，有关每种显式单元的详细描述可在《ANSYSElementReference》中找到，所以建议用户在确定使用哪种单元类型建模前仔细阅读一下有关内容。
一旦选择好能代表物理系统的单元类型，就可以用ET命令来定义单元类型（在GUI中：
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