LSDYNA使用指南中文版本.docx

1、LSDYNA使用指南中文版本LSDYNA使用指南中文版本第一章引言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

2、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：ANSYS Basic Analysis GuideANSYS Modeling and Meshing Guide使用ANSYS/LS-DYNA时，我们建议

3、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

4、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

5、: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-DYNAEDOUT :泄义LS-DYNA ASCII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

6、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RIM

7、PORT :把一个显式分析得到的初始应力输入到ANSYSREXPORT :把一个隐式分析得到的位移输岀到ANSYS/LS-DYNAUPGEOM :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ANSYS Commands Reference。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

8、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The Explicit Dynamics Tutorial描述了-个

9、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ANSYS Structural Analysis Guide中的第十四章。 对于显式动态分析单元的详细资料，请参阅ANSYS Element Reference；至于详细的理论信息， 诘参阅 Livermore Software Technology Corporation 的LS-DYA Theoretical Manua 1。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COMBI 165弹簧阻尼MASS166质量LINK167

10、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-DYNA Theoretical Manual。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

11、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ANSYS Element Reference），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. 1.1 S0LID164S0LID164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

12、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ANSYS Element Reference和CLS-DYNA Theoretical Manual中的 ij。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：

13、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-ArmstrongBammanSteinberg弹性流体2.1.2 SHELL163SHELL163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

14、，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(KEYOPT=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

15、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/R Hughes-Liu,有 4 个积分点，没有沙漏，比 Belytschko-Tsay 慢 20 倍。KEYOPT(1)=7 S./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)

16、=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

17、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

18、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Barlat 0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FLDJohnson-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

19、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

20、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。2.1.6 PLANE162PLANE162单元是一个二维，4肖点的实体单元，它既可以用作平面(

21、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

22、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Bar 1st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-ArmstrongSteinberg弹性流体

23、梁单元和杆单元2. 2.1 BEAM161BEAM161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

24、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

25、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. 2 LINK160LINK160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. 3 LINK167LINK167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ED

26、MP命令来左义索单元选项（参看EDMP命令概述）。离散单元2. 3.1 COMBI 165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

27、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。COMBI 165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 COMBI 165 -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COMBI 165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

28、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. 2 MASS166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

29、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（KEYOPT 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

30、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(Main MenuPreference)为“LS- DYNA Explicit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ANSYS Basic Procedure Guide)和ANSYS Modeling and Meshing Guide，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 ANSYS Element Reference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：