CAE学术网

?找回密码
?立即注册
搜索
查看: 15787|回复: 5
打印 上一主题 下一主题

ansys-LS-DYNA使用指南中文版本

[复制链接]

1315

主题

46

好友

4210

积分

超级版主

Rank: 8Rank: 8

  • TA的每日心情
    开心
    2019-9-3 08:33
  • 签到天数: 171 天

    [LV.7]常住居民III

    UID
    29
    学术币
    2184
    帖子
    2476
    阅读权限
    150
    激情
    346

    纪念勋章

    跳转到指定楼层
    楼主
    发表于 2013-7-15 15:36:04 |只看该作者 |倒序浏览
    本帖最后由 klzg775418121 于 2013-7-15 15:41 编辑

    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-显式/显式-隐式分析,如坠落实验、回弹、及其它需要此类分析的应用。
    1.1 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:查看结果(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 Guide
    ·ANSYS Modeling and Meshing Guide
    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。
    1.2 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 :定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 :为给定的接触指定附加接触参数
    EDCNSTR :定义各种约束
    EDCONTACT :指定接触面控制
    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 :指定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 :定义时间历程输出
    EDHTIME :定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 :定义局部坐标系
    EDLOAD :定义载荷
    EDMP :定义材料特性
    EDNB :定义无反射边界
    EDNDTSD :清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 :定义输出类型,ANSYS或LS-DYNA
    EDOUT :定义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 :指定刚体/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POST26的变量中
    EDRI :为变形体转换成刚体时产生的刚体定义惯性特性
    EDRST :定义输出RST文件的时间间隔
    EDSHELL :定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出到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(包括每条命令的特定路径),请参阅《ANSYS Commands Reference》。
    1.3 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,必须确定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。建模的典型方面如下所示:
    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
    有些高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
    1.4 何处能找到显式动态例题
    The Explicit Dynamics Tutorial描述了一个典型的显式动态分析例题。
    1.5 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,请参阅Livermore
    Software Technology Corporation的《LS-DYNA Theoretical Manual》。

    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平面
    ·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)缩减积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高阶单元。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。如果没有特别指出的话(参见第六章,接触表面),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。
    2.1 实体单元和壳单元
    2.1.1 SOLID164
    SOLID164单元是一种8节点实体单元。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SOLID164的详细描述,请参见《ANSYS
    Element Reference》和《LS-DYNA Theoretical
    Manual》中的§3.3节。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CPU时间。
    楔形、锥型和四面体单元是六面体单元的退化产物(例如,一些节点是重复的)。这些形状在弯曲时经常很僵硬,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
    ·幂律塑性
    ·应变率相关塑性
    ·复合材料破坏
    ·混凝土破坏
    ·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
    ·应变率相关幂律塑性
    ·Johnson-Cook塑性
    ·空材料
    ·Zerilli-Armstrong
    ·Bamman
    ·Steinberg
    ·弹性流体
    2.1.2 SHELL163
    SHELL163单元有12中不同的算法。用KEYOPT(1)来定义所选的算法。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:
    2.1.3 通用壳单元算法
    ·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
    —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
    —对翘曲情况一把可得到正确结果
    ·Belytschko-Leviathan(KEYOPT(1)=8)
    —比Belytschko-Tsay慢40%
    —使用单点积分
    —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,它可以将节点偏离单元的中面。
    KEYOPT(1)=1一般型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%。
    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8.8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。在平面内有四个积分点,无需沙漏控制。通过假设的横向剪切应变可以矫正剪切锁定。但是它比单点Belytschko-Tsay慢2.5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
    —缩减(单点)积分
    —很好地用于关心起皱的纺织品(例如,大的平面压缩应力破坏较薄的纤维单元)
    ·全积分Belytschko-Tsay薄膜(KEYOPT(1)=9)
    —明显的比通用薄膜单元慢(KEYOPT(1)=5)
    —面内有四个积分点
    —无沙漏
    2.1.5 三角型薄壳单元算法
    ·C 0 三角型薄壳(KEYOPT(1)=4)单元
    —基于Mindlin-Reissner平板理论
    —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(1)=3)单元
    —基于Kirchhoff平板理论
    —比C 0 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C 0 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)设置为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
    ·正交各向异性弹性
    ·双线性随动强化
    ·塑性随动强化
    ·Blatz-Ko橡胶
    ·双线性各向同性
    ·幂律塑性
    ·应变率相关塑性
    ·复合材料破坏
    ·分段线性塑性
    ·Mooney-Rivlin橡胶
    ·Barlat各向异性塑性
    ·3参数Barlat塑性
    ·横向各向异性弹塑性
    ·应变率相关幂律塑性
    ·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算法的完全拉格朗日修正法来代替KEYOPT(1)指定的算法。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)。
    壳单元使用三维平面应力本构子程序修正应力张量,使垂直于壳单元中面的正应力分量为零。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面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,而不是表面上的(尽管后处理的术语是指顶面和底面),因此在分析结果时需要注意,对于弹性材料,应力可以外推到表面上。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其不精确性(例如,忽略表面和外部积分点之间的应力差)。高斯积分法最外层积分点的位置由下表给出:
    ? ?? ?中面 0
    ? ?? ?最外积分点两点
    ? ?? ?三点
    ? ?? ?四点
    ? ?? ?五点0.5774
    ? ?? ?0.7746
    ? ?? ?0.8611
    ? ?? ?0.9062
    ? ?? ?外表面 1.000
    注意 --在使用线弹性材料时,能够预先准确定义这些积分准则,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2×2积分点的应力平均值。
    2.1.6 PLANE162
    PLANE162单元是一个二维,4节点的实体单元,它既可以用作平面(X-Y平面)单元,也可以用作轴对称单元(Y轴对称)。KEYOPT(3)用来指定单元的平面应力、轴对称和平面应变选项。对于轴对称单元可以利用KEYOPT(2)指定面积或体积加权选项。PLANE162典型情况下为四节点单元。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)=0,1,2(平面应力、平面应变或轴对称),用户可以选择下列材料模型:
    ·各向同性弹性
    ·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
    ·幂率塑性
    ·应变率相关幂率塑性
    ·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(KEYOPT(3)=0),可以选择下列材料:
    ·3参数Barlat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
    对轴对称和平面应变选项(KEYOPT(3)=1或2),可以选用下列材料:
    ·正交各向异性弹性
    ·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
    ·Zerilli-Armstrong
    ·Steinberg
    ·弹性流体
    2.2 梁单元和杆单元
    2.2.1 BEAM161
    BEAM161有两种基本算法:Hughes-Liu和Belytschko-Schwer。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KEYOPT(4)和KEYOPT(5)来定义几种横截面。通常,对于2×2高斯积分点,BEAM161具有高效和耐用性。可用KEYOPT(2)来定义不同积分算法。
    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面积分规则来模拟任意的横截面。梁单元沿其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(KEYOPT(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,在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)
    ·各向同性弹性
    ·双线性随动强化
    ·塑性随动强化
    ·粘弹性
    ·幂率塑性
    ·分段线性塑性
    2.2.2 LINK160
    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。
    2.2.3 LINK167
    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 命令来定义索单元选项(参看
    EDMP 命令概述)。
    2.3 离散单元
    2.3.1 COMBI165 弹簧-阻尼单元
    弹簧单元因位移产生一个力;也就是说改变单元的长度产生力。力沿单元轴向加载。例如,拉力在节点1上是沿轴的正方向,而对节点2是沿轴的负方向。缺省时,单元轴的方向就是从节点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,其他输入部分和平移弹簧一样;给定的力-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节点的旋转自由度—它们并不把节点铰接在一起。
    COMBI165单元可和其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COMBI165一种类型单元,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单元不能同时定义弹簧和阻尼特性。但是,可以分别定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COMBI165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。
    2.3.2 MASS166
    质量单元由一个单节点和一个质量值定义(力×时间 2
    /长度)。质量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单元来定义一个节点的集中转动惯量。如使用这一选项,可在MASS166单元定义中设置KEYOPT(1)=1并且通过单元实常数输入六个惯性矩值(IXX,IXY,IXZ,IYY,IYZ,IZZ)。这个选项不能输入质量值;所以,必须在同一个节点定义第二个质量单元来说明质量(KEYOPT(1)=0)。
    2.4 一般单元特性
    以下几种单元可被定义为刚性体:LINK160,BEAM161,PLANE162,SHELL163,SOLID164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量都平均分配给单元的节点。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(Main Menu>Preference)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。
    3.1 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:Main Menu>Preprocessor>Element Type)。
    在《ANSYS Element Reference》中列出了与每种单元相对应的所有实常数。因此必须确定模型中所用每种单元的实常数,然后可以用 R
    命令来定义实常数(在GUI中:Main Menu>Preprocessor>Real constants)。
    3.2 定义材料特性
    在显式动态分析中有很多可使用的材料类型,应该参看一下《ANSYS Element
    Reference》,以确定特定的单元类型所用的材料模型。也可参看本手册的第七章,该章对所用材料模型作了详细的描述。
    一旦确定了所用的材料模型,就可以定义所有相关的特性(如第七章所描述的)。为了用批处理或命令流来定义这些,可以使用 MP , TB 和 TBDATA
    命令(某些情况下,可用 EDMP 命令)。在GUI路径中,材料模型通过下列路径来定义:
    Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models
    更详细的信息请参看7.1 Defining Explicit Dynamics Material Models.
    在选择了合适的材料模型之后,就可以定义模型所需的特性。
    定义和整体坐标不一致的各向正交异性模型,必须先用 EDLCS 命令定义局部坐标系。(菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material
    Props>Local CS>Create Local CS)。
    对于一些材料模型,还需用 EDCURVE 命令定义与材料相关的数据曲线(例如,应力-应变曲线)。( EDCURVE 的GUI路径表示法为Main
    Menu>Preprocessor>Material Props>Curve Options)。
    3.3 定义几何模型
    建立几何模型的最简单方法就是采用ANSYS程序中的实体建模功能。关于实体建模功能的详细信息,请参看《ANSYS Modeling and Meshing
    Guide》。
    对于简单模型(例如,仅线单元),就可以使用直接建模法。用这种方法,可以直接定义模型的节点和单元。详细信息请参看《ANSYS Modeling and
    Meshing Guide》。
    3.4 网格划分
    建立实体模型后,就可以用节点和单元对其进行网格划分。《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中的Generating the
    Mesh详细描述了划分网格的步骤。如果对ANSYS网格不太熟悉,在划分显式动态模型之前应该先阅读该章内容,由于该章已详细讨论过了,在此只讨论以下几点:
    ·定义单元属性
    ·定义网格划分控制
    ·生成网格
    定义单元属性,就是要事先指定单元类型,实常数和材料特性来用于下一步的网格划分。使用 TYPE , MAT , REAL 命令或菜单路径:
    Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs
    Main Menu>Preprocessor>-Modeling-create>Elements>Elem Attributes
    网格控制就是指定划分网格时单元的大小和形状。在ANSYS程序中有许多种控制方法(参考《ANSYS Modeling and Meshing
    Guide》),在GUI中,菜单路径为:Main Menu>Preprocessor>Mesh Tool
    在选择网格控制时要注意以下几点:
    ·尽量避免退化的实体和壳体单元(例如,三角型壳体和四面体实体),相对于四边形和六面体来说它们太刚硬,并且精度不高。
    ·
    单元的大小尽量均匀(例如:避免产生相对较小的单元面积)单元大小之间差别很大可能会导致很小的时间步长,较长的运行时间。如果划分特殊的几何模型需要相对较小的单元,那么可以用质量比例来增大最小时间步长。(参看第十章,
    Mass Scaling ).
    ·尽量不要使用SmartSizing方法进行单元控制( SMARTSIZE 命令),因为它可能在网格中单元的大小上产生很大的差别。应使用 ESIZE
    和相关的命令来控制单元大小。
    ·尽量避免可能产生沙漏的坏单元形状。
    ·当使用降阶单元算法或者单元可能遭受沙漏变形时,不要使用粗网格划分,
    ·如果有沙漏现象的话,尽量在部分模型或整个模型中使用全积分单元。
    给定网格控制后,就可以用相应的命令进行网格划分(例如: AMESH,VMESH )在GUI路径中,菜单路径为Main
    Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh( 或用上面提到的Mesh Tool).
    3.5 定义接触面
    显式动态分析常常涉及到表面之间的接触。本手册的第六章 Contact Surface 讲述了接触类型和定义接触的步骤。这里只给出简要步骤。
    定义接触包括四个步骤:
    ·定义能很好地表达物理模型的接触类型( EDCGEN 命令)
    ·定义接触表面( CM , EDPART , EDASMP 和 EDCGEN 命令)
    ·定义摩擦系数参数( EDCGEN )
    ·为选定的接触类型定义附加数据( EDCGEN 和 EDCONTACT )
    如果不使用自动接触,那么可以用 CM 命令把表面上的节点组成为一个COMPONENT来定义接触面。一旦生成了COMPONENT,就可以用 EDCGEN
    命令来定义所需表面间的接触(例如,节点部件)。也可以用 EDCGEN 命令来定义接触类型。对于单面接触算法,ANSYS/LS-DYNA定义接触体的外表面。
    注意 --接触表面也可以用PART号或一个部件集合来识别(用 EDASMP 而不用节点部件。)部件和集合的定义将在这章的后面讨论。
    EDCGEN
    命令也可以用来指定摩擦系数参数以及与不同接触类型相对应的输入参数。另一个命令EDCONTACT可以定义多种接触控制例如接触穿透检测和滑移表面罚函数等。(菜单路径为:Main
    Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Contact.)
    3.6 建模的一般准则
    当创建显式动态模型时,应考虑下述基本准则:
    ·在模型中使用刚性体来代表相对刚硬,没有屈服的部分。使用刚性体可以简化求解,缩短求解时间。
    ·对材料性能使用一些符合实际的值。例如,不要用很高的不切实际的弹性模量来表达刚性体,对于壳单元不要使用不切实际的厚度值。
    ·考虑使用阻尼( EDDAMP 命令)以消除结构响应中的不真实的振荡,详细信息参见《ANSYS Commands Reference》。
    ·如果已经用常规ANSYS程序进行了二维的动态分析,应考虑把模型扩展为三维模型,并用ANSYS/LS-DYNA进行分析。那么就可以在较短的时间内得到更精确的结果。
    · 注意 ANSYS程序中的子模型和子结构特性不能在ANSYS/LS-DYNA中使用。
    3.7 PART 的定义
    具有相同单元类型、实常数和材料号的一组单元被指定为一个PART并给定一个PART 号。有许多ANSYS/LS-DYNA命令和PART ID有关。(例如,
    EDCGEN,EDDC,EDLOAD,EDDAMP , EDCRB 和 EDREAD ),在ANSYS/LS-DYAN程序对模型进行求解时,自动生成PART
    号并且写入LS-DYNA输入文件 Jobname.K ,它可以用 EDPART 命令建立,更新,列表表示。
    从顺序编排所选单元建立PART 号。如果在单元编排中改变单元类型、实常数和材料号中的任何一个,将给那组单元定义下一个PART
    号。例如,前十个单元有单元类型1、实常数2、材料号3,那么这10个单元将给定PART号为1。如果下面100个单元有单元类型1、实常数1、材料号2,那么这些单元将给定PART号为2,等等,依此类推。
    用 EDPART 命令中的CREATE/UPDATE/LIST选项可以创建、更新、列出PART表。如果执行 SOLVE
    命令或执行带ANSYS/LSDYNA/BOTH选项的 EDWRITE
    命令,则PART表将被建立并永久保存。如果PART表已经存在,则以后的命令只能修改这个表而不能覆盖它。关于 EDWRITE 命令的更多信息,参见《ANSYS
    Commands Reference》中有关这个命令的描述。
    EDPART ,CREATE可以创建新的PART号。可以用 EDPART ,LIST命令列表表示这些PART。这个表显示了在建立或修改时PART的状态。(
    EDPART ,CREATE)如果 EDPART ,CREATE命令重复使用,则PART表被覆盖。为了得到在修改或增加模型后的实际PART表,执行 EDPART
    ,UPDATE命令。它可以扩展已经存在的PART表而不用改变它的顺序,并且可以向已经存在的由相同的单元类型、实常数和材料号构成的部件中增加单元。单元类型、实常数和材料号相同的任何PART未被任何所选择单元参考时,则该PART不可用。很明显的它将在PART表的第五列上为零值。如果预先定义的PART相关命令与一个无用的PART有关,那么执行
    SOLVE 命令或 EDWRITE ,ANSYS/LSDYNA/BOTH命令时将有一个警告。
    下例显示了15个单元的模型,带2种材料(MAT),3种单元类型(TYPE)和3种实常数(REAL)。一个 ELIST 命令列出下列单元表:
    ? ?? ?ELEM MAT TYP REL ESY TSHA NODES
    ? ?? ?11110 1 2345678
    ? ?? ?21110 11 12131415161718
    ? ?? ?31110 21 22232425262728
    ? ?? ?41110 31 32333435363738
    ? ?? ?51110 41 42434445464748
    ? ?? ?61230 51 52535455565758
    ? ?? ?71230 61 62636465666768
    ? ?? ?82230 71 72737475767778
    ? ?? ?92230 81 82838485868788
    ? ?? ?112320 101 102103104105106107108
    ? ?? ?122320 111 112113114115116117118
    ? ?? ?131320 121 122123124125126127128
    ? ?? ?141320 131 132133134135136137138
    ? ?? ?151320 141 142143144145146147148
    单元1到5有MAT=TYPE=REAL=1生成PART1,单元6到7有MAT=1,TYPE=2和REAL=3生成PART2。单元8到9有MAT=2,TYPE=2和REAL=3生成PART3。
    单元10有MAT=TYPE=REAL=2,但是在生成PART表后被删除了( EDPART
    ,CREATE)。因此,只剩下了PART4,但是它被标识为无用值(在PART表中USED一列为0)。
    单元11到12有MAT=2,TYPE=3和REAL=2生成PART5。单元13到15有MAT=1,TYPE=3和REAL=2生成PART6。这一PART表如下所示(
    EDPART ,LIST):
    ? ?? ?PART MAT TYP REAL USED
    ? ?? ?11111
    ? ?? ?21231
    ? ?? ?32231
    ? ?? ?42220
    ? ?? ?52321
    ? ?? ?61321
    注意 --对于这个例子,执行 EDPART ,UPDATE将不会影响PART表的状态。但是执行 EDPART
    ,CREATE将会创建一个仅有5个部件的PART表。PART5将变成PART4,PART6将变成PART5。这将使以前基于PART定义的载荷,接触特性等失效。
    建议采用下列过程:
    a.如通常那样建模,直到PART的相关命令给定一个PART号。
    b.创建PART表( EDPART ,CREATE)并显示它( EDPART ,LIST)。
    c.从PART表中找到相应的PART号,用到PART的相关命令中。
    d.继续建模。
    e.如果单元或其属性改变,包括增加新单元,则要更新PART表( EDPART ,UPDATE)。
    f.列出被修改的PART号,将用于进一步与PART有关的命令中。
    除了显示部件外,还可以用PARTSEL命令选择部件或绘制部件(通过PART号)。和其它ANSYS选项类似,这也有许多可能的选择类型,它们有特殊的标记:“S”代表选择,“R”代表重新选择,“A”代表另外的选择等等。(因为
    PARTSEL 是一个命令集合,所以如果这个命令被包含在批处理文件中,那么在单一的引证中需关闭标识)。用 PARTSEL
    命令的PMIN,PMAX和PINC域控制可选号的范围。例如。可以执行下列命令从已定义的PART表中选择PART2和4:
    PARTSEL,S,2,4,2
    当执行 PARTSEL 命令时,对每个存在的部件将自动生成一个单元组合。可以绘出这些组合,菜单路径为:Utility Menu>Plot>Parts, 命令为:
    PARTSEL ,‘PLOT’。
    注意 --在分析的其它部分中,不要试图使用PARTSEL命令创建的组合,因为如果PART表改变了它们也要重新定义。
    注意 --不推荐选择或显示包含COMBI165单元的部件。
    CDWRITE 命令把PART信息写入 Johname.CDB 文件。然后使用 CDREAD
    命令将这一信息自动地读入ANSYS。但是,如果读入了两个或两个以上的 Johname.CDB 文件,那么最后一个 Johname.CDB
    文件里的PART表将覆盖已经存在的表格。一般情况下,必须执行 EDPART ,CREATE命令来重新创建整个模型的PART表。但这将影响 Johname.CDB
    文件里的所有与PART相关的命令。因此,用户可以组合模型,但不是那些与PART相关的输入,它们必须用最新创建的PART号修改。
    在有限制的情况下,可以更新PART表( EDPART, UPDATE )。这就要求没有使用的
    MAT/TYPE/REAL的组合仅在表中出现一次。然而,有必要部分改变与PART相关的命令。
    3.7.1 Part 集合
    用 EDASMP
    命令创建的部件集合,是由多个不同部件组成的实体。部件集合可以用来输入一些ANSYS/LS-DYNA命令。在定义包含多个部件的实体间的接触时,部件集合是非常有用的(参看本手册第六章)。使用
    EDASMP 命令,在提供一个ID号后,可以在一个部件集合里定义16个部件。部件ID号必须比当前定义的最高部件号大(用 EDPART
    ,LIST确定最高部件号)。也可以分别用 EDASMP, LIST和 EDASMP,
    DELE选项显示和删除部件集合。例如,指定包含部件1,2,4的部件集合的ID号为10,可以执行下列命令:
    EDASMP,ADD,10,1,2,4
    3.8 自 适应 网格划分
    在金属成形和高速撞击分析中,物体要经历很大的塑性变形。单积分点显式单元,常用于大变形,但是在这种情况下,由于单元纵横比不合适可能给出不精确的结果。为了解决这一问题,ANSYS/LS-DYNA程序可以在分析过程中自动重新划分表面来改善求解精度。这一功能,即自适应网格划分,由
    EDADAPT 和 EDCADAPT 命令控制。
    EDADAPT 命令在一个指定的PART 内激活自适应网格划分。(用 EDPART 命令创建或显示有效PART
    IDs),例如,为了给PART1打开自适应网格划分,可以执行下列命令:
    EDADAPT,1,ON
    注意 —自适应网格划分功能仅对包含SHELL163单元的部件有效。
    当此项功能打开时,分析中该部件的网格将自动重新生成。从而保证在整个变形过程中有合适的单元纵横比。自适应网格划分一般应用在大变形分析例如金属变形中(调节网格最典型的应用是板料)。在一个模型中要在多个部件上应用此功能,必须对每个不同的PART
    ID执行 EDADAPT 命令。缺省时,该功能是关闭的。
    在指定哪些部件重新划分后,必须用 EDCADAPT 命令定义网格划分参数。采用 EDADAPT 命令定义需要网格划分的所有PART ID号,用 EDCADAPT
    命令对其设置控制选项。
    EDCADAPT 命令控制的参数如下所示:
    ·Frequency(FREQ)-
    调节自适应网格划分的时间间隔。例如,假设FREQ设置为0.01,如果单元变形超过指定的角度容差,则其将每隔0.01秒被重新划分一次(假设时间单位为秒)。因为FREQ的缺省值为0.0,所以在分析中应用自适应网格划分时必须指定此项。
    ·Angle
    Tolerance(TOL)-对于自适应网格划分(缺省值为1e31)有一个自适应角度公差。TOL域控制着单元间的纵横比,它对保证结果的精度是非常重要的,如果单元之间的相对角度超过了指定的TOL值,单元将会被重新划分。
    ·Adaptivity Option(OPT)-
    对于自适应网格划分有两个不同的选项。对于OPT=1,和指定的TOL值相比较的角度变化只是根据初始网格形状计算的。对于OPT=2,和指定的TOL值相比较的角度变化是根据前一次重新划分的网格计算的。
    ·Mesh Refinement Levels(MAXLVL)-
    MAXLVL域控制着整个分析中单元重新划分的次数。对于一个初始单元,MAXLVL=1可以创建一个附加单元,MAXLVL=2允许增加到4个单元,MAXLVL=3允许增加到16个单元。高MAXLVL会得到更精确的结果,但也会明显增加模型规模。
    ·Remeshing Birth and Death Times (BTIME and
    DTIME)-自适应网格划分的生死时间控制着该功能在分析过程中的激活或关闭。例如,如果设置BTIME=.01和DTIME=.1,那么分析中只在.01和.1秒间进行重新网格划分(假设时间单位为秒)。
    ·Interval of Remeshing
    Curve(LCID)-数据曲线把重新划分网格的时间间隔定义为时间的函数。数据曲线的横坐标为时间,而纵坐标为变化的时间间隔。如果这个选项不为0,那么它将代替适应频率(FREQ)。但是要注意,开始第一个自适应性循环仍需要非零FREQ值。
    ·Minimum Element Size (ADPSIZE)-根据单元边长设定的最小单元尺寸。如果不定义此参数,边长的限制将被忽略。
    ·One or Two Pass Option
    (ADPASS)-如果ADPASS=0,将使用双通道自适应划分,在重新划分网格后将重复这一计算(缺省值)。如果ADPASS=1,则使用单通道自适应划分,而计算不再重复。关于这两个选项的图形表示,请参看《ANSYS/LS-DYNATheoretical
    Manual 》图30.9(a)和30.9(b)。
    ·Uniform Refinement Level Flag
    (IREFLG)-值为1,2,3等,分别允许4,16,64等划分等级。对于每个初始单元都分别生成统一的单元。
    ·Penetration FLAG
    (ADPENE)-根据ADPENE是正(到达)的还是负(穿透)的,当接触表面到达或穿透工具表面时,程序将依据这个值调整网格。自适应细化主要依据加工曲线。如果ADPENE是正的,细化一般发生在接触之前;因此,可能用单通道划分就可以了。(ADPASS=1)
    ·Shell Thickness Level (ADPTH)-
    绝对薄壳厚度标准,低于该值自适应划分开始。这个选项仅在自适应角度公差不为零的情况下有用。如果期望不改变角度,激活基于厚度的自适应重新划分功能,那么可把TOL设为较大的角度。(如果ADPTH=0.0,不使用这个选项。)
    ·Maximum Element Limit (MAXEL)- 自适应结束的最大单元数。如果超过了此值,自适应将被中止。
    对于大多数问题,不应该用自适应网格划分作初始分析。如果分析结果出现扭曲的网格,或结果不正确,那么再应用此项重新进行分析。当LS-DYNA分析中因为“negative
    volume element”的错误终止时,也可用此项分析。
    当打开自适应网格划分选项时,在求解过程中模型内的单元数将发生变化。在一个调节循环结束后,网格将被更新,并且生成一个扩展名为RSnn的新结果文件,这里nn为自适应网格标准。(在由FREQ指定的每个时间增量或LCID指定的时间间隔,都会发生自适应循环。)例如,重新划分两次网格的模型将产生两个结果文件,
    Johname.RS01 和 Johname.RS02. 有关自适应划分结果后处理的详细信息,请参看第十二章,Postprocessing.
    注意 --既使每次循环网格不发生变化,也会产生一个新的结果文件。
    每次循环都会产生一个扩展名为HInn的时间历程文件,尽管这些文件可能不如RSnn文件有用。此外,LS-DYNA还创建了一系列源文件名为“adapt”的文件。因此,在激活调节网格划分时,不要把“adapt”作为你的工作名。

    第四章 加载
    当模型建好后,下一步就是给结构加载为求解作准备,为了能正确地模拟结构的响应,就必须定义与指定时间间隔相对应的载荷,本章将讲述以下有关加载的几个方面:
    ·一般加载选项
    —使用 component 或 PART IDs 和数组参数
    —如何施加、删除、显示一般载荷[ EDLOAD ]
    —如何绘制载荷曲线[ EDPL]
    —如何定义数据曲线[ EDCURVE ]
    —如何显示或隐藏载荷标记
    ·约束和初始条件
    —如何在ANSYS/LS-DYNA中施加约束[ D ,EDNROT ]
    —如何定义滑移和循环对称平面[ EDBOUND ]
    —如何定义混合型约束[ EDCNSTR ]
    —如何定义焊点[ EDWELD ]
    —如何给模型施加初始速度[ EDVEL ,EDPVEL ]
    ·耦合和约束方程
    —自由度耦合[ CP ]
    —自由度间的约束方程[ CE ]
    ·非反射边界[ EDNB ]
    ·温度载荷
    ·动力松弛
    4.1 一般载荷选项
    与许多隐式分析不同的是,显示分析中的所有载荷必须与时间有关。因此,在ANSYS/LS-DYNA中,许多标准的ANSYS命令都是无效的。在ANSYS/LS-DYNA中,尤其不能使用
    F , SF , BF 系列命令,因为它们只能定义与时间无关的载荷。此外, D
    命令只能定义节点约束。基于上述原因,在ANSYS/LS-DYNA中用一对数组参数定义载荷(一个用来定义时间,另一个定义载荷)。
    注意 --虽然节点加速度(A x ,A y ,A z )和节点速度(V x ,V y ,V z )以自由度出现,但它们不是物理自由度,不能使用 D
    命令约束。要采用 EDLOAD 命令给这些节点施加载荷。
    在ANSYS/LS-DYNA中,所有载荷都是在一个载荷步内施加的。这和隐式分析有很大的不同,它在多个载荷步内施加载荷。在ANSYS/LS-DYNA中,对于一些特定的载荷,也可以用
    EDLOAD 命令指定何时施加(birth time)、何时去除(death time)。请参考 EDLOAD 命令中的Birth Time,Death
    Time和CID,检验birth/death time的适用性。
    给模型施加载荷,需遵循以下步骤:
    ·把模型中受载的那部分定义成Component(或PART,用于刚体)
    ·定义包含时间间隔和载荷数值的数组参数
    ·定义载荷曲线
    ·如果不是在整体坐标系中加载,需要用 EDLCS 命令定义载荷方向
    ·模型加载
    4.1.1 组元
    除给刚性体加载外,显式分析中所有载荷都施加到Component上。因此,第一步就是把模型中受载的那部分组合成Component,每个Component应由模型中承受同样载荷的部分组成。并且可以通过材料本构、模型中位置、预期状态等联系在一起。
    例如,想要分析一个棒球撞击到墙上的结果,可以定义球上的节点为一个Component,球棒上的节点为另一个Component,墙上的节点为第三个Component。
    可以定义任意多个Component,然后给每一个Component加载,Component必须由节点或单元组成(只有当施加压力载荷时Component才由单元组成)
    定义Component时,首先要选择Component中想要包含的部分,然后使用GUI中的下列菜单路径来定义Component(CM):Utility
    Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component
    关于Component的详细信息,参见《ANSYS Analysis Guide》中的Selecting and
    Components。对于刚性体,载荷一般都施加到PART号上,而不是Component上。这是因为当使用命令 EDMP
    ,RIGID,MAT定义刚性体时已经包含有一系列节点和单元。
    4.1.2 数组参数
    值得注意的是,显式动态分析中,载荷在一些特定时间间隔内施加到结构上,这样就可以观察在特定时间段里施加载荷后模型的瞬态行为。因此,不仅需要定义施加载荷的类型(FX,FY,FZ,ROTX,ROTY,ROTZ等),同时也需要定义载荷施加到结构上的时间间隔值。
    时间间隔值和其相对应的载荷值组合在一起定义为数组参数。这些参数必须定义为两部分,第一部分为时间间隔值,第二部分为载荷值,载荷应与时间间隔相对应。在GUI中,采用菜单路径来定义一个数组参数:Utility
    Menu>Parameters>Array Parameters>Define /Edit.
    有关如何定义数组参数的详细信息,参看《ANSYS APDL Programmer’s Guide》中的Array Parameters。
    注意
    --可以通过线性插值得到中间时间点的载荷值。指定时间范围外的载荷值不能由程序插入。因此,必须保证载荷时间范围至少等于求解时间。否则,由于过早的去除载荷求解结束时的结果将会变为无效值。
    一旦定义了能代表载荷的数组参数,这些载荷与时间有关,就可以直接用 EDLOAD 命令输入参数定义载荷。或者,可以用 EDCURVE
    命令输入参数来定义载荷曲线。相对应的载荷曲线ID可用 EDLOAD 命令输入。
    为说明数组参数的应用,考虑前面提过的棒球例子。想要考察从击球瞬间到击球一秒钟后球的变形。假定位移是时间的已知函数,球刚碰撞时的初始速度为1600in/sec(91MPH)。
    首先需要定义一些节点组元,用它们来定义载荷和接触面。建立一个Component,它包括球上的所有节点,取名为ball。对这个Component施加一个1600in/sec的初始速度(
    EDVEL
    ),(本章后面再讨论)。然后再创建第二个组元,它仅包括球表面上的所有节点,取名为ballsurf.这个Component以后将用于接触定义。还需定义第三个Component,它包括球棒表面上的节点,取名为batsurf,接触算法将在第六章接触表面中讨论。
    nsel,s,node,… !选择组成球的所有节点
    cm,ball,node !定义Component为ball
    nsel,s,node,… !选择组成球表面的所有节点
    cm,ballsurf,node !定义Component为ballsurf
    nsel,s,node,… !选择球棒表面的所有节点
    cm,batsurf,node !定义Component为batsurf
    nsel,all
    现在选择球棒基座上的节点(bathand),对它施加一个位移时间载荷曲线。
    定义一名字为time的数组来存储时间值。使用时间值要与模型的所有载荷、维数以及材料性质相协调。其次,定义一个数组,包括Component
    bathand相应的X位移值,命名为Xdisp.同样定义数组Ydisp和Zdisp,以包含球棒相应的Y位移和Z位移值。
    nsel,s,node,… !选择球棒基座上的节点
    cm,bathand,node !定义Component为bathand
    nsel,all
    *dim,time,,4 !定义数组参数为time的维数
    *dim,xdisp,,4 !定义数组参数为xdisp的维数
    *dim,ydisp,,4 !定义数组参数为ydisp的维数
    *dim,zdisp,,4 !定义数组参数为zdisp的维数
    time(1)=0,0.25,0.5,0.75,1 !给定位移的时间值
    xdisp(1)=0,-1,-2,-1,3 !球棒的X位移
    ydisp(1)=0,1,2,3,4 !球棒的Y位移
    zdisp(1)=0,3,6,8,9 !球棒的Z位移
    给出的例子实际是一个比较复杂的现象的简化模型。更加精确地模拟,应该定义额外的位移位置(和相应的载荷曲线)以更好的模拟球的真实运动。另外,球棒上各节点的初始速度是不同的。最后,球是一些不同材料和材料模型的复合体。
    4.1.3 施加载荷
    一旦定义好Component和数组参数,就可以给建立的模型加载( EDLOAD 命令)。在GUI中,可以选择下列菜单路径:Main
    Menu>Solution>Loading Options>Specify Loads.
    可以选择增加载荷(EDLOAD中ADD标号),如力、力矩、节点加速度、表面压力等,所有的载荷都用 EDLOAD 命令施加到整体笛卡尔坐标系上,此为其缺省值。
    GUI的对话框将列出所有有效载荷,以及先定义好的Component和数组参数。只需简单地选择所需的载荷标号,以及Component(刚体的PART号)和数组参数集合(预先定义的载荷曲线号)。值得注意的是,如下表所示的那样,并不是所有的载荷标记都适用于所有Component或PART号。
    以下的载荷标记只适用于节点Component:
    力:FX,FY,FZ
    力矩:MX,MY,MZ
    位移:UX,UY,UZ
    转角:ROTX,ROTY,ROTZ
    速度:VX,VY,VZ
    节点加速度:AX,AY,AZ
    体加速度:ACLX,ACLY,ACLZ
    角速度:OMGX,OMGY,OMGZ
    温度:TEMP
    注 --虽然V(X,Y,Z)和A(X,Y,Z)作为DOFs出现,它们实际上不是物理DOFs。然而,这些量是被计算作为DOF求解和存储以用于后处理。
    以下的标记只适用于刚性体(部件号)
    力:RBFX,RBFY,RBFZ
    力矩:RBMX,RBMY,RBMZ
    位移:RBUX,RBUY,RBUZ
    转角:RBRX,RBRY,RBRZ
    速度:RBVX,RBVY,RBVZ
    角速度:RBOX,RBOY,RBOZ
    以下标记只适用于单元Component:
    压力:PRESS
    回到前面的棒球例子,需由time和x/y/z disp数组参数用 EDLOAD 命令自动生成位移与时间的载荷曲线。
    edload,add,ux,,bathand,time,xdisp !球棒的x位移
    edload,add,uy,,bathand,time,ydisp !球棒的y位移
    edload,add,uz,,bathand,time,zdisp !球棒的z位移
    另一种方法,很刚硬的棒球可以模拟为刚体,以简化所需输入数据和减少CPU时间。对于这种情况,对应刚体载荷可以施加有效的PART号(不是节点Component).
    edload,add,rbux,,2,time,xdisp !x位移(如果球棒的PART号为2)
    edload,add,rbuy,,2,time,xdisp !y 位移(如果球棒的PART号为2)
    edload,add,rbuz,,2,time,xdisp !z位移(如果球棒的PART号为2)
    如果已知球棒对球碰撞的压力是时间的函数,则可以不定义任何接触表面就能实现加载。取而代之用带“PRESS”标号的 EDLOAD
    命令对包含球表面单元的组元Component加载。
    edload,add,press,1,cover,battime,batload
    在这种情况下,在面号1上对单元组元cover加载(在KEY域输入面号),其载荷曲线是由battime和batload数组参数产生的。
    特别要提出的是,在上例中,仅仅压力载荷采用 EDLOAD 命令的LKEY域。LOAD keys(1,2,3等)与面载荷有关,在《ANSYS Elements
    Reference》中每种单元类型在输入数据表“surface loads”中列出。对于许多非压力的载荷,可以使用KEY域定义坐标系标号CID。载荷将作用于用
    EDLCS 命令定义的CID的方向上,或者说,如果没有指定CID,就作用于整体坐标系上。详细信息请参看§4.1.5Defining Loads in a
    Local Coordinate System。
    注意 --为避免某些平台的定时问题,通常是加一个小的时间值(如1.0×10 -6 )到时间数组的最后一项.例如,取代3.0的值,数组的最后一项为下列值:
    timeint(1)=0,1,2,3.00001
    增加这样小的缓冲,不会影响结果的精度。
    除了施加载荷外,也可以用 EDLOAD ,LIST和 EDLOAD ,DELE来显示和删除载荷。用 EDFPLOT 命令也可以显示单元上的载荷标号,并且可以用
    EDPL 命令绘制载荷曲线。
    4.1.4 数据曲线
    用 EDCURVE
    命令定义的数据曲线广泛应用于ANSYS/LS-DYNA中。它们可以用来定义与显式动态材料模型有关的材料数据曲线(例如,应力-应变)和载荷数据曲线(力-偏转)。它还可以定义时间载荷曲线(力,位移,速度等)。这些载荷曲线可以用
    EDLOAD 命令输入。
    4.1.4.1 使用材料模型数据曲线
    某些材料模型(例如, TB ,PLAW或 TB ,HONEY)要求指定材料特性数据,它们可能是有效应变速率、塑性应变或体积应变的函数。对于这些数据,在用数据表[
    TBDATA ]命令定义材料特性之前,需用 EDCURVE 命令定义特性曲线。在刚性体和压延筋接触问题中,也采用数据曲线来定义变形特性。
    与对Component加载相类似,数据曲线组合成数组参数,然后与特定的曲线参考号相联系,这个参考号可用于指定的材料模型(PLAW,HONEY,等)或接触类型(RNTR,ROTR)和压延筋。定义数据曲线可以分为以下几个步骤:
    1.定义一个包含材料或摩擦力特性横坐标的数组参数(例如,有效塑性应变,有效应变率,位移等)
    2.定义第二个数组参数,包含材料特性或摩擦力的纵坐标值。(例如,初始屈服应力,弹性模量,力等)。
    3.定义数据曲线( EDCURVE )。选择一个数据曲线ID号,产生数据表[ TBDATA ]时将采用这个数据曲线ID号来将这些数据与特定的材料特性相联系。
    定义这些参数后,在GUI中采用下列路径定义数据曲线:
    Main Menu>Preprocessor>Material Props>Curve Options
    Main Menu>Solution>Loading Props>Curve Options
    可以用 EDCURVE ,LIST显示数据曲线,用 EDCURVE ,PLOT绘制曲线,用 EDCURVE ,DELETE删除曲线。
    下例讲述了怎样用曲线来定义钢的分段线性塑性曲线( TB ,PLAW,,,,8):
    !“3”是任选的材料参考号(MAT)
    mp,ex,3,30.0e6 !弹性模量(psi)
    mp,dens,3,7.33e-4 !质量密度(lbf-sec 2 /in 4 )
    mp,nuxy,3,0.30 !泊松比

    :首先将工程应变与工程应力关系的数据转换成真实应力与真实应变关系的数据,然后,从总真应变中减去弹性真应变,求出塑性真应变。它与总真应变一起用于LS-DYNA的*MAT-PIECEWISE-LINEAR-PLASTICITY材料模型#24。
    !------------------------------------------------------------------------! Stress-Strain Data used with Piecewise Linear Plasticity (Power Law 8):!------------------------------------------------------------------------! Total Total Total Total Elastic Plastic! Stress/ Eng. Eng. True True True True! Strain Stress Strain Stress Strain Strain Strain! Point (psi) (in/in) (psi) (in/in) (in/in) (in/in)!------------------------------------------------------------------------! 1 0 0.0000 0 0.0000 0.0000??0.0000! 2 60,000 0.0020 60,120 0.0020 0.0020 0.0000! 3 77,500 0.0325 80,020 0.0320 0.0027 0.0293! 4 83,300 0.0835 90,260 0.0802 0.0030 0.0772! 5 98,000 0.1735 115,000 0.1600 0.0038 0.1562! 6 98,300 0.2710 124,940 0.2398 0.0042 0.2356! 7 76,400 1.2255 170,030 0.8000 0.0057 0.7943!------------------------------------------------------------------------
    注 :应力/应变曲线的第一点未输入,起始于第二点(横坐标=屈服应力)。要与用*SET命令定义的数组空间相协调。
    *dim,strn,,6 !定义有效塑性真应变数据数组
    *dim,strs,,6 !定义有效总真应力数据数组
    strn(1)=0.0,0.0293,0.0772,0.1562,0.2356,0.7493 !应变(in/in)
    strs(1)=60120.,80020.,90260.,115000.,124940.,170030. !应力(psi)
    edcurve,add,1,strn,strs !曲线#1,纵坐标=应变,横坐标=应力
    tb,plaw,3,,,8
    tbdata,6,1 !为应力/应变数据采用载荷曲线#1
    注 :如果需要,可以定义塑性失效应变。其次,还可以用给定必要的应变率参数或载荷曲线定义应变率对屈服应力的影响。请参见本手册的第七章,对这个材料模型有完整的描述。
    4.1.4.2 使用载荷数据曲线
    除了用于特定材料模型外,数据曲线还可以用来定义与时间有关的载荷。除了第一个数组参数必须包括时间值,第二个数组参数必须包括相应的载荷值外,定义载荷曲线的步骤和上述材料数据曲线一样。在用
    EDCURVE 命令定义载荷曲线后,就可以用 EDLOAD 命令输入相应的载荷曲线参考号(LCID)。
    下例讲述了用 EDLOAD 命令定义载荷曲线的3个步骤:
    !步骤1:定义数组参数
    *dim,time,,5
    time(1)=0,.025,.05,.075,.1
    *dim,yforce,,5yforce(1)=0,100,200,300,400
    ! 步骤2:定义载荷曲线和相应的LCID(#11)
    edcurve,add,11,time,yforce
    ! 步骤3:用 EDLOAD 命令指定LCID
    edload,add,fy,,comp,,,,11,1.0
    如上所述的那样,在 EDLOAD 命令的第九个域定义LCID。值得注意的是,如果 EDLOAD
    命令用一个LCID,数组参数不能用来定义载荷。当特定载荷曲线用于多个组元或载荷标记时,在 EDLAOD 命令中使用LCID而不用数组参数是非常有用的。
    4.1.5 在局部坐标系中定义载荷
    ANSYS/LS-DYNA中,可以在已定义的坐标系的任意坐标方向指定运动为一个组元或部件。这可以用 EDLOAD 命令的KEY域结合局部坐标系来获得(
    EDLCS 命令)。一旦用 EDLCS 命令定义了局部坐标系后,( EDLCS ,ADD,CID,X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2),就可以在 EDLOAD
    命令中的KEY域用局部坐标系ID(CID)定义载荷的作用方向。如果没有指定CID,载荷就会作用在整体笛卡尔坐标系中。一些载荷类型不支持局部坐标系;在
    EDLOAD 命令注释部分,参看Birth Time,Death Time和CID Support Table,可以得到更多的信息。
    4.1.6 指定Birth和Death时间
    对于每个载荷定义,可以用 EDLOAD 命令的BTIME和DTIME域来定义激活或杀死时间( EDLOAD
    ,ADD,Lab,KEY,Cname,Par1,PHASE,LCID,SCALE,BTIME,DTIME)。在分析中使用这些选项就可以在任意时刻激活载荷,随后杀死。在多阶段成形过程中这些选项是非常有用的,这一过程需要连续施加多个载荷。一些载荷类型不支持局部坐标系;在
    EDLOAD 命令注释部分,参看Birth Time,Death Time和CID Support Table,可以得到更多的信息。
    4.2 约束和初始条件
    在开始求解之前,需要给模型施加约束。另外,还可能给运动物体设定初始速度。
    4.2.1 约束
    与ANSYS(隐式)不同,ANSYS/LS-DYNA区分零约束与非零约束。非零约束如载荷那样处理(伴随着载荷曲线,见本章前面的讨论)。仅零约束才能使用 D
    命令,也就是说,给定的值必须总是零。其它值无效, D 命令仅用于固定模型的某些部分。可以用零约束来实现对称/反对称边界条件。
    用户可以用 EDNROT 命令在旋转节点坐标系中施加零载荷。但首先需用 EDLCS 命令定义局部坐标系。
    当模拟几何体的小对称部分时,需定义滑移或循环对称。可以使用 EDBOUND
    命令来定义滑移或循环对称的对称边界面。可以用节点组元确定边界或方向矢量来定义法向(滑移对称)或旋转轴(循环对称)。
    在ANSYS/LS-DYNA中,可以用 EDCNSTR
    命令模拟其它类型的约束。可用的约束类型有附加节点设置(ENS),节点刚性体(NRB),薄壳边界到实体(STS),以及铆接(RIVET)。在GUI中,可以通过下列路径施加这些约束:
    Main Menu>Solution>Constraints>Apply>Additional Nodal
    附加节点设置约束类型( EDCNSTR ,ADD,ENS)允许在一个已经存在的刚性体上增加节点(通过节点组元),这个刚性体是用 EDMP
    命令定义的,该节点组元不能和其它任何刚体连接在一起。在刚体上附加的节点可以放置在模型的任何地方,并且可放置在初始刚体外。ENS选项有许多应用,包括在两个刚体结合的地方设置节点,定义施加节点载荷的节点,还有在指定的位置定义集中质量。
    不像用 EDMP 命令定义的典型刚体一样,用 EDCNSTR ,ADD,NRB命令定义的节点刚体不是和一个部件号相联系,
    而是与一个节点组元有关。当模拟刚性连接时(焊接),NRB选项是非常有用的。对于一个刚性连接,不同柔性组元(有不同的MAT
    IDs)的部分作用在一起形成一个刚体。所以说很难用一个单一的MAT
    ID(和相应的部件号)来定义这种类型的刚体。但是,用一个节点刚体很容易定义刚性连接。因为节点刚体不是和一个部件号相联系,所以使用刚体(例如用 EDLOAD
    命令施加的载荷)的其他选项不能用于节点刚体。
    薄壳到实体边界选项( EDCNSTR ,ADD,STS)把实体单元区域和薄壳单元区域固连起来,如图4-1所示,Constrained Shell to
    Solid ,
    可将一个单独壳节点固连到最多9个实体节点上,这些实体节点定义一个‘fiber‘矢量。定义‘fiber’矢量的实体单元节点在整个分析中保持线性但是在fiber方向上保持相对移动。薄壳节点必须和某个沿fiber方向的实体单元节点位置重合。
    图4-1
    与用 EDWELD 命令定义的焊接点相似,RIVET( EDCNSTR
    ,ADD,RIVET)选项在两个不同位置的节点间定义了一个无质量刚性约束。和焊接点不同的是,一个rivet不能定义破坏。当定义了一个rivet时,节点间的距离将在模拟中的任何运动中保持不变。由rivet连接的节点不能是模型中其它约束的一部分。
    4.2.2 焊接
    在显动态分析中,模拟被焊接在一起的组元是很普遍的。在部件通常是通过焊接装配在一起的汽车应用中,显得尤其普遍。这种情况下,在ANSYS/LS-DYNA中使用
    EDWELD 命令来模拟焊接约束。可以模拟两种不同类型的焊接:无质量焊接点和一般焊接。用 EDWELD 命令连接的节点不能用其它方式约束。
    对于一个无质量焊接,必须指定两个不同位置的节点。也可以用 EDWELD 命令输入失效参数在焊点内定义失效。失效依据下列关系:
    在GUI中,用下列菜单路径来定义一个无质量焊点:
    Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Spotweld>Massless Spotwld
    一般焊接用于模拟两个部件的长焊接截面。对于一般焊接,你必须指定一个有效的节点组元,可以使用重合节点。但是,如果使用了重合节点,就必须定义输出数据所用的局部坐标系。一般焊接内的失效也可以用EDWELD命令的失效参数来定义,使用与上述等式相同的关系式。
    在GUI中,采用下列菜单路径来定义一般焊接:
    Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Spotweld>Genrlizd Spotwld
    4.2.3 初始速度
    在瞬动态模拟中,经常需要定义初始条件。在ANSYS/LS-DYNA中,可以用 EDVEL 和 EDPVEL
    命令定义初始速度。可以使用这些命令对各种实体施加线速度和角速度。用 EDVEL 对节点组元或单个节点施加速度;用 EDPVEL 给部件或部件集合施加速度。
    EDVEL 和 EDPVEL 提供了两种定义角速度的方法,Option=VGEN和Option=VELO.
    VGEN方法围绕指定轴对一个实体(节点组元,部件等)施加刚体旋转。VELO法直接给每个节点的自由度施加角速度。因为只有壳和梁单元有旋转自由度,VELO法的角度输入只适用于SHELL163和BEAM161单元。对于VGEN
    和VELO方法,瞬态速度可以相对于整体笛卡尔坐标系来定义。
    注 --为了模拟旋转体,不管是否用位移,都应该用Option=VGEN因为此方法施加了刚体旋转。
    由于LS-DYNA的结构体系,定义初速度的两种方法Option=VGEN和Option=VELO不能在同一个分析中使用。
    定义初速度,可使用下列步骤:
    1.定义想要施加初速度的实体。这可以是单个节点,一个节点组元[ CM ],一个部件[ EDPART ]或一个部件集合[ EDASMP ]。
    2.确定VGEN 和VELO是否适合你的应用。
    3.在GUI中采用下列菜单路径之一定义初始速度[ EDVEL , EDPVEL ]:
    Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-w/Nodal Rotate (VELO 选项)
    Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-w/Axial Rotate (VGEN选项)
    Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-w/Nodal Rotate(VELO 选项)
    Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-w/Axial Rotate(VGEN选项)
    对于VGEN
    和VELO选项,相对于整体坐标系输入平动速度(EDVEL或EDPVEL命令的VX,VY和VZ域)。对于VELO选项,在整体笛卡尔坐标系中输入节点角速度(OMEGAX,OMEGAY和OMEGAZ域)。对于VGEN选项,输入角速度的数量级(OMEGAX)、旋转坐标轴(XC,YC,和ZC域)以及相对于整体X,Y,Z轴的方向角。
    如果没有用 EDVEL 或 EDPVEL 命令指定初始速度,则所有的初始速度为零。同样的,如果仅指定 EDVEL (例如, EDVEL
    ,VGEN,Cname)命令的Cname域或 EDPVEL(EDPVEL ,VGEN
    ,PID)的PID域,由于这两个命令的其它域缺省值为零,所以此时施加的初始速度为零。
    若想改变事先用 EDVEL
    命令指定的初始速度,用相同的组元名字或节点号重新定义一个新的速度就可以了。这个新值将覆盖原来的组元或节点值。为了显示或删除事先加在节点或节点组元的初始速度,使用
    EDVEL ,LIST和 EDVEL ,DELE 命令(在GUI中,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On
    Nodes-List,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Nodes-Delete)。
    类似的,若想改变事先用 EDPVEL
    命令指定的初始速度,可以用相同的部件或部件集合ID来重新定义一个新速度。这个新值将覆盖原来的部件或部件集合的速度。为了显示或删除事先加在部件或部件集合上的初始速度,使用
    EDPVEL ,LIST和 EDPVEL ,DELE 命令。(在GUI中,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On
    Parts-List,Main Menu>Solution>Initial Velocity>-On Parts-Delete)。
    对棒球例子来说,可以用下列命令指定初始速度:
    edvel,velo,ball,,,-1600.0 !component ball 以1600in/sec的初始速度沿-z方向运动.
    或者,假设component ball 在模型中为部件1,棒球的初始速度可给定如下:
    edpvel,velo,1,,,-1600.0 ! 部件1沿-z方向的初始速度为1600in/sec。
    4.3 耦合和约束方程
    CP 系列命令( CP,CPDELE,CPINTF,CPLGEN,CPLIST,CPNGEN,CPSGEN
    )可用来在一个结构的不同自由度(DOFS)间进行定义、修改、删除、列表和产生耦合。同样, CE 系列命令( CE , CEDELE , CEINTF ,
    CELIST , CERIG )可在一个结构的不同DOF间定义、修改、删除、列出约束方程。在ANSYS/LS-DYNA的显式动态程序中, CP 和 CE
    命令仅用于UX,UY和UZ DOFS(不允许旋转DOFS)。
    既然旋转DOFS(UX,UY,UZ)不能使用,那么在显式分析中就不能用 CP 一系列的命令来模拟涉及旋转的刚体行为。如果使用了 CP 命令,将会导致非物理响应。
    并且,要注意到,包含非重合节点,或包含不沿耦合自由度方向节点的耦合设置不会产生力矩约束。这就意味着如果结构旋转,耦合的节点也会旋转。只有作用力和反作用力在模型中满足力矩平衡。对于耦合约束的每个节点,力矩结果与节点到固定中心的距离有关,位移方向与结果力矩有关。在某些情况下这可能导致非物理响应。
    有关耦合和约束方程的详细信息,请参看《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中的耦合和约束方程。
    4.4 非反射边界
    当模拟地理力学系统时,常常用一个有限域来表示地面或其他大的实体。对于这种分析,可以在模型外部使用非反射边界限制模型的整体尺寸。可以在以SOLID164单元模拟的有限域的表面上应用这些边界。非反射边界将防止在边界产生的人工应力波反射重新进入模型从而破坏结果。
    当模型中包含非反射边界时,LS-DYNA会根据线性材料行为假设计算所有边界部分的阻抗匹配函数。因此,需进行有限元网格划分从而使所有重要的非线性行为都包含在离散模型中。
    要定义非反射边界,需选择沿SOLID164实体外表面( NSEL )组成所需边界的节点,然后定义一个节点组元( CM ),用 EDNB
    命令在这些节点组元上施加非反射边界,然后激活膨胀和剪切选项。例如,对组元“ground”可以用下列命令定义边界:
    edbound,add,ground,1,1
    用 EDNB ,LIST和 EDNB ,DELE来显示或删除定义的非反射边界。
    4.5 温度载荷
    在显式动态分析中,为了应用与温度有关的材料,或包括热应力的影响,可能需要定义温度载荷。温度载荷主要应用在PLANE162,SHELL163和SOLID164单元中。ANSYS/LS-DYNA程序提供了几种温度载荷:
    ·应用于节点组元的随时间变化的温度( EDLOAD )
    ·应用于模型中所有节点的常温度( TUNIF/BFUNIF )
    ·在顺序显式动态分析中,施加非均匀温度载荷(不随时间变化)的ANSYS热分析结果( LDREAD ,要求顺序求解)。
    第一种方法用 EDLOAD
    ,TEMP命令和一般的加载方法对给定的节点组元施加随时间变化的温度。但必须定义两个数组参数表示载荷;第一个包括时间值,第二个包括温度值。可以用这些参数定义曲线或用
    EDLOAD 命令直接输入。也可以用 EDLOAD 的SCALE参数来对这些温度值进行缩放。在§4.1General Loading
    Options,对此有详细的描述。
    第二种方法允许给模型中所有节点施加均匀不变的温度。这种方法用于模拟稳态热载荷的结构。也可以用 TUNIF 命令或 BFUNIF ,TEMP命令施加这种温度载荷。
    第三种方法允许把ANSYS热分析中计算的温度作为载荷施加到显式动态分析中。这种方法对模拟与温度有关的现象是很有用的,比如锻造。应用这种方法,必须执行隐显顺序求解。在显式阶段,可以用
    LDREAD 命令从热分析(隐)结果文件( Jobname.RTH
    )中读入温度数据,然后加到模型的节点上。在热分析中只能从指定的时间点转移这些温度。对于加载步骤的详细描述,请参考本手册的第十五章,Implicit-to-explicit
    Sequential Solution .
    对于这三种温度加载方法,可以用 TREF 命令输入参考温度。热载荷定义为施加温度和参考温度的差值。如果不定义参考温度,其缺省值为零。
    为了使温度载荷有效,必须使用温度相关双线性各向同性材料模型。忽略屈服强度和切向模量,可以用这个模型代表热弹性材料。关于这种材料模型的详细描述,请参看第七章,Material
    Models.
    注 --值得注意的是,温度加载的 EDLOAD 方法不能和 LDREAD 或 TUNIF/BFUNIF 方法混合使用。另外, EDLOAD 命令不能显示或删除
    LDREAD,TUNIF 或 BFUNIF 施加的温度载荷。
    在一个显动态分析中可以同时使用 LDREAD 和 TUNIF ( BFUNIF )。 LDREAD 命令把温度载荷施加到所选的节点上,覆盖了 TUNIF 或
    BFUNIF 定义的任何温度载荷。 LDREAD 没有选择的节点将采用 TUNIF 或 BFUNIF 命令定义的温度载荷。采用 BFDELE 命令,删除
    LDREAD 定义的温度载荷,用 BFLIST 命令显示其定义的载荷。
    4.6 动力松弛
    为进行隐式-显式连续求解(见第十五章),已将动力松驰功能加入到ANSYS/LS-DYNA程序( EDDRELAX 命令)。真实的动力松弛( EDDRELAX
    ,DYNA)是通过增加阻尼,使动能降为零,从而允许显式求解器进行静态分析。当隐式求解器用于提供预载荷时( EDDRELAX
    ,ANSYS),可采用稍不同的方法,基于预加载的几何构型(也就是,由隐式求解得到的节点位移)进行应力初始化。在后一种情况中,显式求解器仅用101个时间步来施加预载荷。而在前一种情况,求解器每250个循环步(缺省值)就检查动能直到预载荷动能耗散完毕。ANSYS/LS-DYNA支持两种方法,它在零时间瞬态分析部分开始前,在虚拟时间内进行。
    EDLOAD 命令通过PHASE标记指定分析类型。
    EDLOAD ,ADD,Lab,,Cname,Par1,Par2,PHASE
    PHASE: 0 载荷曲线仅用于瞬态分析(缺省值),或隐式-显式连续求解。
    1 载荷曲线仅用于动力松弛
    2 载荷曲线仅用于瞬态分析和动力松弛
    与ANSYS/LS-DYNA的动力松弛有关的主要有五种不同的分析类型,现讨论如下:
    1.仅瞬态动力分析( EDDRELAX, OFF):在这种情况下, EDLOAD 命令的PHASE参数置为零。不采用动力松弛,这是缺省设置。
    2.仅应力初始化而没有瞬态分析( EDDRELAX,
    DYNA):这种情况用ANSYS/LS-DYNA显式求解器近似求解静力分析,实际最好由隐式求解器,如ANSYS来处理。在 EDLOAD
    命令中PHASE参数置为1,终止时间( TIME 命令)必须置0,以预防静载荷的卸载。采用实际的动力松弛
    3.无载荷瞬态分析的应力初始化( EDDRELAX, DYNA):这种情况与前一种情况相同,不同的是时间设置为所期望的值。在零时间时,结构立即卸载,自由振动。
    4.有加载瞬态分析的应力初始化( EDDRELAX, DYNA):它类似于前一种情况,不同的是用 EDLOAD
    命令(借助于PHASE=2)在虚拟时间进行动力松弛以获得预加载并在真实时间进行瞬态分析。如果用倾斜载荷曲线代替恒定载荷曲线,则结构在零时刻时卸载并重新加载。因此,如果显式求解器需要一个倾斜载荷曲线对静态求解精确收敛,那么较好的是使用两个
    EDLOAD 命令。第一个PHASE=1)用斜坡载荷曲线施加预载荷。而第二个(PHASE=0)不用斜坡载荷曲线继续加载。
    注 --如果对同一个组元(或PART ID)和同一个载荷标签多次执行 EDLOAD 命令,那么会用最后一个 EDLOAD 命令的值。对于给定的组元(PART
    ID)和载荷标签不能使用多个PHASE参数值。为符合这一设置,必须为应力初始化和瞬态曲线复制节点组元。(这一工作区仅适用于用组元定义载荷)。
    5.隐式-显式连续求解( EDDRELAX,
    ANSYS):这种情况是用ANSYS隐式求解器施加预载荷以求得位移结果,作为预载荷施加ANSYS/LS-DYNA显示器解器的给定几何构型上,通过应力初始化得到预加载的几何实体。在
    EDLOAD 命令中的PHASE必须置为0。这种情况请参看本手册第十五章Implicit-to-explicit Sequential Solution .
    EDDRELAX 命令的2-6域都被略去。

    第五章 求解特性
    5.1 求解过程
    当模型建好后(即,单元、实常数、材料性质的定义,建立模型、网格划分、边界/初始条件指定以及加载、结束控制),执行 SOLVE
    命令即可以开始求解过程。(在GUI中,菜单路径为Main Menu>Solution>Solve)。
    此时,ANSYS/LS-DYNA程序将运行以下几步:
    1.标题记录:包括几何特性(如节点和单元等),都写到相应的两个结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS
    中。(此时ANSYS/LS-DYNA数据库中包含全部相应的信息。即在运行 SOLVE 命令前,必须执行 SAVE 命令,把所有的模型信息都写入到文件
    Jobname.DB )。
    2.将所有输入的信息写出LS-DYNA程序的输入文件 Jobname.K 。
    3.控制权由ANSYS程序转移给LS-DYNA程序。LS-DYNA求解器运行的结果写入到结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS
    中。如果执行 SOLVE 命令前给定命令 EDOPT ,ADD,,BOTH,则也将输出用于LS-POST后处理程序的结果文件(d3plot和d3thdt文件)。
    当求解结束后,ANSYS/LS-DYNA
    GUI将提醒用户求解已完成,控制权重新转回到ANSYS/LS-DYNA程序。可以通过ANSYS/LS-DYNA程序的POST1和POST26后处理器来查看结果。如果产生了错误或警告,输出窗口将自动显示弹出信息,表明有几个错误和警告。可以参考LS-DYNA的信息文件,其中详细记录了错误和警告。这些信息也同时被写入到LS-DYNA
    d3hsp文件。
    5.2 LS-DYNA 终止控制
    LS-DYNA求解终止点与建模时设定的终止控制有关。主要有以下几种终止控制类型:
    ·终止时间-用T IME 命令定义分析结束时间。时间步累积达到结束时间时计算就会停止。
    ·CPU时间限制-可以用 EDCPU 命令指定CPU时间限制(以秒为单位)。在达到时间限制时就会停止计算。
    ·终止判据-当指定点和刚性体到达某一个特定位置,或一个指定点和其它表面发生接触,可以用 EDTERM 指定结束求解。可以用这个命令设定多个判据。(详细信息请看
    EDTERM 。)
    一般用 TIME 命令指定分析结束时间。其他的终止控制都是可选的。程序遇到任何一个种终止判据时,求解都会停止。
    当执行小型重新启动( EDSTART ,2)或完全重新启动( EDSTART ,3)时,如果以前的分析由于 EDTERM
    设定的终止判据而终止,那么必须改变或删除这个判据,从而以免造成重启动立即终止。
    5.3 共享存储器并行处理
    对于大的模型,用户必须用ANSYS/LS-DYNA的共享存储器并行处理(SMP)功能来缩短分析所需的时间。要应用这一功能,一台机器上必须至少有两个处理器,并且必须申请合适的ANSYS/LS-DYNA
    SMP授权号。在申请授权时,详细信息请与ANSYS销售代表联系。
    使用SMP功能需注意:
    1.指定使用的处理器数。可以用config60.ans文件,/CONFIG命令或SETNPROC宏来设定这个值。关于这种方法的详细信息,请参看《ANSYS
    Advanced Analysis Techniques Guide》中的§9. 1 -Activating Parallel
    Processing.如果没有设定处理器数目大于一,那么在GUI中不能用合适的菜单选项来设定SMP, EDRUN 命令设置也会变为无效。
    2.执行 EDRUN 命令来定义SMP的运行。
    当使用共享存储器并行处理时,根据每个CPU的利用率及工作量,计算将会以不同的顺序进行。基于此原因,在多次运行同一个文件时,可能会注意到结果间存在细微差别。为了避免这些差别,可以指定保持一致性,保持一致性将使CPU时间增加15%。
    如果在一个平台上使用所有的CPUs(ANSYS建议运行的CPU数比可用的要少一个为好),并且应该关闭这些CPUs所有其它的应用。任何与ANSYS/LS-DYNA在SMP运行模式应用相竞争的计算或机器资源都会显着影响SMP的性能。
    当使用最多达8个处理器时,SMP性能成线性提高。当多于8个处理器时,获得的附加性能提高都很小;问题越大,性能提升潜力也越大。
    5.4 求解控制和监控
    LS-DYNA程序有几个控制开关,使得用户可以中断求解进程并检查求解状态。本节讲述怎样使用这些控制开关。

    LS-DYNA正在运行时,在ANSYS/LS-DYNA程序的操作窗口中键入CTRL-C。它将中断LS-DYNA程序的运行,进入ANSYS/LS-DYNA操作的控制命令窗口。(注意:与ANSYS不同,CTRL-C并不会让用户脱离ANSYS/LS-DYNA的GUI,LS-DYNA求解器在此背景下继续进行)。下面是一个典型的操作窗口的输出片段。
    ____________________________________________________
    initialization completed dt of cycle 1 is controlled by shell element 31time........................... 0.00000E+00time step...................... 2.78623E-05kinetic energy................. 1.00000E+03internal energy................ 1.00000E-20spring and damper energy....... 1.00000E-20system damping energy.......... 0.00000E+00sliding interface energy....... 0.00000E+00external work.................. 0.00000E+00total energy................... 1.00000E+03total energy / initial energy.. 1.00000E+00global x velocity.............. 0.00000E+00global y velocity.............. -1.28205E+01global z velocity.............. 0.00000E+00time per zone cycle= 434 microsecondsestimated total cpu time = 718. sec (??0 hrs 11 mins)estimated cpu time to complete= 718. sec ( 0 hrs 11 mins)enter sense switch:______________________________________________________________此时,可以敲入以下四个开关之一:
    SW1:ANSYS/LS-DYNA终止,记一个重启动文件。
    SW2:ANSYS/LS-DYNA的时间和循环数将会被显示。程序继续运行,此时用户可以确切地了解到求解的进度。
    SW3:ANSYS/LS-DYNA记一个重启动文件,并继续运行下去。
    SW4:ANSYS/LS-DYNA将记一个结果数组,程序继续运行。
    在操作窗口(运行CTRL-C)中最初预估的CPU时间往往是不精确的(请看上面输出例子中的预估CPU时间项),可以用CTRL-C中断LS-DYNA的求解,然后用开关SW2去得到一个运行时间和循环次数的较好估计值。ANSYS/LS-DYNA程序将把所有重要信息(例如错误,警告,失效单元,接触问题等)都写入到ANSYS/LS-DYNA的操作窗口中和LS-DYNA
    ASCII文件d3hsp中。
    在UNIX系统中,ANSYS/LS-DYNA求解进程也可以通过读取某些ASCII码输出文件的最后一些行来检验。而这需要另开一个窗口,进入到ANSYS/LS-DYNA程序的运行目录中去,然后敲入以下命令:
    tail -m filename
    其中,filename=d3hsp 或者glstat 或者matsum。对于m(查看的行数)值,30就已足够。
    d3hsp文件由ANSYS/LS-DYNA直接产生,而产生glstat和matsum文件必须在ANSYS/LS-DYNA的PREP7或SOLUTION进程中执行以下命令:
    EDOUT ,GLSTAT
    EDOUT ,MATSUM
    (有关怎样使用输出控制命令的详细信息,请参看本手册的第十二章)
    d3hsp
    ,glstat,matsum文件都是ASCII码文件。在求解过程中,这些文件都是在要求的时间点上写出。可以从这些文件中任意一个的最后30行查看结果的当前时间值并与
    TIME 命令定义的结束时间值进行比较,然后就能确定求解的进程了。
    5.5 显示小尺寸单元
    正如隐式方法和显式方法所述,ANSYS/LS-DYNA将依据其材料特性和尺寸自动计算模型中每个单元的临界时间步长。模型中的总体时间步长将依据模型中所有单元的最小临界时间步长而定。
    用户可以用 EDTP 命令根据时间步大小显式动态单元。这可以使你监控模型中的小单元区域。根据时间步长有三个选项( EDTP 命令的OPTION域)用于显示单元:
    ·选项1-显示时间步长最小的单元。根据时间步大小每个单元呈红色或黄色。根据 EDTP 命令的VALUE1域确定所显示单元的数目(缺省值=100)。
    ·选项2-用最小时间步长显示和列出单元。该选项和选项1产生同样的单元,并且可以显示最小单元。
    ·选项3-除了显示所选单元外,这个选项显示的单元和选项1一样。超出VALUE1指定数目的单元是蓝色及半透明的,其透明度与 EDTP 命令的VALUE域有关。
    在 EDTP 产生的图中,根据其时间步大小,单元将会呈现红色(最小),黄色(中间),或蓝色(最大)。
    注 --在大模型中使用 EDTP 命令时要注意,因为其时间步长的计算要花费很多的CPU时间。
    5.6 编辑LS-DYNA的输入文件
    ANSYS/LS-DYNA程序支持LS-DYNA的大部分功能,并且可以由该程序的GUI界面得到。然而值得指出的是:还有一些LS-DYNA的功能不能从ANSYS/LS-DYNA
    的GUI中直接得到,例如:
    ·一些材料特性,例如纤维,土壤等
    ·某些单元类型,例如SEATBELT
    ·在局部坐标系下对刚体的约束
    虽然这些功能不能直接使用,但熟悉LS-DYNA程序的用户仍然可以从ANSYS/LS-DYNA程序中间接地使用这些功能,这些方法将简述如下。
    当模型建好后,执行 EDWRITE 命令(在GUI中,菜单路径为Main Menu>Solution>Write Jobname.k .
    )创建一个LS-DYNA输入文件 Jobname.k. (注意到,如果为小型重启动,输入文件命名为 Jobname.R 如果为全启动, 输入文件命名为
    Jobname_nn.K)
    EDWRITE 和 SOLVE 命令的区别就是本章开始讨论的求解过程中的第三步将不运行。也就是说,只写出 Jobname.k.
    (还有ANSYS结果文件的标题),但是,LS-DYNA程序将不会开始求解。执行 EDWRITE
    命令后,在显动态分析中,可以使用包含附加功能的下列任一种方法进行求解。
    5.6.1 方法A
    1. 退出ANSYS/LS-DYNA程序
    2. 编辑LS-DYNA文件 Jobname.k 中在ANSYS/LS-DYNA程序不能直接得到的部分。
    3. 在两个结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 存在的目录下执行LS-DYNA ,
    LS-DYNA程序运行得到的结果将加入到这两个文件中。
    4.当LS-DYNA程序运行完以后,进入ANSYS/LS-DYNA程序,用后处理器(POST1和POST26)观看结果。
    5.6.2 方法B
    1.使用另一个窗口,进入到ANSYS/LS-DYNA程序运行的目录下,在原窗口下并不退出ANSYS程序。
    2.编辑输入文件 Jobname.k 中从ANSYS/LS-DYNA程序不能直接得到的部分。
    3.在相同的目录下另外运行LS-DYNA程序(该目录下有结果文件 Jobname.RST 和 Jobname.HIS
    )。求解结果将加入到这些结果文件中(记住,并没有退出ANSYS/LS-DYNA的原始窗口。)
    4.当LS-DYNA程序运行结束后,回到原来的窗口里,用ANSYS/LS-DYNA的后处理观看结果。
    对于方法A和方法B,可以通过运行lsdynaxx副本来执行LS-DYNA程序。(这里xx是ANSYS版本号)
    lsdynaxx i=jobname.k p=product name
    例如,如果在ANSYS版本6.0里ANSYS/Mechanical配有LS-DYNA,并且输入文件是“crashtest.k”,就可以敲入:
    lsdyna60 i=crashtest.k p=ansysds
    根据所运行的分析类型,可能还需要其它的命令行。对于隐显顺序求解( REXPORT 和 EDDRELAX
    命令;请参看第十五章,Implicit-to-Explicit Sequential Solution),需要参数“m=drelax”.对于重启动分析,(
    EDSTART
    命令;请参看第十三章,Restarting)这里需要参数“r=d3dumpnn”,nn为用于重启动点的存储文件号(01,02,...99)。对于任何分析,都可以包含命令行参数”memory=n”,这里n是期望开辟的内存空间。
    当使用这些方法修改 Jobname.k. 文件时,节点和单元都不能改变。同时也注意到ANSYS/LS-DYNA中的数据库并不因 Jobname.k.
    文件的改变而更新。因此,当求解完成后,用PREP7,POST1,POST26处理器进行观看时,看到的是初始模型而并不是修改后的模型。(因此,编辑关键输入文件
    Jobname.k 不是ANSYS/LS-DYNA所支持的特性)。不管什么情况下,LS-DYNA后处理器LS-POST能处理完整的计算结果(假设通过
    EDWRITE 命令执行LS-DYNA结果文件)。
    5.6.3 使用预先存在的FILE.K
    在典型的ANSYS/LS-DYNA分析中,当执行 SOLVE 命令时,就会写入结果文件标题(或执行 EDWRITE
    命令时)。但是,当仅有一个file.k输入文件存在时,LS-DYNA求解器能够创建RST和HIS结果文件标题。这就要求采用以前存在的file.k,用LS-DYNA求解,然后用ANSYS/LS-DYNA程序进行后处理。
    使用这种方法,首先应确定file.k定义的模型不包括ANSYS/LS-DYNA不支持的任何特性。然后编辑.k文件,所以对ANSYS仅有的结果文件*DATABASE-FORMAT命令设置为1,对ANSYS和LS-DYAN都有的文件,它设置为2。接下来,如上所述,运行lsdynaxx副本。
    然后可以用POST1和POST26处理结果。如果ANSYS数据不存在的话,在结果文件中不会得到单元特性(材料特性,实常数等。)但是,仍然能用ANSYS后处理器处理结果。如果要求LS-DYNA结果文件,也可以用LS-POST处理结果。

    第六章接触表面
    ANSYS/LS-DYNA中的接触表面可以使用户在模型中诸Component之间定义多种接触类型,本章将概要地讲述一下显式动态分析中定义物理上的真实接触。
    必须注意的是显式动态分析中的接触与其它类型的ANSYS分析中的接触类型不同,在其它分析中,接触是由实际接触单元表示。而在显式动态分析中没有接触单元。只需定义接触表面,它们之间的接触类型以及相应的参数。
    6.1 接触的定义
    因为在显式动态分析中会发生复杂的大变形,所以确定模型内component之间的接触是非常困难的。基于此原因,ANSYS/LS-DYNA程序中包含许多功能以使接触表面间的接触定义更容易些。在ANSYS/LS-DYNA中采用
    EDCGEN 命令来定义所有接触表面。
    使用 EDCGEN 命令时遵循下列步骤:
    第一步; 确定哪种接触类型最适合你的物理模型。
    第二步: 定义接触实体。
    第三步: 定义摩擦系数参数。
    第四步: 为给定的接触类型给定一些附加输入。
    第五步: 定义接触的杀死和激活时间。
    第一步:定义接触类型
    为了充分地描述在大变形接触和动态撞击中的复杂几何体之间的相互作用,在ANSYS/LS-DYNA中引入了许多种接触类型。这些接触类型,包括节点-表面,表面-表面,单面,单边,侵蚀,固连,固连断开,压延筋和刚性体接触,将在本章标题为“接触选项”中详细讨论,对于一般的分析而言,建议使用自动单面(ASSC),自动原则(AG),节点-表面(NTS),表面-表面(STS)接触选项。
    第二步:定义接触实体
    除单面接触(ASSC,SS和ESS)、自动通用(AG)和单边接触(SE)外,所有的接触类型都必须在发生接触的地方定义contact表面和target表面,这可用节点components,
    PART ID 或部件集合ID定义。当使用contact component和target component 时,使用选择项并用 CM
    命令把节点组合在一起(仅节点component有效),然后用下面的输入列表,说明如何使用 EDCGEN
    命令在component之间定义接触,如第四章例题的球和球棒表面间的component.
    NSEL,S,NODE,....!在球面上选择节点
    CM,BALLSURF,NODE!把被选的节点放在component BALLSURF中
    NSEL,S,NODE,....!选择球面上的节点
    CM,BATSURF,NODE!把被选节点放在component BATSURF中
    EDCGEN,NTS,BALLSURF,BATSURF,.25,.23!在组元component BALLSURF和component
    BATSURF间定义为节点-表面接触。
    此外,还可以用有限元模型内当前定义的部件号或部件集合号来定义接触表面。部件集合号可以用 EDASMP 命令定义。
    下面的命令行说明了怎样使用 EDCGEN 命令在模型中定义不同部件或部件集合间的接触;
    EDCGEN,STS,1,2,.25,.23!在部件1和部件2间生成面面接触
    另外,结合PART/部件集合和组元定义,也可以定义接触和目标表面间的接触,表述如下:
    EDCGEN,NTS,N1,2,.3,.28!在组元N1和PART2间生成点面接触
    EDCGEN,ESTS,1,N2,.15,.15!在PART1和组元N2间生成侵蚀面面接触
    EDCGEN,STS,1,1,.1,.1!在PART1间生成面面接触
    如下例所述,也可以用 EDCGEN 命令定义部件集合间的接触:
    EDCGEN,STS,5,6,.3,.28!在部件集合5和6间生成面面接触
    在一些特定的单面接触类型(ASCC,AG,ESS,和SS)中无需定义contact和target表面,在本章后面将提及到,单面接触时最常用的接触类型,模型的全部外表面在整个分析中任一点都可能发生接触。程序在单面接触中将忽略任何contact和target表面的定义,并在执行
    EDCGEN 命令时发出一个警告信息,一个典型单面接触命令如下:
    EDCGEN,ASSC,,,.34,.34!在整个模型中生成自动单面接触
    注 --在显式分析中定义接触实体时,不允许有初始穿透。因此,定义接触组元时要注意。
    第三步:定义摩擦系数参数
    接触摩擦系数是由静态摩擦系数(FS),动摩擦系数(FD),和指数衰减系数(DC)来确定的。(FS,FD和DC可以用 EDCGEN
    命令输入)假设摩擦系数与接触表面的相对速度 有关:
    粘性摩擦系数,VC(用 EDCGEN 命令输入),可以限制最大摩擦力。公式表述如下:
    这里 是接触时节点接触部分的接触面面积,VC值建议使用剪切屈服应力:
    这里 是接触材料的屈服应力。
    为了避免在接触中产生不真实的震荡,对于薄板成形模拟,可使用垂直于接触表面的接触阻尼,接触阻尼系数计算如下:
    阻尼系数
    VDC—粘性阻尼系数( EDCGEN 命令输入)。
    这里
    ;K是界面刚度
    第四步:给定附加输入
    对于侵蚀,刚性体,固连断开和压延筋接触,还需输入一些其它数据( EDCGEN 的V1-V4选项),这些数据因接触类型不同而各异,将分别简述如下:
    采用侵蚀表面接触(ENTS,ESS和ESTS)时,当表面实体单元发生失效时,需要在内部剩余单元重新定义接触。对于侵蚀接触,V1-V3定义如下:边界条件对称选项(V1)决定当单元表面失效时沿一个表面是否仍然保持对称性;内部侵蚀选项(V2)决定当外表面发生失效时沿内表面是否接着发生侵蚀;相邻材料选项(V3)决定当沿着自由表面发生失效时是否包括实体单元面。
    刚性体接触(RNTR和ROTR)通常用于多刚体动力学,在刚性体接触中,采用一条用户定义防止贯穿的力-挠度曲线,而不用线性刚度。因此,对于刚性体接触,数据曲线号(V1),用于给定刚性体接触的力计算方法类型选项(V2)和卸载刚度值(V3)必须输入。
    固连断开接触(TSTS和TNTS)用于表面胶合在一起时定义接触表面失效。对于所有固连断开接触类型,需输入拉伸失效应力(V1)和剪切失效应力(V2)定义失效准则。对于节点-表面固连断开接触。法向力指数项(V3)和剪切力指数项(V4)也需输入以定义失效准则。
    压延筋接触(DRAWBEAD)用于模拟压延筋的特殊情况,压延筋在深拉作业时有助于约束坯料。在压延筋接触中,必须输入一条载荷曲线号(V1),它给出作为压延筋位移函数的约束力弯曲分量,可以任选一条曲线号(V2),它给出作为压延筋位移函数的法向约束力以及沿压延筋的等距积分点数(V4)。
    第五步:定义激活或杀死时间
    对于每个接触定义,都可以用 EDCGEN 命令的BTIME域和DTIME域来定义杀死和激活时间。这允许在瞬态分析的任意时刻都激活接触,然后在稍后时间内杀死。
    6.1.1 列表,显示和删除接触实体
    用 EDCGEN 命令定义接触后,就可以列表、显示或删除接触实体。用 EDCLIST
    命令列出所有当前定义的接触实体。定义的每个接触都给定一个参考号用于显示接触实体,
    当前显式动态接触实体
    1一般的面面接触:节点接触实体N1,结点目标实体N2
    FS=0.10000FD=0.08000DC=0.00000VC=0.00000VDC=0.0000
    2 自动单面接触定义:模型的所有外表面
    FS=0.20000FD=0.15000DC=0.00000VC=0.00000VDC=0.0000
    用户可以采用 EDPC 命令选择和显示接触实体。显示将包括节点和单元,它与定义接触表面的方法有关(也就是说,部件或组元)。采用 EDPC
    命令的MIN,MAX,和INC域来给定最小接触实体号,最大接触实体号和接触实体号增量。因此,对于上述说明执行 EDPC
    ,1,2,1,就可以选择显示STS和ASSC接触定义的实体。值得注意的是,对于单面接触定义,模型中所有外部表面都将被选择和显示出来。
    注 -- EDPC 选择了给定接触实体的节点和单元。因此,在显示接触实体后,必须重新选择下步操作所需的所有节点和单元( SOLVE )。采用 NSEL
    ,ALL和 ESEL ,ALL命令(或其他命令的合适形式)。
    如果接触定义不正确,可以用 EDDC 命令删除它。为了删除指定的接触实体,可执行 EDDC
    ,DELE,Ctype,Cont,Targ,这里Ctype是接触类型,Cont和Targ表示已定义接触的接触和目标部件或组元。删除当前接触实体,执行 EDDC
    ,DELE,ALL。
    在小型重启动分析中不能删除接触实体( EDSTART ,2)。但是,可以用 EDDC 命令激活( EDDC
    ,DACT,Ctype,Cont,Targ)或杀死接触。当知道在什么阶段发生什么类型接触时,这个特点是非常有用的。使用此特征,必须在新分析中定义所有的接触实体(
    EDCGEN
    ),并且必须至少执行一次小型启动,一旦定义了接触类型,就可以在不必要时杀死它,而在需要时重新激活。需要时才考虑接触,这样显着节省了CPU时间。(注意,如果在新分析中用
    EDDC ,DELE删除接触,它的定义将从数据库中去除,那么就不能在后来的分析中激活它。)
    显式动态全启动分析不支持 EDDC 命令( EDSTART ,3)。也就是说,在前面分析已定义的全启动中不能删除,杀死和激活接触定义。
    6.2 接触选项
    为了充分定义在显式动态分析中表面间的复杂相互作用,在ANSYS/LS-DYNA中有24种接触类型(见下表)。在大量的接触类型中,需要用户对每一种接触类型都很了解,以便能正确地选用接触类型。因此,下面我们将讨论一下ANSYS/LS-DYNA中所有的接触类型。
    6.1 接触类型
    ? ?? ? Single surface Nodes to surface Surface to surface
    ? ?? ?Normal SSNTSSTS, OSTS
    ? ?? ?Automatic ASSC, AG, ASS2DANTSASTS
    ? ?? ?Rigid??RNTRROTR
    ? ?? ?Tied??TDNSTDSS, TSES
    ? ?? ?Tied with failure??TNTSTSTS
    ? ?? ?Eroding ESSENTSESTS
    ? ?? ?Edge? ?SE
    ? ?? ?Drawbead??DRAWBEAD
    ? ?? ?Forming??FNTSFSTS, FOSS
    6.2.1 定义接触类型
    从表6.1中看出,在ANSYS/LS-DYNA程序中主要有三种基本接触类型:单面接触,节点-表面接触,表面-表面接触。
    1.单面接触(SS,ASSC,AG,ASS2D,ESS)
    单面接触用在一个物体表面的自身接触或它与另一个物体表面接触,在单面接触中,ANSYS/LS-DYNA程序将自动判定模型中哪处表面发生接触。因此,单面接触的定义是最简单的,无需定义contact和target表面,当定义好单面接触时,它允许一个模型的所有外表面都可能接触,这对于预先不知道接触表面的自身接触或大变形问题很有用处。与隐式模型过多定义接触面将大大增加CPU时间不同,在显式模型中定义单面接触只会较少的增加CPU时间,许多碰撞和撞动态碰撞问题都需定义单面接触。由于自动通用接触(AG)很有效,它包括壳边接触(SE)和改进的梁接触,因此,推荐你在难以预测接触条件时,对于自身接触和大变形问题优先选择此种接触类型。
    2.点-面接触(NTS,ANTS,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,DRAWBEAD,FNTS)
    点面接触类型是接触节点将穿透target表面。这种接触类型通常用于一般两个表面间的接触。采用ANSYS隐式程序中同样的规则,需要定义target表面及contact表面。
    ·平面或凹面为target表面,凸面为contact表面
    ·粗网格所在面作为target面,细网格所在面为contact面
    在定义压延筋接触时,筋总为contact表面,而板料为target表面。
    3.面-面接触(STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSTS,ESTS,SE,FSTS,FOSS,TSES)
    当一个物体的表面穿透另一个物体的表面时需使用面-面接触,面-面接触类型是最常用的,并且常用于任意形状且存在较大接触面积的物体接触。这种接触类型对于物体间有大量相对滑移时很有效,例如块在平板上滑动,球在槽内滑动等。
    6.2.2 定义接触选项
    对于以上三种接触类型的每一种又含有多个接触类型选项,在ANSYS/LS-DYNA中,可用以下几个选项:
    1.通用接触(SS,NTS,STS,OSTS)
    虽然通用接触的算法最简单,但它的使用范围仍很广。实际上,ANSYS/LS-DYNA三种接触选项中有两种是NTS和STS选项。使用通用接触最大的优点在于它们的速度很快并且很可靠。使用该种类型时,只需关心接触表面的取向,接触表面方向是指定义一个面的哪一边是实体和哪一边是“空气”。当使用实体单元时,程序自动为通用接触类型正确定向,而对于壳单元的接触,用户必须自己定义表面方向,在
    EDCONTACT 命令中把ORIE域设为2,它将激活接触表面自动重新定向。特别要注意,只有壳表面没有初始贯穿时才会重新定向。
    2.自动接触(ASSC,AG,ASS2D,ANTS,ASTS)
    与通用接触类型一样,自动接触也是使用最广泛的接触。自动接触和通用接触间的主要差别就是它能通过自动接触算法自动确定壳单元的接触表面方向。在该选项中,将会检查壳单元每个面的接触,因此,通常会限制搜索深度。如果考虑到接触表面的穿透,可以使用无限或者大搜索深度的普通接触。参见本章后面的6.5节,
    Controlling Contact Depth 。
    3.侵蚀接触(ESS,ENTS,ESTS)
    侵蚀接触用于一个或两个表面的单元在接触时发生材料失效。接触依然可在剩余单元中进行。它用于实体单元穿透或是表面产生失效贯穿问题等。使用此选项,必须在 EDCGEN
    命令中指定对称平面选项(V1)、内外节点侵蚀选项(V2)以及临近材料处理选项(V3)。
    4.刚性接触(RNTR,ROTR)
    刚性体接触和通用接触中的NTS和OSTS相类似,区别在于它采用一条用户自定义的力-挠度曲线而不是线性刚度来防止穿透。这种类型的接触最典型的应用是多个刚体间的相互接触。刚性体接触的最大优点在于它们可以包括能量吸收而无需用变形单元建模。
    但是,刚性体接触(RNTR,ROTR)不能用于变形体。 刚性体和变形体间的接触必须用通用、自动或侵蚀选项来定义。对于刚性体接触选项,必须用 EDCGEN
    命令来指定数据曲线ID(V1)力的计算方法(V2)和卸载选项(V3)。
    5.固连接触(TDNS,TDSS,TSES)
    固连接触选项实际上是把接触节点(表面)和目标表面“粘合”起来,接触和目标表面开始必须共面,于是初始化时,程序会计算contact节点(表面)在target部分内的等参数位置。然后,在载荷或初始速度的作用下,contact节点(表面)须在目标表面内保持它们的等参数位置。固连接触的效果就是target表面可以变形,而contact节点将追随其变形。定义固连接触时,较粗网格的物体需定义为target表面。只有平移自由度(UX,UY,UZ)才会受固连接触的影响。
    6.断开接触(固连失效)(TNTS,TSTS)
    固连断开接触与固连接触的区别在于contact节点(表面)仅在达到失效准则前和target表面固连在一起。利用一个罚刚度使得contact节点(表面)与target表面实现“销连接“;在达到失效准则后,接触节点(表面)可以相对于目标表面滑动或与之分离。固连断开接触的典型应用是焊点和螺栓连接。TNTS和TSTS间的主要区别就是TSTS失效与失效应力有关而TNTS则与失效力有关。使用TSTS时,需用
    EDCGEN 命令来定义法向(V1)和切向(V2)失效应力;对于TNTS,需用 EDCGEN
    命令来定义法向(V1)和切向(V2)失效力以及法向(V3)和切向(V4)力的指数。固连失效准则如下式:

    7.边接触(SE)
    单边接触用于发生在垂直于壳表面法线方向的接触中。该接触选项不需要定义接触或目标表面,常用于表面法向垂直于撞击方向的薄板成形工艺中。
    8.压延筋接触(DRAWBEAD)
    压延筋接触用于金属成形工艺中,它需特别注意坯料的约束。在拉延和冲压模拟时,板料与成形表面脱离的现象是很常见的。压延筋接触要求使用弯曲和摩擦约束力,用来保证板料在整个压延筋厚度尺寸上保持接触。
    9.成形接触(FNTS,FSTS,FOSS)
    成形接触主要用于金属成形工艺。对这些接触类型来说,工具和模具定义为目标面(master),而工作部分定义为接触面(slave)。这个选项不需用网格连接,但工具的网格必须在同一方向。由于该选项基于自动接触类型,因此在金属成形应用中非常有效。
    6.3 接触搜索方法
    在ANSYS/LS-DYNA中,有两种接触算法用来确定发生接触的接触面和目标面,简述如下:
    6.3.1 网格连接跟踪
    在网格连接跟踪中,接触搜索算法用相邻单元片的共享节点去识别可能出现的接触域。因此,当一个目标片不再和接触表面节点接触时,就可以检验相邻的单元片。网格连接跟踪方法是非常有益的,因为它速度快;但也有缺点,它要求网格连续,以确保算法正确。因此,对不同的区域,必须设置不同的接触。NTS,OSTS,TSTS,TNTS和TDNS接触选项使用网格连接方法。但是,通过设置
    EDCONTACT 命令的SHTK域为正值,接触选项NTS,OSTS和TDNS须使用批处理方法。
    6.3.2 批处理方法
    除了上述提及到的接触类型外,所有的接触都使用批处理方法,就是把target表面按区域分成很多批。Contact节点可以和同一批或相邻批中任意的target接触。批处理方法很可靠,但是当target表面的单元数较多时,它要比网格连接跟踪法慢。
    6.3.3 限制接触搜索域
    通过定义一个接触箱区域,用户可以把整个区域限制在一个接触搜索域内。定义一个接触箱后,接触搜索就会在箱体坐标指定的范围内执行。它的一个优点就是当预先知道两个物体的潜在接触面积时,可以使CPU时间消耗降到最少。当用部件或部件集合定义接触时,此选项才有效。接触箱用
    EDBX 命令定义。
    EDBX , Option,BOXID,XMIN,XMAX,YMIN,YMAX,ZMIN,ZMAX
    Option 增加,删除,列表
    BOXID用户定义的ID号
    XMIN最小x坐标
    XMAX最大 x坐标
    YMIN最小y坐标
    YMAX最大y坐标
    ZMIN最小z坐标
    ZMAX最大z坐标
    一旦定义后,一个BOXID可以在 EDCGEN 命令的BOXID1和BOXID2域使用。BOXID1和接触箱相对应而BOXID2与目标接触箱对应。
    6.4 壳单元的特殊处理
    用壳单元对刚性体建模时必须很小心。自动点-面接触(ANTS)、自动单面接触(ASSC)、自动面-面接触(ASTS)和单面接触的定义,都必须考虑确定接触表面和搜索深度接触算法的壳体厚度。因此,刚性体壳单元的厚度要符合实际,厚度太小将导致接触丢失,厚度太大将导致批处理算法速度的降低。对上述接触类型来说,
    EDCONTACT 命令的壳体厚度接触选项SHTK域将忽略不计。
    EDCONTACT 中SHTK项置为1或2对NTS,STS,OSTS型接触有多种影响。第一就是直接计算接触深度(见6.5,Controlling Contact
    Depth),它由壳单元厚度和实体单元边长决定,而不由用户控制。第二,正如上面所说的一样,接触搜索算法变为批处理算法,网格连续就不必要了。
    6.5 接触深度控制
    对于通用接触类型STS,NTS,OSTS,TNTS和TSTS,用户必须保证在模型中未定义虚假接触。对于这些接触类型,ANSYS/LS-DYNA假设接触深度为
    (接近无限)。因此,任何时候一个接触节点贯穿到target表面的后面(或vice-versa),就会发生接触并产生一个与接触深度成比例的力。在显式动态分析中,由于几何体之间发生相对移动,定义多余的虚假接触是很常见的。在接触不真实的情况下,接触深度相对来说就很大,相应的接触力也会变大从而导致模型不稳。基于上述原因,ANSYS/LS-DYNA程序允许用户定义一个最大接触深度值,接触穿透超过该值,可认为是虚假的并且对它忽略不计。要控制接触穿透距离,可将
    EDCONTACT 命令中的PENCHK域值为1或2。
    在STS,NTS,OSTS,TNTS和TSTS类型的模型中,上面所说的PENCHK域控制所有接触定义的穿透检测。用 EDSP
    命令可以改变同种类型每个单独接触定义的穿透检测。
    除STS,NTS,OSTS,TNTS和TSTS外的所有其他类型的接触,其穿透深度由单元厚度自动限制,而不能由用户自动调整。壳单元和实体单元接触深度的表达式为:
    壳单元 :接触深度=min[壳厚度,0.4×最短边长,0.5× ]
    实体单元 :接触深度=min[体积/面积,0.5× ]
    6.6 接触刚度
    6.6.1 罚因子的选择
    两个物体间发生接触时必须建立刚度的关系。如果没有接触刚度,物体之间将会互相穿透。通过两个物体间的“弹性弹簧”可以建立这种关系,这里接触力等于接触刚度(k)与穿透量(δ)的乘积。因此,两个物体间的穿透量(δ)或不相容性与刚度k有关。理想情况下,应没有穿透,但这意味着k=∞从而将导致数值不稳。k值与接触物体的相对刚度有关。在ANSYS/LS-DYNA程序中,接触刚度由下述关系确定:
    -实体单元片
    -壳单元片
    其中,
    Area=接触面积
    K=接触单元的体积模量
    fs=罚因子(缺省为0.1)
    在大多数情况下,ANSYS/LS-DYNA程序自动确定的接触刚度参数能提供良好的结果。也可以通过 EDCONTACT
    命令中的SFSI域输入新的罚因子值来改变所有接触面的接触刚度。由经验可知,SFSI值超过0.1将会引起不稳定。
    6.6.2 对称刚度
    如果由于材料性质或单元尺寸的差别而在接触和目标表面间引起接触应力的不匹配,可能导致不稳定和不切实际的情况。它可以通过调整 EDCONTACT
    命令中罚刚度选项PENO来克服。例如,把PENO置为1,接触和目标面的刚度都将被考虑,并采用表面间的最小应力值。
    如果接触刚度有很大差别,程序将它们进行比例缩放,使它们的数值接近,并覆盖用户输入的比例因子。
    连同相对质量,闭合接触单元是一个弹簧-质量系统,其当前稳定性判据会得出显式分析的极限时步。程序会报告一个最小时步信息。如果采用的实际步长大于信息中所列出的,则要用
    EDCONTACT 命令修改不协调表面的罚函数比例,或者用 EDCTS 命令缩小实际步长。若两个时步间的差别很小,则不必用此方法。
    除了用 EDCONTACT 命令的SFI和PENO选项来控制接触表面间的罚刚度外,个别接触(从)和目标(主)的刚度值也可以用 EDCMORE 命令调整。
    EDCMORE 命令与 EDCONTACT 命令的区别在于, EDCONTACT 命令适用于模型中所有的接触,而 EDCMORE
    命令只允许定义单个接触表面的附加接触参数。在ANSYS/LS-DYNA程序确定的缺省刚度值不够的情况下,可以用 EDCMORE
    命令的Va1和Va2域调整主从罚刚度。
    6.7 2D 接触选项
    为了定义PLANE162单元的接触,在ANSYS/LS-DYNA程序中存在一个特定的2维接触选项。ASS2D是一个单面接触选项(和ASSC类似)。与3-D单元所用接触相类似,可以用
    EDCGEN 命令来定义ASS2D选项:
    EDCGEN , ASS2D,Cont,Targ,FS,FD,DC,…BTIME,DTIME
    对于2-D接触,只有 parts 可以用来定义接触和目标组元。使用ASS2D仅可使用FS,FD,DC,BTIME,DTIME域。在2-D接触中, EDCGEN
    命令的所有其它域都将被忽略。

    第七章 材料模型
    ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型,它们可以表示广泛的材料特性,可用材料如下所示。本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。对于每种材料模型的详细信息,请参看Appendix
    B,Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical
    Manual》的第十六章(括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA材料号)。
    线弹性模型
    ·各向同性(#1)
    ·正交各向异性(#2)
    ·各向异性(#2)
    ·弹性流体(#1)
    非线弹性模型
    ·Blatz-ko Rubber(#7)
    ·Mooney-Rivlin Rubber(#27)
    ·粘弹性(#6)
    非线性无弹性模型
    ·双线性各向同性(#3)
    ·与温度有关的双线性各向同性(#4)
    ·横向各向异性弹塑性(#37)
    ·横向各向异性FLD(#39)
    ·随动双线性(#3)
    ·随动塑性(#3)
    ·3参数Barlat(#36)
    ·Barlat各向异性塑性(#33)
    ·与应变率相关的幂函数塑性(#64)
    ·应变率相关塑性(#19)
    ·复合材料破坏(#22)
    ·混凝土破坏(#72)
    ·分段线性塑性(#24)
    ·幂函数塑性(#18)
    压力相关塑性模型
    ·弹-塑性流体动力学(#10)
    ·地质帽盖材料模型(#25)
    泡沫模型
    ·闭合多孔泡沫(#53)
    ·粘性泡沫(#62)
    ·低密度泡沫(#57)
    ·可压缩泡沫(#63)
    ·Honeycomb(#26)
    需要状态方程的模型
    ·Bamman塑性(#51) ·Johnson-Cook塑性(#15)
    ·空材料(#9)
    ·Zerilli-Armstrong(#65)
    ·Steinberg(#11)
    离散单元模型
    ·线弹性弹簧
    ·普通非线性弹簧
    ·非线性弹性弹簧
    ·弹塑性弹簧
    ·非弹性拉伸或仅压缩弹簧
    ·麦克斯韦粘性弹簧
    ·线粘性阻尼器
    ·非线粘性阻尼器
    ·索(缆)(#71)
    刚性体模型
    ·刚体(#20)
    7.1 定义显示动态材料模型
    用户可以采用ANSYS命令 MP , MPTEMP , MPDATA , TB , TBTEMP 和 TBDATA 以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP
    来定义材料模型。下一节 显动态材料模型的描述 ,说明了怎样使用命令定义每种材料模型的特性。
    通过GUI路径定义材料模型比使用命令直接得多:
    1.选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.Define Material
    Model Behavior对话框出现。
    注 --如果不事先定义ANSYS/LS-DYNA单元类型,那么就不能定义ANSYS/LS-DYNA材料模型。
    2.在 Material Models Available
    窗口的右侧,双击LS-DYNA,然后选择一种材料模型种类:线性、非线性、状态方程、离散单元特性或刚体材料。
    3.双击一种材料的子目录。例如,在非线性材料中,有弹性、非弹性和泡沫材料模型。
    4.继续双击下面的材料分类直到数据输入对话框出现。框中的选项包括所有的材料模型,它对所选的材料模型都有效。
    5.输入所需的值,单击 OK 。然后在 Materials Models Defined 窗口左边就列出了材料模型的类型和号码。
    然后用户可以双击 Materials Models Defined 窗口左边的材料模型使相关数据对话框出现。这样就可以修改其值。然后单击 OK 。
    用户可以选择Edit>Copy并指定新模型号来复制现有材料模型的内容,复制的材料模型以新模型号列在 Materials Models Defined
    窗口左侧,其内容与原材料模型内容相同。
    单击模型号选定它,然后选择Edit>Delete,可以删除材料模型。
    使用GUI路径定义材料的详细信息,参看§1.2.4.4 《ANSYS Basic Analysis Guide》中的Material Model
    Surface,也可参看《ANSYS Operations Guide》的§4.2.1.10 Using Tree
    Structure来获得材料模型界面结构层的详细信息。如果用户通过GUI路径来定义、修改、复制或删除材料模型,ANSYS将自动发出正确命令并将其写入log文件中。
    7.2 显式动态材料模型的描述
    本节将详细讲述每一种材料模型。每当提及“加载曲线ID”时,就需要输入一条材料数据曲线ID,用 EDCURVE 命令定义材料数据曲线,见第四章 ,Loading
    。当采用交互工作方式时,所有材料模型的可用特性都出现在材料模型对话框中。当使用批处理或命令流方式时,相应的命令都提供在这里。要保证定义材料属性为模型列出的,不要定义与模型无关的数据。
    7.2.1线弹性模型
    7.2.1.1各向同性弹性模型
    各向同性弹性模型。使用MP命令输入所需参数:
    MP ,DENS—密度
    MP ,EX—弹性模量
    MP ,NUXY—泊松比
    此部分例题参看B.2.1,Isotropic Elastic Example:High Carbon Steel。
    7.2.1.2正交各向异性弹性模型
    正交各向异性弹性模型。用MP命令输入所需参数:
    MP ,DENS—密度
    MP ,EX—弹性模量(EY,EZ);需一值
    MP ,NUXY—从泊松比(NUXY,NUXZ);需一值或
    MP ,PRXY—主泊松比(PRYZ,PRXZ);需一值
    MP ,GXY—剪切模量(GYZ,GXZ);需一值
    当仅给定一个值时(例如,EX)其它值将自动定义(EY=EZ=EX)。用 EDLCS 和 EDMP
    ,ORTHO命令定义材料坐标系统。如果没有给定材料坐标系统,材料特性将单元的I,J,L节点定义的材料轴保持正交各向异性(参看下图)。对于多层复合壳,用 TB
    ,COMP命令代替,并作为SHELL163单元实常数给定层性质。详细信息参看§7.2.3.11 Composite Damage Model.
    例题参看B.2.2 Orthopic Elastic Example:Aluminum Oxide.
    7.2.1.3 各向异性弹性模型
    此种材料的描述需要全弹性矩阵。由于其对称性,仅需21种常数。这种材料仅对SOLID164单元和PLANE162单元有效(轴对称和平面应变问题)。
    用 MP 命令输入密度。用 TB ,ANEL命令以上三角形式输入常数。用 EDLCS 和 EDMP
    ,ORTHO命令定义材料方向轴。如果没有定义材料坐标系,材料性质将与单元的I、J、L节点所定义的材料轴保持正交各向异性(参看上面的单元坐标系图)。
    MP ,DENS—密度
    TB ,ANEL
    TBDATA ,1,C11,C12,C22,C13,C23,C33
    TBDATA ,7,C14,C24,C34,C44,C15,C25
    TBDATA ,13,C35,C45,C55,C16,C26,C36
    TBDATA ,19,C46,C56,C66
    当用户使用 TBLIST
    显示材料类型的数据信息时,这些常数以下三角形式[D]出现而不是上三角形式[C]。这一矛盾不是计算错误;材料数据已准确传递给LS-DYNA程序。
    例题参看B.2.3,Anisotropic Elastic Example:Cadmium。
    7.2.1.4 弹性流体模型
    使用此选项来模拟动态冲击载荷作用下盛满流体的容器。可以用 MP 命令输入密度(DENS),用 EDMP 命令定义材料模型为弹性流体:
    MP ,DENS
    EDMP ,FLUID,MAT,VAL1
    流体模型要求指定体积模量,可以在上述命令的VAL1域输入。除了使用 EDMP 外,用户也可用 MP
    命令输入弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。然后程序将计算体积模量如下所示:
    MP ,EX
    MP ,NUXY
    如果VAL1( EDMP 内)、EX和NUXY都指定了,VAL1将用作体积模量。
    7.2.2非线性弹性模型
    7.2.2.1Blatz-ko弹性橡胶模型
    Blatz和ko定义的超弹连续橡胶模型。该模型使用第二类Piola-Kirchoff应力:
    其中,G—剪切模量,V—相对体积,ν—泊松比, —右柯西-格林应变张量,而 —Kronecker delta。用 MP
    命令输入密度(DENS)和剪切模量(GXY)。
    例题参看B.2.4,Blatz-Ko Example:Rubber。
    7.2.2. 2 Mooney-Rivlin 橡胶弹性模型
    不可压缩橡胶模型。它与ANSYS的Mooney-Rivlin 2-参数模型很相似。输入 , 和 来定义应变能量密度函数:

    , 和 是右柯西-格林张量不变量。
    用 MP 命令输入泊松比( )和密度。(泊松比的值要比推荐的大一些,太小的值不能工作。)用 TB 和 TBDATA
    命令输入Mooney-Rivlin常数,只允许一种温度下的数据,并且必须放在数据表中的1和2位置。
    TB ,MOONEY,,,,0
    TBDATA ,1,
    TBDATA ,2,
    如果不直接输入 和 ,可以设这些常数为0,然后用载荷曲线提供表格式单轴数据。程序将根据 TBDATA
    命令的3-6项所输入的实验数据来计算这些常数。使用这种输入法,必须设 TB 命令的TBOPT=2:
    TB ,MOONEY,,,,2
    TBDATA ,1, (设为0,应用实验数据)
    TBDATA ,2, (设为0,应用实验数据)
    TBDATA ,3, (试样测量长度 )
    TBDATA ,4, (试样测量宽度)
    TBDATA ,5, (试样厚度)
    TBDATA ,6, (载荷曲线ID)
    提供单轴数据的载荷曲线应使测量长度 随相应力的变化而变化。在压缩中,力和长度变化须为负值。在拉伸中,力和测量长度变化须为正值。单轴方向的主拉伸比 由下式给出:
    —初始长度,L—实际长度。
    或者可以通过设定测量长度、设置厚度和宽度为1.0,并且在测量长度变化处定义工程应变以及在有作用力的地方定义名义(工程)应力,从而输入应力-应变曲线。
    在ANSYS/LS-DYNA求解的初始阶段,用最小二乘法来处理输入的实验数据。
    例题参看B.2.5 Mooney-Rivlin Example :Rubber 。
    7.2.2. 3 粘弹性模型
    Herrmann和Peterson提出的线性粘弹性模型。模型采用偏量特性:
    这里剪切松弛模量由下式给出:
    在模型中,由体积V计算增量积分压力时,需事先进行弹性体积假设,即V:p=K 。用参数 、 、K(体积模量)和β来定义线粘弹性模型。用 TB ,EVISC和
    TBDATA 命令的46、47、48和61项输入以上数据:
    TB ,EVISC
    TBDATA ,46,
    TBDATA ,47,
    TBDATA ,48,K
    TBDATA ,61,1/β
    注 --对于这种材料选项,必须用 MP 命令定义密度(DENS)。
    例题参看B.2.6, Viscoelastic Example:Glass。
    7.2.3 非线性无弹性模型
    7.2.3.1 双线性各向同性模型
    使用两种斜率(弹性和塑性)来表示材料应力应变行为的经典双线性各向同性硬化模型(与应变率无关)。仅可在一个温度条件下定义应力应变特性。(也有温度相关的本构模型;参看Temperature
    Dependent Bilinear Isotropic Model)。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx),泊松比(NUXY)和密度(DENS),程序用EX和NUXY值计算体积模量(K)。用 TB 和 TBDATA
    命令的1和2项输入屈服强度和切线模量:
    TB ,BISO
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    例题参看B.2.7,Bilinear Isotropic Plasticity Example:Nickel Alloy。
    7.2.3.2 与温度相关的双线性各向同性模型
    应变率无关、用两种斜率(弹性和塑性)来表示材料应力应变特性的经典双线性各向同性硬化模型。可以在六个不同的温度下定义应力应变行为。如果仅在一个温度下定义应力应变行为,就需假定双线性各向同性材料模型(与应变率和温度无关)。可以通过输入较大的屈服强度值来以该模型、表热-弹性材料。
    用 MP 命令输入密度(DENS)(温度无关)。用 MPTEMP 和 MPDATA 输入弹性模量(Exx)、泊松比(NUXY)和热胀系数(ALPX)
    (这些特性和温度有关)。用 TB ,BISO,,NTEMP、 TBTEMP 以及 TBDATA
    命令的1和2项输入屈服强度和切线模量。屈服强度和切线模量必须相对于同一温度定义,在 MPTEMP 命令中输入。
    MP ,DENS
    MPTEMP ,1, , ,…,
    MPDATA ,EX,,1, , ,…,
    MPDATA ,NUXY,,1, , ,…
    MPDATA ,ALPX,,1, , ,…,
    TB ,BISO,,NTEMP(NTEMP可为2到6)
    TBTEMP , (第一个温度点)
    TBDATA ,1, ( 屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    TBTEMP , (第二个温度点)
    TBDATA ,1, ( 屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    (重复此形式NTEMP次)
    TBTEMP , (最后一个温度点)
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    注 --对于这些材料模型,必须提供足够范围的温度数据,使之能够覆盖分析中的实际温度。否则,分析将会中止。
    7.2.3.3 横向各向异性硬化模型
    仅供壳单元和2-D单元使用的全迭代各向异性塑性模型。在此模型中,由HILL给出的屈服函数在平面应力情况下简化如下:
    这里R为各向异性硬化参数,它为平面内的塑性应变率 和平面外应变率 之比:
    R= /
    应力应变仅定义在一个温度下。用MP命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,7和 TBDATA
    命令的1-4项输入屈服应力,切线模量,各向异性硬化参数以及有效屈服应力相对于有效塑性应变的载荷曲线ID号:
    TB ,PLAW,,,,7
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,3,R(各向异性硬化参数)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    TBDATA ,4,LCID(屈服应力和塑性应变的载荷曲线ID)
    例题参看B.2.8,Transversely Anisotropic Elastic Plastic Example:1010 Steel。
    7.2.3.4 横向各向异性FLD硬化模型
    这种材料模型用于模拟各向异性材料的板料成形。仅考虑横向各向异性材料。对于此模型,可以用定义的载荷曲线来模拟流动应力和有效塑性应变的关系( EDCURVE
    )。另外,也可以定义成形极限图(也可用 EDCURVE ,如下图所示)。ANSYS/LS-DYNA程序用此图来计算材料所承受的最大应变比。
    这一塑性模型仅在壳单元和2-D单元中使用。这一模型遵循前边所述的横向各向异性弹塑性模型所介绍的塑性理论。理论基础可参考该模型。
    使用横向各向异性FLD模型,需用 MP 命令输入密度(DENS),弹性模量(Exx)和泊松比(NUXY)。如下所示,可以用 TB ,PLAW,,,,10和
    TBDATA 命令中的1-5项定义其它参数。
    TB ,PLAW,,,,10
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    TBDATA ,3,R(各向异性硬化参数)
    TBDATA ,4,LCID1(有效应力和塑性应变的载荷曲线)
    TBDATA ,5,LCID2(定义FLD的载荷曲线)
    例题参看B.2.9,Transversely Anisotropic FLD Example:Steinless Steel。
    7.2.3.5 双线性随动模型
    (与应变率无关)经典的双线性随动硬化模型,用两个斜率(弹性和塑性)来表示材料的应力应变特性。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。可以用 TB ,BKIN和 TBDATA 命令中的1-2项输入屈服强度和切线模量:
    TB ,BKIN
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    例题参看B.2.10,Bilinear Kinematic Plasticity Example :Titanium Alloy。
    7.2.3.6 塑性随动模型
    各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型,与应变率相关,可考虑失效。通过在0(仅随动硬化)和1(仅各向同性硬化)间调整硬化参数β来选择各向同性或随动硬化。应变率用Cowper-Symonds模型来考虑,用与应变率有关的因数表示屈服应力,如下所示:
    这里 —初始屈服应力, —应变率,C和P-Cowper Symonds为应变率参数。 —有效塑性应变, —塑性硬化模量,由下式给出:
    应力应变特性只能在一个温度条件下给定。用MP命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,1和 TBDATA
    命令中的1-6项输入屈服应力,切线斜率,硬化参数,应变率参数C和P以及失效应变:
    如下所示,可以用 TB ,PLAW,,,,10和 TBDATA 命令中的1-5项定义其它参数。
    TB ,PLAW,,,,1
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    TBDATA ,3,β(硬化参数)
    TBDATA ,4, C(应变率参数)
    TBDATA ,5,P(应变率参数)
    TBDATA ,6, (失效应变)
    例题参看B.2.11,Plastic Kinematic Example:1018 Steel。
    7.2.3.7 3- 参数Barlat模型
    由Barlat Lian提出的各向异性塑性模型,用于平面应力条件下的铝质薄板模型。使用了指数和线性硬化法则。平面应力下各向异性屈服准则定义为:
    —屈服应力,a和c—各向异性材料模型,m—Barlat常数, 和 定义为

    其中h和p为附加各向异性材料常数。对于指数硬化选项,材料屈服强度给定如下:
    k—屈服系数, —初始屈服应变, —塑性应变,n—硬化系数。所有各向异性材料常数,除p隐含定义外,都由Barlat和Lian定义的宽厚应变比(R)决定:
    c=2-a
    对于任意角φ的宽厚应变比可由下式计算;
    ——沿φ方向的单轴向拉伸应力。仅在同一个温度下给定应力应变特性。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。硬化准则类型HR(线性为1或指数为2),切线模量(HR=1)或屈服系数(HR=2),屈服应力(HR=1)或硬化系数(HR=2),Barlat指数,m,厚度和宽度方向的应变比,
    , 和 以及正交各向异性材料轴,用 TB ,PLAW,,,,3和 TBDATA 命令的1-8项输入:
    最后一项CSID有两个有效值:0(缺省)和2,如果CSID=0,局部坐标系由单元节点I,J和L定义(如上图所示);如果CSID=2,材料轴由 EDLCS
    命令给定的局部坐标系决定(对于确定轴向的详细信息,请参看命令的描述)。在定义材料特性之前,必须用 EDLCS 定义局部坐标系,然后执行 EDMP
    ,ORTHO,VAL1,其中VAL1值为 EDLCS 命令定义的坐标系标号。
    7.2.3.8 Barlat 各向异性塑性模型
    由Barlat,lege和Berm发展的各向异性塑性模型,用于模拟成形过程的材料特性,各向异性屈服函数Φ定义如下:
    这里m为流动指数; 为对称矩阵 的主值,
    这里a、b、c、f、g和h代表各向异性材料常数,当a=b=c=f=g=h=1,就会模拟各向同性材料行为,而屈服表面就会简化为Tresca表面(m=1)和Von
    Mises表面(m=2或4),对于此材料选项,屈服强度由下式给出:



    这里k是强度系数, 是塑性应变, 是初始屈服应变,n是硬化系数,仅在同一温度下定义应力、应变特性。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY),强度系数,初始屈服应变,硬化系数,流动指数和Barlat各向异性常数a-h,用 TB
    ,PLAW,,,,6和 TBDATA 命令的第1-10项输入。
    ? ?? ?TB , PLAW,,,,6
    ? ?? ?TBDATA , 1, k (强度系数)
    ? ?? ?TBDATA , 2, (初始应变)
    ? ?? ?TBDATA , 3, n (硬化系数)
    ? ?? ?TBDATA , 4, m (流动指数 (Barlat) )
    ? ?? ?TBDATA , 5, a
    ? ?? ?TBDATA , 6, b
    ? ?? ?TBDATA , 7, c
    ? ?? ?TBDATA , 8, f
    ? ?? ?TBDATA , 9, g
    ? ?? ?TBDATA , 10, h
    例题参看B.2.13,Barlat Anisotropic Plasticity Example:2008-T4 Aluminum。
    7.2.3.9 应变率敏感的幂函数式塑性模型
    与应变率相关的塑性模型,主要用于超塑性成形分析,该模型遵循Ramburgh -Osgood本构关系:
    这里ε-应变; -应变率;m-硬化系数;k-材料常数;n-应变率敏感系数。应力-应变关系只能定义于一个温度下。用 MP
    命令输入弹性模量(EXX),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,4和 TBDATA
    命令的第1-4项定义材料常数、硬化系数、应变率敏感系数及初始应变率。
    ? ?? ?TB , PLAW,,,,4
    ? ?? ?TBDATA , 1, k (材料常数)
    ? ?? ?TBDATA , 2, m (硬化系数)
    ? ?? ?TBDATA , 3, n (应变率灵敏系数)
    ? ?? ?TBDATA , 4, (初始应变率)
    例题参看B.2.14,Rate Sensitive Powerlaw Plasticity Example:A356 Aluminum。
    7.2.3.10 应变率相关的塑性模型
    应变率相关各向同性塑性模型主要用于金属和塑性成形分析,在此模型中,载荷曲线用来描述初始屈服强度 与有效应变率之间的函数关系。屈服应力定义如下:
    式中 -初始屈服强度, -有效应变率, -有效塑性应变,
    应力-应变特性仅定义于同一温度下。用 MP
    命令输入弹性模量(EXX)、密度(DENS)和泊松比(NUXY)。定义初始屈服应力和有效应变率的载荷曲线号,切线模量,定义弹性模量和有效应变率的载荷曲线号,定义切线模量和有效应变率的载荷曲线ID,定义Von
    Misess失效应力和有效应变率的载荷曲线号,用 TB ,PLAW,,,,5和 TBDATA 命令的第1-5项输入。对于壳单元,可在第6项中给定Mn
    Time,取代第5项中的LCID4定义材料失效。Mn Time为自动删除单元的最小步长。
    ? ?? ?TB , PLAW,,,,5
    ? ?? ?TBDATA , 1, LCID1 (定义初始屈服应力和有效应变率的载荷曲线ID)
    ? ?? ?TBDATA , 2, E tan (切向(塑性硬化)模量)
    ? ?? ?TBDATA , 3, LCID2 (定义弹性模量和有效应变率的载荷曲线ID)
    ? ?? ?TBDATA , 4, LCID3 (定义切线模量和有效应变率的载荷曲线ID)
    ? ?? ?TBDATA , 5, LCID4 (定义Von Misess失效应力和有效应变率的载荷曲线ID)
    ? ?? ?TBDATA , 6, Mn Time (自动删除单元的最小步长,仅用于壳单元)
    例题参看B.2.15,Strain Rate Dependent Plasticity Example;4140 Steel。
    7.2.3.11 复合材料破坏模型
    此材料模型是由Chang & Chang发展的复合材料失效模型,模型采用如下5个参数:
    S1=轴向拉伸强度
    S2=横向拉伸强度
    S12=剪切强度
    C2=横向压缩强度
    =非线性剪切应力参数
    所有参数均由实验确定, 用 MP
    命令输入弹性模量(Exx,Eyy,Ezz)、剪切模量(Gxy,Gyz,Gxz),密度(DENS)和泊松比(NUXY,NUYZ,NUXZ),压缩失效时的体积模量、剪切强度、轴向拉深强度、横向拉深强度、横向压缩强度以及非线性剪切应力参数用
    TB ,COMP和 TBDATA 命令的第1-6项输入:
    ? ?? ?TB , COMP
    ? ?? ?TBDATA , 1, KFAIL (压缩失效时的体积模量)
    ? ?? ?TBDATA , 2, S12 (剪切强度)
    ? ?? ?TBDATA , 3, S1 (轴向拉伸强度)
    ? ?? ?TBDATA , 4, S2 (横向拉伸强度)
    ? ?? ?TBDATA , 5, C2 (横向压缩强度)
    ? ?? ?TBDATA , 6, (非线性剪切应力参数)
    注 --关于LS-DYNA材料模型#22(复合破坏)的详细信息,请参考《LS-DYNA Theoretical
    Manual》。即使不使用失效特性,多层复合薄片也要求此模型。薄片特性定义为 SHELL 163 的实常数。
    7.2.3.12 混凝土 破坏 模型
    此模型用于分析承受混合冲击载荷的刚劲加强混凝土材料。这一模型要求混凝土和加强材料常数以及状态方程(有关状态方程的详细信息参考7.2.6,Equation of
    State Models)。用 MP 命令输入密度(DENS)和泊松比(NUXY)用 TB ,CONCR,,,,2命令和 TBDATA
    命令的1-78项输入下列值:
    TB ,CONCR,,,,2
    TBDATA ,1, (失效的最大主应力)
    TBDATA,2, (内聚常数)
    TBDATA ,3, (压力硬化系数)
    TBDATA ,4, (压力硬化系数)
    TBDATA ,5, (屈服内聚力)
    TBDATA ,6, (屈服极限的压力硬化系数)
    TBDATA ,7, (屈服极限的压力硬化系数)
    TBDATA ,8, (失效材料的压力硬化系数)
    TBDATA ,9, (失效材料的压力硬化系数)
    TBDATA ,10, (破坏比例因子)
    TBDATA ,11, (单轴拉伸的破坏比例因子)
    TBDATA ,12, (三轴拉伸的破坏比例因子)
    TBDATA ,13,PRE(加强筋的百分比)
    TBDATA ,14, (加强筋的弹性模量)
    TBDATA ,15, (加强筋的泊松比)
    TBDATA ,16, (初始屈服应力)
    TBDATA ,17, (切线模量)
    TBDATA ,18,LCP(主材料速率敏感度的载荷曲线ID)
    TBDATA ,19,LCR(加强筋速率敏感度的载荷曲线ID)
    TBDATA ,20-32, (破坏函数1-13)
    TBDATA ,33-45, (比例因子1-13)
    TBDATA ,46,GAMA(温度常数)
    TBDATA ,47, (初始内部能量)
    TBDATA ,48, (初始相对体积)
    TBDATA ,49-58, (体积应变数据值1-10;相对体积自然记录)
    TBDATA ,59-68, ( 处的体积压力值)
    TBDATA ,69-78, ( 处的温度值)
    7.2.3. 13 分段线性塑性模型
    多线性弹塑性材料模型,可输入与应变率相关的应力应变曲线。它是一个很常用的塑性准则,特别用于钢。采用这个材料模型,也可根据塑性应变定义失效。采用Cowper-Symbols模型考虑应变率的影响,它与屈服应力的关系为:
    这里 ——有效应变率,C和P——应变率参数, ——常应变率处的屈服应力,而 是基于有效塑性应变的硬化函数。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,8和 TBDATA
    命令的1-7项输入屈服应力、切线模量、失效的有效真实塑性应变、应变率参数C、应变率参数P、定义有效全应力相对于有效塑性真应变的载荷曲线ID
    以及定义应变率缩放的载荷曲线ID。
    TB ,PLAW,,,, 8
    TBDATA ,1, (屈服应力)
    TBDATA ,2, (切线模量)
    TBDATA ,3, (失效时的有效塑性真应变)
    TBDATA ,4,C(应变率参数)
    TBDATA ,5,P(应变率参数)
    TBDATA ,6,LCID1(定义全真应力相对于塑性真实应变的载荷曲线)
    TBDATA ,7,LCID2(关于应变率缩放的载荷曲线)
    注 --如果采用载荷曲线LCID1,则用 TBDATA 命令输入的屈服应力和切线模量将被忽略。另外,如果C和P设为0,则略去应变率影响。如果使用LCID2,用
    TBDATA 命令输入的应变率参数C和P将被覆盖。只考虑真实应力和真实应变数据。在数据曲线一节中讲述了此种类型的例题。
    注 --例题参看B.2.16,Piecewise Linear Plasticity Example:High Carbon Steel。
    7.2.3. 14 幂函数塑性模型
    用于金属和塑性成形分析的与应变率有关的塑性模型。该模型提供各向同性硬化的弹塑性行为。并且它用一个包括Cowper-Symbols乘子的幂函数本构关系来描述应变率的影响:
    其中 ——应变率,C,P——Cowper-Symbols应变率参数, ——弹性应变,
    ——有效塑性应变,k——强度系数,n——硬化系数,仅能在一个温度下指定应力应变特性。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx)、密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,PLAW,,,,2和 TBDATA
    命令的1-4项输入强度系数、硬化系数和应变率参数C和P:
    TB, PLAW,,,,2
    TBDATA ,1,k(强度系数)
    TBDATA ,2,n(硬化系数)
    TBDATA, 3,C(应变率参数)
    TBDATA ,4,P(应变率参数)
    例题参看B.2.17,Powerlaw Plasticity Example:Aluminum 1100。
    7.2.4 压力相关的塑性模型
    7.2.4.1 弹塑性流体动力学模型
    该模型用于模拟承受大应变的材料,这里塑性特性可以由一系列数据点定义或屈服应力和切线模量定义。如果不指定有效真实塑性应变和有效真实应力数据,屈服强度将按下式计算(依据各向同性硬化):
    根据杨氏模量和切线模量可计算塑性硬化模量 :
    如果指定了有效真实塑性应变和应力值,应力应变特性可以由有效真实应力与真实塑性应变曲线的数据点定义。可以最多定义16个数据点。如果应变值超过了最大输入值,将使用线性插值;因此,需输入其它值来覆盖分析中所有的应变值。用
    MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和剪切模量(GXY)。用 TB ,PLAW,,,,9和 TBDATA 命令的第1-45项输入下列参数:
    TB ,PLAW,,,,9
    TBDATA ,1, (初始屈服应力)
    TBDATA ,2, (硬化模量)
    TBDATA ,3,PC(截断压力值)
    TBDATA ,4, (失效应变)
    TBDATA ,5-20, (有效应变数据曲线值)
    TBDATA ,21-36, (有效应力数据曲线值)
    TBDATA ,37, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,38, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,39, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,40, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,41, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,42, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,43, (状态常数的线性多项式方程)
    TBDATA ,44, (初始内能)
    TBDATA ,45, (初始相对体积)
    注意 TBDATA 命令指定的37-45的常数与状态模型的线性多项式方程相同。详细信息请参看§7.2.6,Equation of State Models。
    7.2.4.2 地质帽盖模型
    该模型是一种用于地质力学问题或诸如混凝土材料分析的非粘性、双常量材料模型。该模型中,双常量帽盖理论又被扩展到包括非线性随动硬化。下面将讨论扩展的帽盖模型及其参数。
    图7-1
    用应力张量不变量来描述帽盖模型。从偏量应力得出偏应力张量第二不变量的平方根 ,如下所示:
    此为变形或剪切力的客观标量尺寸。应力 -第一不变量是应力张量的轨迹。
    帽盖模型包括压力 空间的三个表面,如图7-1Surface of the Two-invariant Cap Model 所示。表面 是失效包络,
    是极限表面,而 是拉伸中止值。 的函数形式如下:
    这里 由下式给出:
    和 。这一失效包络面固定在 空间,因此,如果不存在随动硬化就不会硬化,接着,在图中,有一个帽盖表面 ,由下式给出:
    这里 由下式给出
    是帽盖表面和 轴的交叉:
    而L(k)定义为
    由硬化准则,硬化参数k 和塑性体积的变化 有关,
    在几何上,认为R为帽盖表面和失效表面交叉处的 坐标,最后,有一个截止拉伸表面,在图中表示为 ,函数 由下式给出
    式中T为输入的材料参数,它来定义材料所支持的最大静水张力, 处的弹性区域由上面的失效包络面,左边的拉伸截止表面和右边的帽盖表面来定义边界。用 MP
    命令输入密度(DENS)和剪切模量(GXY)。用 TB ,GCAP命令和 TBDATA 命令的1-13项输入下列参数。
    TB ,GCAP
    TBDATA ,1,K(体积模量)
    TBDATA ,2,α(失效包络参数)
    TBDATA ,3,θ(失效包络线性系数)
    TBDATA ,4,γ(失效包络指数系数)
    TBDATA ,5,β(失效包络指数)
    TBDATA ,6,R(帽盖表面中心线比率)
    TBDATA ,7,D(硬化率指数)
    TBDATA ,8,W(硬化率系数)
    TBDATA ,9, (硬化率指数)
    TBDATA ,10,C(动态硬化系数)
    TBDATA ,11,N(动态硬化参数)
    TBDATA ,12,Ftype(公式标志:1表示土和混凝土,2表示石头)
    TBDATA ,13,Toff(拉伸截止值;Toff〈0,在压缩中为正〉)
    对于该种材料的详细信息请参看《LS-DYNA Theoretical Manual》。
    例题参看B.2.18, Geological Cap Example:SRI Dynamic Concrete 。
    7.2.5 泡沫模型
    7.2.5. 1 闭合多孔泡沫模型
    刚性、闭合多孔、低密度聚氨酯泡沫材料模型通常用于汽车设计的撞击限制器模型。该模型与honeycomb很相似,在体积压缩达到之前,所有应力张量的分量都不耦合。但与honeycomb不同的是,闭合多孔泡沫是各向同性的,还受约束的空气压力的影响,材料模型定义应力为:
    这里 —轮廓应力, —初始泡沫应力, —泡沫与聚合物密度之比, —Kronecker delta, —体积应变定义如下:
    这里V—相对体积, —初始体积应变。屈服条件使用试探主应力,定义如下:
    这里a,b,c为用户自定义常数。只能在同一温度下定义应力应变特性。用 MP 命令输入弹性模量(Exx)和密度(DENS),假设该模型的泊松比为0,用 TB
    ,FOAM,,,,1和 TBDATA 命令的1-6项输入屈服应力常数a,b和c,初始泡沫压力,泡沫与聚合物密度之比以及初始体积应变,如下示:
    TB ,FOAM,,,,1
    TBDATA ,1,a
    TBDATA ,2,b
    TBDATA ,3,c
    TBDATA ,4, (初始泡沫压力)
    TBDATA ,5, ( 泡沫与聚合物密度之比)
    TBDATA ,6, ( 初始体积应变)
    7.2.5.2 粘性泡沫模型
    用于撞击模型的能量吸收泡沫材料。该模型包括并行的非线性弹性刚度和粘性阻尼。在粘性吸收能量同时使用用弹性刚度限定整体撞击。弹性刚度 ,初始粘性系数
    都是相对体积的非线性函数:

    —初始弹性刚度, —初始粘性系数, , —分别为弹性刚度和粘性系数的幂指数。仅能在同一种温度下定义应力应变曲线。用 MP
    命令输入弹性刚度(Exx),泊松比(NUXY)和密度(DENS)。用 TB ,FOAM,,,,3和 TBDATA
    命令的1-4项输入弹性刚度幂指数,初始粘性系数,粘性弹性刚度(防止产生时间步问题)和粘性幂函数:
    TB ,FOAM,,,,3
    TBDATA ,1, (弹性刚度的幂指数)
    TBDATA ,2, (初始粘性系数)
    TBDATA ,3, (粘性弹性刚度)
    TBDATA ,4, (粘性系数的幂指数)
    7.2.5.3 低密度泡沫模型
    高度可压缩泡沫材料模型,常常用于衬垫材料如椅子坐垫。在压缩中,该模型假设存在伴随能量耗散的滞后卸载特性。拉伸过程中撕裂发生之前,该材料模型呈线性。对于单轴载荷,该模型假设在横向方向上无耦合。采用输入形状因子控制(滞后卸载因子(HU),延迟常数(β)和卸载形状因子),就可以近似估计泡沫的卸载特性。仅可在同一温度下定义应力应变特性。用
    MP 命令输入弹性模量(Exx)和密度(DENS)。用 TB ,FOAM,,,,2和 TBDATA
    命令的1-8项输入滞后卸载因子,延迟常数,粘性系数,卸载形状因子,达到中止应力时的失效选项以及体积粘度标志:
    TB ,FOAM,,,,2
    TBDATA ,1,LCID(应力应变行为的载荷曲线ID)
    TBDATA ,2,TC(拉伸截断应力,缺省=1E20)
    TBDATA ,3,HU(滞后卸载因子:1.0-无能量耗散;0.0 –全部能量耗散)
    TBDATA ,4,β(延迟常数)
    TBDATA ,5,DAMP(粘性系数,推荐值为0.05到0.5)
    TBDATA ,6,SHAPE(形状卸载因子,缺省值=1)
    TBDATA ,7,FAIL(达到截断应力时的失效选项:0.0–截断值处的拉伸应力;1.0-拉伸应力设为0)
    TBDATA ,8,BVFLAG(体积粘度特性标志:0.0 –没有体积粘度(推荐值),1.0-激活体积粘度)
    7.2.5.4 可压缩泡沫模型
    该模型用于边侧撞击的可压缩泡沫或其它周期效应不太重要的应用。该模型与应变率有关并且在单向压缩时泊松比为0。在公式中,弹性模量认为是常数且采用弹性特性修正应力:
    —应变率,E—弹性模量,t—时间,该模型包括在拉伸载荷作用下定义失效的拉伸应力截断值。对于拉伸截断值以下的应力,该模型在拉伸和压缩载荷作用下有相同的反应。重要的是该截断值需有非零值防止材料在小拉伸载荷下产生破坏。用
    MP 命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,FOAM,,,,4和 TBDATA
    命令的1-3项输入应力体积应变曲线,拉伸截断值和粘性阻尼系数。
    TB ,FOAM,,,,4
    TBDATA ,1,LCID(应力体积应变曲线ID)
    TBDATA ,2,TC(拉伸截断值)
    TBDATA ,3,DAMP(粘性阻尼系数,)
    7.2.5.5 Honeycomb 泡沫模型
    用于Honeycomb材料的正交各向异性材料模型。在压缩之前,材料为正交异性的,应力张量分量不耦合,弹性模量呈线性分布与相对体积关系如下:



    这里 为全压缩Honeycomb材料的弹性剪切模量。并且,
    V—相对体积(定义为当前体积与原始体积之比)
    —全压缩Honeycomb的相对体积
    载荷曲线用于表示平均应力幅值随相对体积的变化。每个曲线必须有相同的横坐标值。曲线可以定义为相对体积(V)或体积应变(1-V)的函数。用 MP
    命令输入弹性模量(Exx),密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,HONEY和 TBADATA 命令的1-17项输入下列值:
    TB ,HONEY
    TBDATA ,1, (全压缩Honeycomb材料的屈服应力)
    TBDATA ,2, (全压缩Honeycomb材料的相对体积)
    TBDATA ,3, (材料粘度系数,缺省=0.05)
    TBDATA ,4, ( 未压缩构形在aa方向的剪切模量)
    TBDATA ,5, (未压缩构形在bb方向的剪切模量)
    TBDATA ,6, (未压缩构形在cc方向的剪切模量)
    TBDATA ,7, ( 未压缩构形在ab方向的剪切模量)
    TBDATA ,8, (未压缩构形在bc方向的剪切模量)
    TBDATA ,9, (未压缩构形在ca方向的剪切模量)
    TBDATA ,10,LCA(aa方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,11,LCB(bb方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,12,LCC(cc方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,13,LCS(剪切屈服应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,14,LCAB(ab方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,15,LCBC(bc方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,16,LCCA(ca方向应力相对于相对体积或体积应变的载荷曲线ID)
    TBDATA ,17,LCRS(应变率效应的载荷曲线ID。该输入为可选项,上面定义的曲线用该曲线缩放)
    7.2.6 状态方程
    在ANSYS/LS-DYNA中有三种状态方程:
    线性多项式
    Gruneisen
    Tabulated
    这些状态模型方程用于特定模型材料,例如,Johnson-Cook 塑性和Zerilli-Armstrong模型。可以用 TB
    命令的EOSOPT域输入合适的数字来确定状态方程。
    7.2.6.1 线性多项式状态方程
    ( EOSOPT=1 )这一状态方程的内部能量呈线性分布。压力由下式给出:
    这里如果 ,就把 和 设为0。 是当前密度与初始密度之比。
    用 TBDATA 命令输入所需常数。常数的初始位置(LOC)与所用的材料模型有关。(对于初始位置值的使用请参看特定材料模型的描述。)
    TBDATA ,LOC,
    TBDATA ,LOC+1,
    TBDATA ,LOC+2,
    TBDATA ,LOC+3,
    TBDATA ,LOC+4,
    TBDATA ,LOC+5,
    TBDATA ,LOC+6,
    TBDATA ,LOC+7, (初始内部能量)
    TBDATA ,LOC+8, (初始相对体积)
    7.2.6.2 Gruneisen 状态方程
    (EOSOPT=2) 这一状态方程可由两种方法定义压力体积的关系,从而确定材料是压缩还是扩张。
    具有立体撞击速度-粒子的速度的状态Gruneisen方程定义压缩材料的压力如下:
    对于膨胀材料:
    这里C是vs-vp曲线的截距;S1,S2和S3是vs-vp曲线的斜率系数, 是Gruneisen gamma
    ,a是 和 的的一阶体积修正量。
    用 TBDATA 命令输入所需常数。常数的初始位置(LOC)确定所用的材料模型。(对于使用什么初始位置值请参看特定材料模型的描述。)
    TBDATA ,LOC,C
    TBDATA ,LOC+1,
    TBDATA ,LOC+2,
    TBDATA ,LOC+3,
    TBDATA ,LOC+4,
    TBDATA ,LOC+5,A
    TBDATA ,LOC+6, (初始内部能量)
    TBDATA ,LOC+7, (初始相对体积
    7.2.6.3 Tabulated 状态方程
    ( EOSOPT=3 )Tabulated状态方程模型的内部能量呈线性分布。压力定义如下:
    用 TBDATA 命令输入所需的常数。常数的初始位置(LOC)取决于所用的材料模型。(对于使用什么初始位置值请参看特定材料模型的描述。)
    TBDATA ,LOC,GAMA(温度常数)
    TBDATA ,LOC+1, (初始内部能量)
    TBDATA ,LOC+2, (初始相对体积)
    TBDATA ,LOC+3-LOC+12, (体积应变值1-10,相对体积的自然标记)
    TBDATA ,LOC+13-LOC+22, ( 处的体积压力值)
    TBDATA ,LOC+23-LOC+32, ( 处的温度值)
    7.2.6.4 Bamman 塑性模型
    该模型相当复杂,主要用于金属成形过程, 塑性与应变率和温度相关。Bamman 模型不要求其它的状态模型方程(不需要EOSOPT),因为在 TBDATA
    命令的21-26项定义了状态方程的内部变量(如下所示)。
    用 MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。用 TB ,EOS 和 TBDATA 命令的1-26项输入下列参数:
    TB ,EOS,,,,4
    TBDATA ,1, (初始温度)
    TBDATA ,2,HC(热生成系数)
    TBDATA ,3-20, (流动应力常数)
    TBDATA ,21-26, ( 内部状态方程变量)
    关于该模型的运动学详细描述以及所需输入常数的详细信息,请参看《LS-DYNA Theoretical Manual》的第十六章材料模型51的描述。
    7.2.6.5 Johnson-Cook 塑性模型
    该模型也称为粘弹性模型,它是一种与应变率和绝热(忽略热传导)温度相关的塑性模型。该模型适用于应变率大范围变化的问题和由塑性耗散导致的材料硬化引起的温度变化问题。此模型可以用于壳单元和实体单元。对于实体单元,需要状态方程(后面将讨论)。
    Johnson和Cook将流动应力表示如下:
    这里,A,B,C和m都是材料常数。
    是有效塑性应变
    是 时的有效塑性应变率。
    相应温度=
    破坏应变定义如下:
    这里 为压力与有效压力之比。
    当破坏参数 为1时,就会发生破裂。
    用 MP 命令输入杨氏模量(EX)、密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,EOS和 TBDATA 命令输入上述方程中的参数:
    TB ,EOS,,,,1,EOSOPT
    TBDATA ,1,A
    TBDATA ,2,B
    TBDATA ,3,n
    TBDATA ,4,C
    TBDATA ,5,m
    TBDATA ,6,
    TBDATA ,7,
    TBDATA ,8, (有效塑性应变率)
    TBDATA ,9,CP(比热)
    TBDATA ,10,压力截断值
    TBDATA ,11,
    TBDATA ,12,
    TBDATA ,13,
    TBDATA ,14,
    TBDATA ,15,
    使用Johnson-Cook
    塑性模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程都有它自己的常数,从
    TBDATA 命令的第16项开始上述参数。关于三种状态模型方程的描述请参看§7.2.6, Equation of State Models.
    关于线性多项式EOS的例题参看B.2.19,Johnson-Cook Linear Polynomial EOS Example: 1006 Steel。
    关于Gruneisen EOS的例题参看B.2.20, Johnson-Cook Gruneisen EOS Example:OFHC Copper。
    7.2.6. 6 空材料模型
    该材料考虑状态方程时不用计算偏应力。也可以选择定义一个粘度。拉伸和压缩时的侵蚀也可以考虑。杨氏模量和泊松比仅用于设置接触表面刚度,所以需用一个合理的值。
    用 MP 命令输入杨氏模量(EX)、密度(DENS)和泊松比(NUXY)。用 TB ,EOS 和 TBDATA 命令的1-4项输入下列参数:
    TB ,EOS,,,,2,EOSOPT
    TBDATA ,1,压力截断值( )
    TBDATA ,2,粘度系数(任选)
    TBDATA ,3,拉伸时侵蚀的相对体积( )
    TBDATA ,4, 压缩时侵蚀的相对体积( )
    当使用空材料模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程都有它自己的常数,从
    TBDATA 命令的第16项输入上述参数。关于三种状态模型方程的描述请参看7.2.6, Equation of State Models.
    关于线性多项式EOS的例题参看B.2.21,NULL Material Linear Polynomial EOS Example:Brass。
    关于Gruneisen EOS的例题参看B.2.22,Null Material Gruneisen EOS Example:Aluminum。
    7.2.6. 7 Zerilli-Armstrong 模型
    该模型用于金属成形过程和高速冲击过程,这里应力与应变、应变率以及温度有关。Zerilli-Armstrong 模型对屈服应力表示如下:
    对于面心立方金属:
    对于体心立方金属:
    这里
    热容和温度的关系给定如下:
    Zerilli-Armstrong模型也需定义一种状态方程。
    用 MP 命令输入密度(DENS)、弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)。用 TB ,EOS和 TBDATA 命令的第1-19项输入下列参数:
    TB ,EOS,,,,3,EOSOPT
    TBDATA ,1, (初始应变)
    TBDATA ,2,N(体心立方金属的应变指数)
    TBDATA ,3, (室温)
    TBDATA ,4,PC(压力截断值)
    TBDATA ,5,SPALL(破坏类型。SPALL=1.0,使用最小压力极限;SPALL=2.0,用最大主应力;SPALL=3.0,用最小压力截断值/)
    TBDATA ,6, (流动应力系数)
    TBDATA ,7, (流动应力系数)
    TBDATA ,8, (流动应力系数)
    TBDATA ,9, (流动应力系数)
    TBDATA ,10, (流动应力系数)
    TBDATA ,11, (流动应力系数)
    TBDATA ,12, (失效应变)
    TBDATA ,13, (温度系数)
    TBDATA ,14, (温度系数)
    TBDATA ,15, (温度系数)
    TBDATA ,16, (热容系数)
    TBDATA ,17, (热容系数)
    TBDATA ,18, (热容系数),
    TBDATA ,19, (热容系数)
    当使用Zerilli-Armstrong模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3).每种方程都有它自己的常数,从
    TBDATA 命令的第20项输入上述参数。关于三种状态模型方程的描述请参看§7.2.6, Equation of State Models.
    7.2.6. 8 Steinberg 模型
    该模型用于模拟带失效的实体单元的高应变率效应。屈服强度是温度和压力的函数.需定义一种状态方程。
    Steinberg材料模型开始主要用于处理高应变率的塑性问题( ),这里应变率变化对材料屈服应力的影响达到饱和。此模型中,剪切模量(G)和屈服强度(
    )都随压力的增大而增大而随温度的升高而降低。当材料达到熔点时,G和 均为零。
    模型中,材料熔化前剪切模量定义如下:
    这里 ,b,h和f都为试验确定的材料常数,p是压力,V是相对体积, 是冷压缩能量:

    是熔化能量:
    其中熔化温度为 :
    为 时的熔化温度。
    在上述方程中, 定义为
    这里R是气体常数,A是原子量。如果不定义 ,LS-DYNA在单位cm-gram-microsecond系统中用R计算。
    屈服强度给定如下:
    如果 超过 , 给定如下:
    —初始塑性应变,如果 超过了 , 设置为与 相等。材料熔化后, 和G均为初始值的一半。
    如果输入时不定义系数 ,LS-DYNA将把冷压缩能作为 或 的函数定义为十项扩展多项式形式。它与输入变量FLAG有关:

    这里 是第i个系数,并且, ,
    用线性最小平方方法来完成这一配合。
    有三种破坏模型表示拉伸载荷下材料的分裂、压碎和失效。SPALL=1,压力限制模型,限制静水应力在指定值 内。如果计算应力值比这一极限值大,这一应力重新设置为
    。此选项不仅限于散裂模型,因为偏应力不受到达拉伸截断压力的影响,并且压力截断值在整个分析中保持不变。最大主应力破坏模型,SPALL=2,检查最大主应力
    超过极限值- 时材料的断裂。注意这里要求为负值,因为 在压缩时为正值,而
    在拉伸时为正值。一旦在模型中检查有破坏情况,偏应力重新设为0,而不允许有静水压力(p<0)。计算出拉伸应力时,它们在破坏材料中重新设为0,这样的话,破坏模型就类似一种橡胶或无凝聚力材料。静水应力破坏模型,SPALL=3,检测压力超过了指定极限
    时的破坏情况。一旦检测到破坏,偏应力重新置为0,而压力的非零值要求为压缩时的值(正值)。如果随后考虑静水应力(p<0),那个单元的压力值重置为0。
    用 MP 命令输入剪切模量(GXY)和密度(DENS)。用 TB ,EOS和 TBDATA 命令的1-28项输入上述等式中的参数:
    TB ,EOS,,,5,EOSOPT
    TBDATA ,1, (初始屈服应力)
    TBDATA ,2, (硬化系数)
    TBDATA ,3,n(硬化参数)
    TBDATA ,4, (初始塑性应变)
    TBDATA ,5, (最大屈服应力)
    TBDATA ,6,b(剪切模量参数)
    TBDATA ,7, (Steinberg屈服强度参数)
    TBDATA ,8,h (Steinberg屈服强度参数)
    TBDATA ,9,f(Steinberg 指数系数)
    TBDATA ,10,A(原子量)
    TBDATA ,11, (绝对熔化温度)
    TBDATA ,12, (熔化温度参数)
    TBDATA ,13,a(熔化温度参数)
    TBDATA ,14,PC(压力截断值 )
    TBDATA ,15,SPALL(Spall
    类型。SPALL=1,使用压力极限破坏模型;SPALL=2,使用最大主应力破坏模型;SPALL=3,使用静水应力模型。)
    TBDATA ,16,FLAG (冷压缩能量标记)
    TBDATA ,17,MMN(最小体积模量)
    TBDATA ,18,MMX(最大体积模量)
    TBDATA ,19-28, (冷压缩能量常数)
    使用Steinberg模型时,可以定义三种状态方程的其中一种:线性多项式(EOSOPT=1),Gruneisen(EOSOPT=2),Tabulated(EOSOPT=3)。每种方程都有它自己的常数,从
    TBDATA 命令的第29项开始输入上述参数。关于三种状态模型方程的描述请参看7.2.6, Equation of State Models.
    关于Gruneisen EOS的例题参看B.2.23, Steinberg Gruneisen EOS Example:Stainless Steel。
    7.2.7 离散单元模型
    7.2.7.1 线弹性弹簧模型
    该模型提供了两个节点间的平移或旋转弹性弹簧。用 TB ,DISCRETE,,,,0和 TBDATA 命令的第一项输入弹簧弹性刚度:
    TB ,DISCRETE,,,,0
    TBDATA ,1,KE(弹性刚度(力/位移)或(力矩/转动惯量))
    7.2.7.2 通用非线性弹簧模型
    该模型提供了两个节点间的通用非线性平移和转动弹簧,可承受任意加载或卸荷。用户可以定义硬化和软化特性,用 TB ,DISCRETE,,,,5和 TBDATA
    命令的1-5项输入模型参数:
    TB ,DISCRETE,,,,5
    TBDATA ,1,LCDL(加载时,定义力与位移或力矩与转动惯量的载荷曲线ID)
    TBDATA ,2,LCDU(卸载时,定义力与位移或力矩与转动惯量的载荷曲线ID)
    TBDATA ,3,BETA(硬化参数)
    TBDATA ,4,TYI(拉伸时的屈服应力(=0:伴随有应变软化的拉伸或压缩屈服; 0,没有应变软化的动态硬化;=1:没有应变软化的各向同性硬化。))
    TBDATA ,5,CYI(压缩时的初始屈服应力(〈0〉)
    7.2.7.3 非线性弹性弹簧模型
    该模型提供了具有任意力/位移或力矩/转动惯量的非线性弹性平移或转动弹簧。用 TB ,DISCRETE,,,,3和 TBDATA 命令的1-2项输入模型参数:
    TB ,DISCRETE,,,,3
    TBDATA ,1,LCID(载荷曲线ID(力与位移或力矩与转动惯量))
    TBDATA ,2,LCR(可选载荷曲线号,描述了力或力矩分别作为相对速度或角速度的函数的比例因子。)
    7.2.7.4 弹塑性弹簧模型
    该模型提供了弹塑性平移或转动弹簧。其在两个节点间具有各向同性硬化特性。用 TB ,DISCRETE,,,,2和 TBDATA
    命令的1-3项输入弹性刚度、切向刚度和屈服力:
    TB ,DISCRETE,,,,2
    TBDATA ,1,KP(弹性刚度(力/位移或力矩/转动惯量))
    TBDATA ,2,KT(切向刚度(力/位移或力矩/转动惯量))
    TBDATA ,3,FY(屈服(力)或(力矩))
    7.2.7.5 非弹性仅拉或仅压缩弹簧模型
    该模型提供了两个节点间的一种非弹性拉伸或仅压缩平移或转动弹簧。用户可以选择定义卸载刚度而不是最大加载刚度。用 TB ,DISCRETE,,,,7和 TBDATA
    命令的1-3项输入模型参数:
    TB ,DISCRETE,,,,7
    TBDATA ,1,LCFD(描述任意力/转矩和位移/扭矩的载荷曲线ID,不管弹簧处于拉伸或压缩状态,必须定义在正的力-位移象限)
    TBDATA ,2,KU(卸载刚度,最大KU值和用于卸载的力/位移或力矩/扭矩曲线中最大加载刚度)
    TBDATA ,3,CTF(压缩或拉伸指示:-1.0,仅拉伸,0.0-仅压缩(缺省),1.0-仅压缩)
    7.2.7.6 麦克斯韦粘性弹簧模型
    该模型提供了两个节点间三参数麦克斯韦粘弹性平移或转动弹簧。可以选择定义剩余力/力矩的终止时间。用 TB ,DISCRETE,,,,6和 TBDATA
    命令的1-6项输入模型参数:
    TB ,DISCRETE,,,,6
    TBDATA ,1,Ko(瞬时刚度)
    TBDATA ,2,KI(持久刚度)
    TBDATA ,3,BETA(延迟参数)
    TBDATA ,4,TC(终止时间,在这之后,传送不变力/力矩)
    TBDATA ,5,FC(终止时间后的力/力矩)
    TBDATA ,6,COPT(时间执行选项)
    7.2.7.7 线性粘性阻尼模型
    该模型提供了两个节点间的线性平移或转动阻尼器。用 TB ,DISCRETE,,,,1和 TBDATA 命令的第1项输入模型参数:
    TB ,DISCRETE,,,,1
    TBDATA ,1,DC(阻尼常数(力/位移比率)或(力矩/转动惯量比率))
    7.2.7.8 非线性粘性阻尼模型
    该模型提供了一种非线性阻尼弹簧,它与两个节点间的任意的力/速度或力矩/角速度有关。载荷曲线必须包括正负象限区的响应,并且过原点(0,0),用 TB
    ,DISCRETE,,,,4和 TBDATA 命令的第一项输入载荷曲线ID:
    TB ,DISCRETE,,,,4
    TBDATA ,1,LCID(描述力与位移速度的关系或力矩与角速度的关系的载荷曲线ID。载荷曲线必须定正负象限区的响应,并且过原点(0,0))
    7.2.7.9 缆(索)模型
    用此模型来真实模拟弹性线缆(索)。在压缩中不产生力,仅仅当线缆中有拉伸时,则其产生的力不为0,该力定义如下:
    式中 为长度的变化。
    =当前长度-(初始长度-平移量)
    刚度定义如下:
    对于LINK167来说用实常数定义面积和平移量。对于松弛电缆,平移量应为负长度。对于初始拉伸力,平移量应为正值。如果定义了载荷曲线,则忽略了杨氏模量而只用载荷曲线。载荷曲线定义为工程应力和工程应变,例如,在原始长度上的变化。用
    MP 和 EDMP 命令输入所需的值:
    MP ,DENS
    MP ,EX
    EDMP ,CABLE,MAT,载荷曲线ID
    例题参看B.2.24,Cable Material Example:Steel。
    7.2.8 刚性体模型
    7.2.8.1 刚性体模型
    用 EDMP 命令定义刚性体,例如,定义材料2为刚性体,执行: EDMP
    ,RIGIS,2。用指定材料号定义的所有单元都认为是刚性体的一部分。材料号以及单元的单元类型和实常数类型号用来定义刚体的PART ID。这些 PART
    ID用于定义刚性体的载荷和约束(如第4章所述,Loading)。刚体内的单元不必用连接性网格连接。因此,为了在模型中表示多个独立的刚性体。必须定义多个刚体类型。但是,两个独立刚体不能共同使用一个节点。
    使用 EDMP 命令的同时,必须用 MP
    命令定义刚体材料类型的杨氏模量(Ex),泊松比(NUXY)和密度(DENS)。必须指定实际的材料特性值,从而使程序能计算接触表面的刚度。基于此原因,在显动态分析中,刚性体不要用不切实际的杨氏模量或密度,刚体不能再变硬因为它已是完全刚硬的。
    因为刚性体的质量中心的运动传递到节点上,所以不能用 D
    命令在刚体上施加约束。刚体的一个节点上的约束和初始速度将转换到物体的质心。但是,如果约束了多个节点,就很难确定使用哪种约束。要正确在刚体上施加约束,使用
    EDMP 命令的平移(VAL1)和转动(VAL2)约束参数域,表示如下:
    VAL1-平移约束参数(相对于整体笛卡尔坐标系)
    0 没有约束(缺省) 1 约束X方向的位移
    2 约束Y方向的位移
    3 约束Z方向的位移
    4 约束X和Y方向的位移
    5 约束Y和Z方向的位移
    6 约束Z和X方向的位移
    7 约束X,Y,Z方向的位移
    VAL2-转动约束参数(相对于整体笛卡尔坐标系)
    0 没有约束(缺省)
    1 约束X方向的旋转
    2 约束Y方向的旋转
    3 约束Z方向的旋转
    4 约束X,Y方向的旋转
    5 约束Y和Z方向的旋转
    6 约束Z和X方向的旋转
    7 约束X,Y和Z方向的旋转
    例如,命令 EDMP ,IGID,2,7,7将约束材料的刚体单元的所有自由度。
    在定义刚体之后,可以用 EDIPART 命令指定惯性特性、质量和初始速度矢量。如果没有定义刚性体的惯性特性,程序将会依据有限元模型计算它们。
    例题参看B.2.25,Rigid Material Example:Steel。

    第八章 刚性体
    用刚性体定义有限元模型中的刚性部分可以大大减少显式分析的计算时间。这是由于定义一个刚性体后,刚性体内所有节点的自由度都耦合到刚性体的质心上。因此,不论定义了多少节点,刚性体仅有六个自由度。缺省设置时,每个刚性体的质量、质心和惯性都由刚性体体积和单元的密度计算得到。作用在刚性体上的力和力矩由每个时间步的节点力和力矩合成,然后计算刚性体的运动,位移就会转换到节点上。
    ANSYS/LS-DYNA中,将分析中保持刚性特性的刚性体定义为一种材料模型。用E DMP
    命令定义该种类型的刚性体,对于定义材料模型的详细信息,参看第7章,Material Models。
    另外,可以用 EDCRB
    命令把两个刚体结合在一起,它们的作用如同一个刚性体。但与刚性体的定义不同的是,它主要依据材料号,根据PARTID定义的刚体约束和一个约束方程号。因此,为了在两个物体间施加刚体约束,必须执行命令
    EDCRB , ADD, NEQN, PARTS, NEQN 为约束方程参考编号, PARTM 是主刚体part号, PARTS
    是从刚体part号。必须注意不能用同一个 NEQN 值执行多个 EDCRB 命令,仅使用最后一个NEQN值。当使用 EDCRB
    命令时,第二个刚性体将被第一个刚性体吸收,因而此后对第二个刚性体的任何操作将无效.
    8.1 定义惯性特性
    缺省时,程序将计算每个刚体的惯性特性。但是,用户可能会发现给刚性体设定重力、质量、初始速度(在整体或局部坐标系)的特定中心和特定惯性张量是很有用的,而不是依赖于求解过程中由有限元模型计算得到的值。可以用
    EDIPART 来定义刚性体的任意特征,命令格式如下:
    其中:PART-定义惯性的part ID
    Option -要执行的选项
    Cvect -包括部件质心坐标系的矢量
    TM -平移质量
    IRCS -惯性张量参考坐标系的标志
    Ivect -包括惯性张量分量的矢量
    Vvect -包括刚体初始速度的矢量
    CID -局部坐标系 ID
    如果采用ANSYS/LS DYMA GUI路径,可以采用下列路径Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Inertia
    Options>Define Inertia。输入上述所有参数,包括所需的矩阵参数。对于批处理输入,在执行 EDIPART 命令前需定义数组( DIM
    )并输入数据参数。下例说明了怎样定义部件2的惯性特性,此为一个刚性体。
    !定义参数输入
    tm=0.6300E-03 平移质量
    ircs=0 坐标系标志
    cid=0 坐标系ID

    /prep7

    !生成包含部件号为2的含有多个部件的刚体模型
    edmp,rigid 定义刚性体
    edpart,create 生成part列表
    !定义所需矩阵
    *dim,coord2,,3
    *dim,velo2,,6
    *dim,inert2,,6

    !给矩阵赋值
    coord2(1)=0.2450E+01,0.5000E+00,0.5000E+00
    velo2(1)=0,10.0E-7,0
    inert2(1)=0.3150E-03,0,0,0.2851E-03,0,0.2851E-03
    !
    EDIPART,2,ADD,coord2,tm,ircs,inert2,velo2,cid
    !
    8.2 加载
    正如第4章Loading描述的那样,可用 EDLOAD
    命令对刚性体施加位移和速度载荷。注意,位移和速度是施加在PART号上而并不是在节点Component上。一个典型的命令如下:
    EDLOAD , ADD, RBUX,,2, PAR1, PAR 2
    该命令就是对刚体PART2定义UX位移,PART号定义在 EDLOAD
    命令的Cname项内(注意,对于其它类型的加载,该项为Component名。而对刚性体而言,该项为PART号而非Component名)。该PART号必须与
    EDMP 命令定义的刚性体相对应。
    8.3 变形体和刚性体部件间的转换
    在一些动力学应用中,如果模型中大部分单元都是可变形的,那么,持续时间较长的刚体运动的计算量就会极为庞大。摩托车轮子就是这样一个例子,轮子翻滚持续较长时间相对于后来的撞击会占用更多的CPU。为了提高这种应用的计算效率,ANSYS/LS-DYNA提供了这样一种转换性能,它把某些材料从变形状态换至刚性状态,然后转到变形状态,通过刚体运动过程中转换变形体为刚性体,可以节省大量的CPU时间。
    变形体/刚性体转换本质上和重启动操作联系在一起,用户需要停止分析,定义部件转换,然后再重新启动分析。虽然在开始分析时不用部件转换,但必须在新分析中设定一个标志。使LS-DYNA了解模型中所有材料在计算中都有可能变为刚体。在开始分析时执行
    EDRD 或 EDRI 命令设定这一标志。
    注 ――用 EDMP ,RIGID定义的刚体永远都是刚体,不能转换成变形体.
    要转换变形体为刚性体部件,执行下列命令
    EDRD , D2R, PART, MRB
    这里, PART 是部件号, MRB 为为主刚体,转换部件要融合在其中。(在GUI中,执行Main
    Menu>Solution>Rigid-Deformable>Switch)如果不想此部件和另一个刚体融合,仅留MRB为空白即可。
    一旦使用上述命令把变形体转换为刚体后,可以接着执行
    EDRD ,R2D,PART 可以再转换回来
    在新分析中,如果没有变形体转换成刚体,但转换在重启动中可以定义,执行 EDRD ,D2R。(在GUI中,采用Main
    Menu>Solution>Rigid-Deformable>Switch)然后选择“Initialize")
    转换变形体为刚体时,可以用 EDRI 命令定义刚体的惯性特性.(Main Menu> Solution>Rigid-Deformable>Inertia
    Properties)。如果不定义惯性特性,它们将由程序计算.
    在变形体转换为刚体后,变形体上定义的一些约束变为无效.为了避免计算的不稳定,需用 EDRC 命令(Main
    Menu>Solution>Rigid-Deformable>Controls)来改变这些约束的状态,详细信息请参看 EDRC 命令的描述。
    为了使刚体转换能正常工作,单元算法的选择是很关键的。在现行LS-DYNA中,Hughes-Liu壳和梁单元不能用于部件转换。因为其应用的是应变和应力更新算法。不能使用的单元算法有:SHELL163的KEYOPT(1)=1,6,7,11,BEAM161的KEYOPT(1)=0和1。
    对于SOLID164单元要特别注意的是:当刚体转换为变形体时,单元应力为零以去除虚拟特性。
    8 . 4节点刚体
    与用 EDMP 命令定义的典型刚体不同,节点刚体和部件号无关。用 EDCNSTR
    ,ADD,NRB,COMP1定义节点刚体。这里COMP1是节点组元。节点刚体主要用于模拟刚性(焊接)接点,在该点不同的柔性组元(有不同的MAT
    IDS)作为一个刚体一起运动,因为节点刚体和部件号无关,所以本章前面讨论的刚体的其他选项(如 EDLOAD
    命令施加载荷)不能用于节点刚体。关于使用刚体的详细信息,请参看4.2.1 Constraints和 EDCNSTR 命令。
    第九章 沙漏
    尽管ANSYS/LS-DYNA中所有使用的单个积分点实体单元和壳单元在大变形中很可靠,并且能节约大量计算机时,但它们容易形成零能模式。该模式主要指沙漏模式,产生一种自然振荡并且比所有结构响应的同期要短得多(数学形态,物理上不可能)。沙漏变形没有刚度并产生锯齿形外形(如图示)称为沙漏变形。分析中沙漏变形的出现将使结果不正确,应尽量避免。
    图9-1 沙漏变形
    沙漏能影响实体和四边形单元以及二维单元,但不影响三角形壳单元,三角形2-D或梁单元。
    好的建模可以防止产生过度沙漏。基本原则是使用均匀网格,避免在单点上集中加载。由于激活的单元把沙漏模式传递给相邻单元,所有点加载应扩展到几个相邻节点组成的一个面上。一般来说,整体网格细化会明显地减少沙漏的影响。
    ANSYS/LS-DYNA提供了一些内部沙漏控制。这些方法的思想是(1)增加抵抗沙漏模式的刚度但不增加刚体运动和线性变形(2)在沙漏方向上的速度施加阻尼。
    控制沙漏模式的一种方法就是调整模式的体积粘性。程序自动计算结构的体积粘性,可抑制沙漏变形。可以调整 EDBVIS
    命令中的线性(LVCO)和二次(QVCO)项系数来增加体积粘性。然而,并不建议大幅度地改变 EDBVIS 命令中的缺省值,因为它将对结构的整体模式产生反作用。
    另一个控制沙漏变形的方法是使用SHELL163和SOLID164单元的全积分方法。此方法不会有沙漏模式。但是,它们会比其它单元算法花费更多的CPU时间,并且对于一些不可压缩行为、金属塑性和弯曲问题,它们可能导致不切实际的刚度结果(锁定)。在SHELL163中可以用假定的应变来矫正锁定。
    增加模型的弹性刚度也可以控制沙漏变形。沙漏可能出现在小位移情况,特别是使用动态松弛。在这种情况下,应增加模型的弹性刚度,而不是体积粘性值。可以用 EDHGLS
    命令增加沙漏系数(HGCO)来实现它。但是,增加该值时要十分小心,因为它可能会使模式在大变形问题中变得很僵硬,并且HGCO超过0.15时会造成不稳定。
    以上所讨论的是对整个模型进行沙漏控制。最后一种沙漏控制方法是用 EDMP
    ,HGLS命令来局部地增加模型刚度。执行此命令,必须定义材料号、沙漏控制模型(粘度或刚度)、沙漏系数和体积粘性系数。(缺省的沙漏系数和体积粘性已足够。)使用该方法时,沙漏控制只施加于给定的材料而并非整个模型。这就可以在模型的危险区域内进行沙漏控制却不改变整个模型的刚度特性。
    当显式动态分析使用缩减积分单元时,应判断沙漏是否会显着的影响结果。一般准则是,沙漏能量不能超过内能的10%,沙漏能量和内能的对比可在ASCⅡ文件GLSTAT和MATSDM中看出也可在POST20中画出。为确保这些文件中记录沙漏能量结果,
    EDENERGY 中的HGEN域须设为1。
    第十章 质量缩放
    正如附录A和下图所讨论的那样,显式时间积分的最小时间步长由最小单元长度 和音速C决定(例子为二维连续体)。注意到对于一个给定的材料特性,模型中最小时间步长
    是由最小单元尺寸控制的(图中 )。并且,对于给定的网格, 取决于音速,它是材料性质的函数(密度、弹性模量和泊松比)。在模型中用 EDTP
    命令来检查最小时间步长。

    =泊松比
    =特定质量密度
    =杨氏模量
    在ANSYS/LS-DYNA程序中,可以在分析中通过包括质量缩放来控制最小时间步长。如果程序计算出时间步太小,则须用质量缩放。当要求质量缩放时,就要调整单元密度以达到用户规定的时间步长。
    在ANSYS/LS-DYNA程序中用 EDCTS 命令定义质量缩放,使用该命令时,根据给定的DTMS值而决定施加质量缩放的两种方法之一;
    ·DTMS>0,所有的单元采用同样的时间步长,质量缩放加到全部单元上。
    ·DTMS<0,质量缩放仅加到计算时间步长小于DTMS的单元上。
    在以上两种方法中,第二种方法更有效并建议使用。虽然质量缩放可能会轻微地增加模型质量和改变质心位置,然而所节省的CPU时间足以让这些误差显得微不足道。例如,使用质量缩放,节省50%的CPU时间,而只会增加0.001%质量。必须注意,不要模型增加过多的质量,它将对惯性影响显着。
    单元计算的时间步大小乘以比例因子(通常为0.9),用户输入的质量缩放参数在缩放之前会影响时间步长,在质量缩放之后控制时间步长,采用 EDCTS
    命令的TSSFAC参数。
    第十一章 子循环
    子循环,即混合时间积分,用于模型中单元尺寸差别较大时加快分析速度。相对小的单元将使模型中所有单元包括大单元也采用小的时间步长。如果使用子循环,则根据时间步长大小而把单元分类成许多组,每一组的时间步长值可能是单元最小时间步长的数倍(图11-1,Time
    Step Sizes Before and After
    Subcycling)。这样,最小单元的最小时间步长将增加,而对于其他较大单元组,根据它们的大小可能为最小时间步长的2倍,3倍,4倍等等。使用 EDOS
    命令以打开子循环。
    t min determines time step size for all elements t fmin n*t min
    图 11-1 子循环前后的时间步长
    决定所有单元的时间步长
    在程序中,单元将被三次排序:
    1.按单元号升序排列
    2.大矢量块按PART号排序
    3.根据右端矢量的连续性
    使用子循环有两大优点:
    ·单元大小差别很大时加快分析速度
    ·允许局部网格细化而不会产生惩罚
    子循环支持下列单元和接触选项
    ·实体单元
    ·梁单元
    ·壳单元
    ·基于罚函数的接触算法
    离散单元排除在外,因为它们对分析时间耗费影响不大。
    步长接触算法中采用的界面刚度是根据从节点或主片最小值确定,交界面的每一侧单元决定的时间将互不影响,因此,当使用子循环时再增大罚刚度值将是很危险的。
    包括约束方程、刚性体或与刚性墙发生碰撞的节点通常给以最小的时间步长。
    第十二章后处理
    可以用ANSYS的两种后处理POST1和POST26查看ANSYS/LS-DYNA结果。用POST1观看整个模型在特定时刻点的结果或动画结果。用POST26观看一段时间内指定component在很多时间点的结果。显式动态分析中所需观看的一般是动画结果(POST1)和时间历程结果(POST26)。
    注 --有经验的LS-DYNA用户也可以用LSTC后处理器LS-POST。但是ANSYS不支持这种处理器。
    12.1 输出控制
    12.1.1 结果文件(Jobname.RST)和时间历程文件(Jobname.HIS)的比较
    后处理中所使用的结果取决于用 EDRST 和 EDHTIME 命令写入到 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 文件的信息。(Main
    Menu>Solution>Output Controls>File Output Freq)。
    注意 Jobname.RST 和 Jobname.HIS 的区别: Jobname.RST
    文件主要用于POST1后处理,包括整个模型的求解,但是捕捉的时间点相对较少。一般来说, Jobname.RST
    文件包含有足够的信息以形成动画。相对来说,在POST26中使用的 Jobname.HIS
    文件包括较多的时间点上的结果,但它仅限于模型的一部分。(要得到整个模型在较多时刻的结果将很快充满硬盘空间。)相比较而言, Jobname.RST
    文件中的时间步通常小于100; Jobname.HIS 文件通常是大于1000或更多。
    注 --ANSYS/LS-DYNA不支持文件分离。因此,存储在任何文件中的全部数据仅限于系统所允许的最大文件大小。对于大模型,存储在结果文件
    Jobname.RST 和 Jobname.HIS
    中的数据可能超过系统的限制。在这种情况下,ANSYS/LS-DYNA将把数据写入每一个结果文件中直到限制的大小。剩余的数据将不再写入,而存储的最后一个载荷步数据可能是不完全的。而且,如果试图用
    SET 命令获得最后一次存储的载荷步数据,系统就会产生错误。为了防止结果文件超出系统限制,应该减少写入到 Jobname.RST 和 Jobname.HIS
    的输出量。(参看 EDRST 和 EDHTIME 命令)
    12.1.2 生成POST26的Components
    在用POST26观看结果前,必须在模型中生成单元或节点Components。例如,在PREP7或SOLUTION阶段,选择想观看结果的那部分单元,生成仅含有那些单元节点的Component,也可以生成包含一组给定节点的Component。这些Components可通过GUI生成,或执行下列命令;
    ESEL,S,MAT,,1 选择材料1的单元。
    CM,elm1,elem 生成单元组件 elm1。
    NSLE 选择单元的节点。
    CM,nod1,node 生成节点组件 nod1 。
    应限制单元和节点组件以节省硬盘空间。生成组件的详细信息请参看《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。
    12.1.3 为POST26记录输出文件
    在用POST26观看结果前,必须直接命令ANSYS/LS-DYNA把相关的信息写入到 Jobname.HIS
    或其它输出文件中去,在PREP7或SOLUTION阶段,需定义时间步数、要分析的单元和节点Component以及记录的ASCII码文件。可用GUI给定上述信息(Main
    Menu>Solution>Output Controls)或执行下列命令:
    EDHTIME,NSTEPS 定义时间历程结果的时步数。
    EDHIST,elm1 定义单元component名。
    EDHIST,nod1 定义节点component名。
    EDOUT,GLSTAT 写ASCII文件GLSTAT(总的时间步和能量统计)。
    EDOUT,MATSUM 写ASCII文件MATSUM(每个PART的能量信息)。
    EDOUT,SPCFORC 写ASCII文件SPCFORC(单点约束(反作用)力)。
    EDOUT,RCFORC 写ASCII文件RCFORC(合成界面力数据)。
    EDOUT,SLEOUT 写ASCII文件SLEOUT(界面滑移能量)。
    EDOUT,NODOUT 写ASCII文件NODOUT(节点数据)。
    EDOUT,RBDOUT 写ASCII文件RBDOUT(刚性体数据)。
    LS-DYNA用户注意——如果熟悉LS-DYNA程序所产生的所有ASCII文件,可用 EDOUT ,ALL命令写出所有可能的ASCII文件。
    12.2 使用ANSYS/LS-DYNA的POST1
    ANSYS程序的POST1操作同样适用于ANSYS/LS-DYNA程序。可显示变形形状、等值线、矢量以及结果表格,对于上述或其它POST1后处理的详细信息请参看《ANSYS
    Basic Procedures Guide》。
    当采用POST1时,可用 RSYS
    命令把应力结果转换到定义的坐标系中。在打印输出、显示或单元列表操作时,就会轮换应力数据。除BEAM161,COMBI165和合成单元SHELL163(KEYOPT(3)=1)外,
    RSYS 支持所有显式单元的应力输出。在包括这些单元的模型中使用 RSYS 命令,执行此命令之前,千万不能选择不支持的单元。
    注 --任何显式单元的应变数据都不能转换。如果 RSYS 不设置为整体笛卡尔坐标系,而需要应变结果,将忽略打印或绘图命令。
    当在POST1中显示结果时,将自动去除失效单元。失效单元是那些超过指定失效准则的单元(例如失效应变)。在某些情况下,由于模型中某时间步一定数量单元失效,网格连接可能会出现丢失现象。但是,单元仍在所选之列,模型仍按所期望的那样工作。(在LS-DYNA求解中,单元失效后自动从求解中去除)。
    12.2.1 动画结果
    在POST1中也可进行动画显示;例如,可以动画显示变形形状的单元中心应力。从 Jobname.RST 文件读入一系列结果后,采用Utility
    Menu>Plotctrls>Animate>Over Results。然后使用动画对话框中的“push-button”来运行、停止、重新运行以及控制动画显示。
    如果使用命令输入,使用合适的绘图命令(例如, PLESOL )然后再运行 ANDATA 命令如下示。
    PLESOL,Item,Comp
    ANDATA
    这种方法就是读入所有的结果数据,并进行动画显示。对于快速作图,使用 INRES 命令选择结果数据中的特定类型:INRES,Item
    12.2.2 单元数据输出
    POST1中所使用的结果数据因单元不同而不同。每一种显式动态单元(LINK160,BEAM161,SHELL163,SOLID164,COMBI165,MASS166,LINK167)的输出数据,都在《ANSYS
    Elements Reference》中有完整的描述。
    以下是有关显式动态单元中应注意的几项:
    ·对于SOLID164单元,不论使用1个或8个积分点(KEYOPT(1)),应力应变结果只储存单元中心的。
    ·对于BEAM161和SHELL163单元,不论使用缩减还是多个积分点,储存应力应变结果仅在每个单元的中心(壳单元的每一层)。
    ·对于BEAM161和SHELL163单元,必需给定ANSYS/LS-DYNA计算的积分点数(采用实常数)和存储结果数据的积分点数(采用 EDINT
    命令)。缺省值时,壳单元高斯积分点数为2;对于高斯积分法,可定义到5个点(层壳)。超过5层,需要用梯形积分法则或用户自定义积分法。( 注
    —对于少于20个积分点的情况尤其是弯曲,不推荐使用梯形积分法)缺省时,对于壳单元,用 EDINT ,SHELLIP
    定义的层数为3。如果NIP=2,底层的结果和积分点1相对应,顶层的结果和积分点2相对应,中间的结果为顶层和底层的平均值。对于梁单元,缺省时存储4个积分点的结果(在
    EDINT
    中,BEAMIP=4)。对于作为结果输出的梁单元的描述,(KEYOPT(1)=2),不管有没有BEAMIP设置,都没有应力输出。如果BEAMIP=0,对于任何梁单元都没有应力输出。在这种情况下,梁单元将不出现在任何POST1的图中,因为程序假设它们为失效单元。
    ·当使用BEAM161单元时,可用 LAYER
    ,NUM命令定义想要保存结果的层数,对于应力数据,层数由最低层开始逐层向上定义。然而,对于应变数据,层1是低层,层2是顶层,无论存在多少层,应变信息只存储这两层。另外,仅可得到在层中间的数据,而不能得到每层或单元的顶表面或底表面的数据。要得到靠近单元表面的结果,应沿壳单元厚度给定较多的积分点。然而,存储这么多层数据量将变得很庞大。
    · SHELL ,LOC命令不影响SHELL163单元。缺省时,在绘制数据( PLNSOL , PLESOL
    )时只显示顶层输出数据,但在打印结果中将显示最顶层和最低层数据。
    ·对于PLANE162,SHELL163,SOLID164单元,“TOTAL”应变仅是记录的应变(不管单元采用的材料性质,包括弹性材料)。当观看这些单元的塑性应变时[
    PLESOL , EPPL ],也可以显示塑性应变以外的应变。
    12.2.3 自适应网格划分的处理结果
    在ANSYS/LS-DYNA的大变形分析中,用自适应网格来定义壳单元的网格细分(关于如何使用自适应网格参看§3.8 Adaptive
    Meshing)。在分析中包括自适应网格时,随着网格增多与用户定义的单元面比保持一致,模型中单元的数目在求解中也会增多。随着单元数的变化,文件扩展名也会改变来表示一个新的有限元网格。
    结果文件扩展名表示如下:
    Jobname.RS01 -第一次网格划分
    Jobname.RS02 -第二次网格划分
    Jobname.RS03 -第三次网格划分,等等。
    为了在采用自适应网格时处理结果,需定义合适的文件名和扩展名( FILE 命令)来区分特定的时间步。不能恢复原来的模型数据库(.DB
    file),因为数据库文件中的网格不能和结果文件中的匹配。下面的例子说明了一个典型的后处理过程:
    /POST1
    FILE, Jobname,RS01 指定第一次网格重分的结果文件
    SET,LIST 显示第一次网格重分要写入的时间步
    SET,1,2 把结果放在一个特定的时间步内
    PRNSOL,… 打印或显示结果
    在RSnn文件中不存储单元特性。因此,在用这些文件进行后处理时,应小心使用选择逻辑。并且,不能仅用这些文件的信息进行求解,也不能由这些文件存储新的数据库。
    注 --由于是多结果文件,当采用自适应网格时不能直接显示整个求解过程的动画。但是,采用 FILE 或 /SEG 命令,可以写一个宏来创建所要的动画。
    12.3 在ANSYS/LS-DYNA中使用POST26
    在ANSYS中可用的POST26 操作也可在ANSYS/LS-DYNA中使用。用POST26可得到两种类型的结果:
    ·节点和单元求解
    ·混合的输出文件,例如存储在ASCII文件( GLSTAT , RCFORC , SLEOUT , MATSUM , SPCFORC , NODOUT 和
    RBDOUT )中的各种能量、功和反作用力等
    记住:当使用POST26观看结果时,必须用 Jobname.HIS 文件存贮足够的时间历程数据结果,用 FILE
    命令将Jobname.HIS文件读入到POST26后处理器中(Main Menu>TimeHist Postpro>Settings>File):
    FILE,Jobname.HIS
    如果不将Jobname.HIS文件读入到POST26,结果数据从Jobname.HIS文件读入,而它不能为时间历程后处理器提供足够的信息。
    第十三章 重启动
    重启动意味着执行一个分析,它是前一个分析的继续。重启动可以从前一个分析结束后开始,也可以从前一个分析的中断开始。进行重启动的原因如下:
    ·以前的分析被中断,或超过用户所定义的CPU时间,则需进行重启动。
    ·分析分阶段进行,在每个阶段的结束监控分析结果。
    ·诊断某个出错的分析
    ·修改模型继续计算
    重启动功能为显式动态应用提供了极大的灵活性。每个阶段结束后,就会写入一个重启动“dump”文件。这个文件包括继续这个分析所需的全部信息,通过处理输出可以检查每阶段的结果。然后修改模型来继续这个分析。例如,可以删除那些不再重要的变形单元、材料或不再需要的接触;也可以改变载荷并考虑以前分析没有的材料;还可以改变不同结果文件的输出频率。通过不断调整分析,可以提高求解效率并且减少CPU时间。
    重启动也可以用来诊断出现问题的分析。可以在问题出现前的点进行重启动(数值问题或错误信息),并要求更多的信息输出到结果文件。通过查看错误的进展,可以确定第一个错误发生位置以及原因。
    13.1 重启动Dump文件
    缺省条件下,LS-DYNA在每个分析结果写入个重启动“Dump”文件(d3dump),dump文件是一个二进制文件。它包括用于重启动的全部LS-DYNA数据,可以用
    EDDUMP
    命令要求在分析中指定的时间间隔内输出重启动dump文件。这将对从哪个时间点进行重启动分析给出更多的选择。这些重启动文件按d3dump01,d3dump02的顺序写入。应注意不要写入太多的dump文件,因为它们太大。
    13.2 EDSTART 命令
    EDSTART 命令给定了显式动态分析的状态(新或重启动)(在GUI中Main Menu>Solution>Analysis Options>Restart
    Option)。有四种分析类型:新分析(缺省)、简单重启动、小型重启动或完全重启动。
    13.2.1 新分析
    对于一个新分析,可以用 EDSTART 命令来改变所有的存储。例如,如果LS-DYNA求解时要求存储更多的值,可以增加这些值或改变二进制文件所用的比例因子。
    13.2.2 简单重启动
    简单重启动是不改变数据库( Jobname.DB
    )的重启动。用户运行简单重启动是在ANSYS/LS-DYNA求解过程由用户定义的CPU限定提前中断或用执行开关控制SW1(在CTRL-C后)提交中断。对于提交中断的作业,进入Solution
    Processor,执行 EDSTART ,1,dsdumpnn.然后执行 SOLVE 命令。这个分析将继续并且所有结果将附加到结果文件 Jobname.RST
    和 Jobname.HIS 。
    13.2.3 小型重启动
    当需对数据库进行微小改变时,要使用小型重启动。对于这种类型的重启动。须执行 EDSTART ,d3dumpnn,再执行改变数据库的合适命令,然后执行 SOLVE
    命令,在小型重启动重可以对数据库作如下的改变:
    ·重新设定中止时间( TIME )
    ·重新设定输出文件间隔( EDRST , EDHTIME )
    ·定义输出的附加ASCⅡ文件( EDOUT )
    ·设定更多的位移约束( D )
    ·改变初始速度( EDVEL , EDPVEL )
    ·改变载荷曲线( EDCURVE )
    ·改变LS-DYNA数值控制如下:
    全部质量阻尼( EDAMP )
    动态松弛控制( EDDRELAX )
    接触小穿透控制( EDSP )
    时间步控制( EDCTS )
    ·改变中止准则( EDTERM )
    ·删除、杀死或重激活接触实体( EDDC )
    ·删除单元( EDELE )
    ·清除网格( LCLEAR , ACLEAR , VCLEAR )
    ·改变所选的部件系列( PARTSEL )
    ·刚体-变形体或变形体-刚体件的转换开关( EDRD , EDRC )
    ·改变重启动dump文件输出频率( EDDUMP )
    在小型启动分析中只能用上述提到的命令(对于使用的详细信息,请参看《ANSYS Commands
    Reference》)。因为一些命令既适用于重启动也适用于新分析,所以先执行 EDSTART ,2,然后使重启动正确执行接下来的命令是很重要的。
    在小型重启动中,一般情况下应延长计算时间( TIME
    命令),如果以前的分析(新或重启动)在指定的结束时间完成而对下面的重启动没有输入新时间,重启动分析将立即停止而仅有一个载荷步。
    也需要用 EDTERM 命令修改在以前分析中设定的中止准则。如果以前的分析由于某一个准则而中止,那么那个指定的准则必须被修改从而使重启动不会立即中止。
    在某些情况下,重启动中命令的使用取决于原来分析中的初始设置。例如,为了在重启动分析中执行刚体-变形体转换,即使没有设置转换,也必须在原来分析中执行 EDRD
    命令。而且,在原来分析中必须定义重启动中要转换的部件惯性特性( EDRI 命令)。另一个例子是质量缩放,为了在重启动中使用质量缩放( EDCTS
    命令),在原始分析中必须激活质量缩放,有关重启动的限制将在每个相关命令的描述中讨论。
    在执行 SOLVE 命令开始重启动分析时,ANSYS/LS-DYNA生成一个名为 Jobname.R
    的文本文件,它用于LS-DYNA的输入文件。这些文件仅包括用于重启动的模型的变化。如果想直接运行LS-DYNA,可用EDWRITE命令输出这些文件,然后用LS-DYNA命令指定它为输入文件。
    小型重启动分析的结果将被附加到所有结果文件中。这些重启动求解以 Jobname.RST
    文件编号为载荷步2,3等等。在其它结果文件,根据其时间追加结果。重启动dump文件(d3dumpnn)从最后一个数字开始顺序编号(重启动中对数据文件的所有修改将在下面的重启动dump文件中反映出来)。

    --处理这些重启动结果时,不要选择重启动分析中没有选择的部件。如果选择那些部件,在数据库中将会出现不匹配,因为相关的单元定义仍然存在,但是没有保存未选择部件的后处理数据。
    在第一个小型重启动分析后,可以选择执行其它的重启动,或一系列重启动分析。但一定要在每个重启动开始使用不同的d3dump文件,执行 EDSTART
    ,2,各个重启动的一般步骤如下:
    1.创建初始模型运行一个新分析。
    2.对结果进行后处理。
    3.用合适的d3dump文件执行 EDSTART ,2。
    4.执行命令来改变模型。
    5.求解。
    6.对重启动分析结果进行后处理。
    7.重复3-6步骤。
    13.2.4 完全重启动
    当数据库需要改变很多时,适合用完全重启动。例如,需要考虑更多的材料,去除模型的某部分或施加不同的载荷条件。
    要进行完全重启动,必须执行 EDSTART
    .3指定下面的命令应用于完全重启动。例如,假设前面的分析用Jobname.K输入文件运行,并且它产生了一个名为d3dump01的重启动dump文件。用户将执行
    EDSTART
    ,3,,,dsdump01,然后用ANSYS/LS-DYNA中的命令对模型作必要的修改。(ANSYS/LS-DYNA的一些命令不为新的重启动所支持;这将在下面讨论)。
    在执行 EDSTART
    时,工作名自动改为Jobname_01从而避免覆盖以前的结果和数据。在完全重启动中,LS-DYNA完全生成新的结果文件而不是附加在已存在的结果上(和其它重启动一样)。
    完全重启动的优点就是改变的数据和结果文件能相互匹配。
    完全重启动的一个主要步骤就是用 EDIS
    命令定义应力初始化。必须从以前的分析中转入一些结果(变形结点位置和应力/应变)。典型地,可以给将存在的部分或全部部件定义应力初始化。因此,必须对初始化的每部分执行
    EDIS
    ,ADD,PIDN,PIDO。如果完全重启动中部件IDs因模型的变化而变化,那么必须在PIDN域定义新部件ID。在PIDO域定义原部件ID,如果不加区别地执行
    EDIS ,将会对前面所有部件执行应力初始化(也就是说,部件有相同的部件ID)。如果部件IDs不变且想对有部件进行初始化,那么适合于用这个选项。
    当执行 SOLVE 开始全启动求解时(或执行 EDWEITE
    ),全部数据都写入LS-DYNA输入文件,Jobname_01.k。当LS-DYNA执行时,用Jobname_01.k和d3dump01中的信息来对 EDIS
    定义的任一部分进行初始化。每一个部件单元节点的变形位置和速度、单元的应力和应变(如果部件材料为刚性,则为刚性特性)都在此时设置。
    注 :没有初始化的部分没有初始应力和应变。如果初始化和没有初始化的部件拥有共同的节点,那么那些节点将认为是初始化部分的,这将在未初始化部分引起突变应变。
    在初始化中,我们假设在完全重启动分析(Jobname_01.DB)中,每个初始化的部件都有相同的特征(也就是说,相同的单元号、相同的顺序、相同的topology)就像前面分析一样(Jobname.DB)。否则,部件就不能初始化。(注意部件可能有不同的号,如上所述。)为了避免部件不匹配,建议在创建或修改模型时遵循下列步骤:
    ·如果想在将来的完全重启动中删除某些单元,那么在原始分析中需使用不同的单元类型号,材料号或实常数号,即使这些单元与其它单元有相同的特性。这将对那些单元指定唯一的部件号,从而使它们在后来删除时不会影响模型中其它部件。
    ·如果需要在完全重启动中增加单元,那么要对那些单元使用不同的单元类型号,材料号或实常数号,即使它们在完全重启动分析中和其它单元有相同的特性。并且,这会对新单元指定唯一的部件号,而不会改变以前的部件。
    如果不遵循上述建议,就可能在重启动分析中生成与原来分析不匹配的部件。在这种情况下,那些部件的应力初始化就会失败。
    对离散单元来说(COMBI165), 初始化是“全部或没有”。如果在完全重启动中初始化任何离散单元,那么所有的离散单元都将初始化。
    虽然在完全重启动中几乎可以改变任一部分,但在某些方面还有一些支持或不支持的特征,描述如下:
    ·接触定义:在完全重启动中不能增加或删除任何定义的接触( EDCGEN 和 EDDC )。但是,可以显示以前分析中所定义的接触( EDLIST )。
    ·初始速度: 在完全重启动中不能改变初始速度( EDVEL 和 EDPVEL )。对于以前分析中模型的任意部件,
    重启动开始时的速度和以前分析时的速度相同。不能对完全重启动中增加的新节点或部件定义初始速度,假设新模型的初始速度为零。用 EDVEL ,LIST和 EDPVEL
    ,LISTX显示前面分析中的初始速度。
    ·自适应网格:在完全重启动中不支持自适应网格划分( EDADAPT 和 EDCADAPT )。另外,在前面分析中未采用自适应网格,在重启动中也不能用。
    ·质量缩放:和小型重启动一样,如果在前面分析中激活它,在完全重启动中就支持质量缩放。
    用户可以执行多个完全重启动分析,也可把其它重启动分析与之混合使用(简单或小型)。在每个完全重启动开始用不同的d3dump文件执行 EDSTART
    ,3命令,每一次执行此命令时,工作名将自动改名为Jobname_nn(nn=01,02...)
    13.3 输出文件的影响
    对于简单重启动和小型重启动,结果都被附加在前面分析的输出文件上。对于一个简单重启动来说,在 Jodname.RST
    文件中(和新分析类似)所有输出都显示载荷步1的子步。对小型重启动来说,在 Jodname.RST
    中不同的重启动阶段表现为不同的载荷步。对于简单重启动和小型重启动,都连续地对时间历程文件( Jobname.HIS )和ASCII文件(
    glstat,matsum 等)进行追加。
    在完全重启动中,以编号的重启动工作名创建新的结果文件( Jobname_nn.RST 和 Jobname_nn.HIS
    )。但是,ASCII输出文件不重新命名而是重写。如果需要以前分析的ASCII输出文件,需在完全重启动中执行SOLVE命令前以另一个名字存储,时间是连续的并且在任何输出文件中不置为零(
    Jobname_nn.RST , Jobname_nn.HIS , glstat , matsum
    等等)。Jobname_nn.RST中的结果保存为载荷步1的子步。
    第十四章 显式-隐式顺序求解
    某些工程处理的模拟需要既有隐式分析(ANSYS)功能,又有显式分析(ANSYS/LS-DANA)功能。要求解这类问题,需要采用这二种解法,即一个显式求解后再进行隐式求解,或者相反。ANSYS/LS-DYNA是一个显式动力程序,用于求解实时动态问题。如果一个工程过程包括主要是静态或准静态的阶段(如在动态阶段之前预加载,或在金属成形阶段之后线性弹性回弹),则在这个阶段最好使用ANSYS隐式程序进行分析。综合ANSYS隐式求解器和ANSYS/LS-DYNA显式求解器的过程是一个特别有用的工具,可以用来模拟许多复杂的物理现象。本章将描述显式-隐式过程,而在第十五章将简述隐式-显式过程。
    14.1 显式-隐式顺序求解
    在薄板金属成形工序中,回弹变形为一个基本参数,它使成型模具设计变得大大复杂化。最好将回弹变形定义为变形部分的尺寸变化,回弹变形在卸载时由弹性变形产生。在多数动态金属成型工序中,高度非线性变形过程导致在坯料材料中产生大量的弹性应变能。在与模具动态接触时坯料中开始存储的弹性能在成型压力消失之后释放,这个能量释放是弹性回弹的驱动力,使坯料向着原有几何构形变形。因此,在板金属成型过程中最后部分形状不仅仅取决于模具的轮廓形状,也取决坯料部分在塑性变形时存储在该部分的弹性能总量。因为在变形部分存储的弹性能总量是许多过程参数(如材料性质,两表面间的载荷)的函数,在成形时期预测回弹是特别复杂的。它给设计者和分析者提出重要问题,他们必须准确估计成型过程将会产生的回弹量以便得到最后所需的形状。此外执行一个显式-隐式连续求解会有很大好处。用显式求解模拟动态成形过程,然后用隐式求解模拟线性回弹变形,使得薄板成形工序达到严格的设计容差。
    在显式-隐式连续求解中,必须首先运行ANSYS/LS-DANA程序来模拟金属成形过程。在显式金属成形分析中,薄板金属坯料的变形,必须由SHELL163/SOLID164单元构成。然后仅将这些单元的变形形态、应力和厚度传递给相应的隐式ANSYS单元(SHELL181和SOLID185)。只要对坯料给定边界条件,便能够执行工件的弹性回弹隐式模拟。
    注 ――在隐式阶段只考虑弹性特性。这意味着分析从以前的状态(形状)进行纯弹性卸载。这一位移被认为是以前的形状在量上的变化。
    详细描述显式-隐式求解过程如下;
    1.采用Jobname1运行显式分析如前所述。为了继续在ANSYS隐式分析中分析回弹影响,必须采用SHELL163对工件作网格剖分。另外,对于SHELL163单元使用下列单元算法之一:KEYOPT(1)=1,2,6,7,8,9,10,11,12(推荐使用10和12)。然后求解并终止这一分析。
    在开始ANSYS隐式分析之前,通常要小心地检查ANSYS/LS-DYNA显式分析结果。特别要检查显式运行结束时是否有任何不需要的动力影响留在结构内。
    2.将显式分析存储到 Jobname.DB 文件内。
    命令: SAVE
    GUI:Utility Menu>File>Save as
    注—如果不能在此时存储 Jobname.DB 文件,则以后将不能存储这个显式运行的数据库,只存储下面隐式运行所用的数据库文件。
    3.将作业名改为 Jobname2 ,以防止覆盖显式结果文件。
    命令: /FILNAME ,Jobname2
    GUI:Utility Menu>File>Change Jobname
    4.重新进入前处理
    命令: /PREP7
    GUI:Main Menu>Preprocessor
    5.将显式单元转换到对应的隐式单元类型。(注意,2-D显式单元PLANE162,KEYOPT(3)=1的复合材料壳单元SHELL163不能在顺序求解中使用)对应的显式-隐式单元类型对是:
    ? ?? ?隐式单元类型显式单元类型
    ? ?? ?LINK8LINK160
    ? ?? ?BEAM4BEAM161
    ? ?? ?SHELL181SHELL163
    ? ?? ?SOLID185SOLID164
    ? ?? ?COMBIN14COMBI165
    ? ?? ?MASS21MASS166
    ? ?? ?LINK10LINK167
    虽然所有的显式单元类型都被变换,但仅仅SHELL163单元和SOLID164单元的数据(SHELL163,单元应力和厚度;SOLID164,应力)传递给SHELL181单元和SOLID185单元。(通过RIMPORT;步骤12)
    命令: ETCHG ,ETI
    GUI:Main Menu>Preprocessor>Switch Elem Type
    6.重新对显式单元类型转换来的任何一个隐式单元定义关键选项、实常数、材料性质、边界条件和载荷曲线。(对于SHELL163单元,它转换成SHELL181单元,不需要重新定义实常数,但需要重新定义其他值。对于SOLID164单元,它转换成SOLID185单元,需要设KEYOPT(2)=1来定义统一缩减积分选项。)显式单元的TYPE号、REAL号和MAT号保持不变,但实际的KEYOPT选项和实常数值被重置为零或缺省值。
    命令: KEYOPT
    R
    MP
    等等
    GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type/Real constants/Material Properties/Loads
    注 :在ANSYS隐式阶段仅线弹性材料性质保持有效(正如 MP 命令给定的)。删除从ANSYS/LS-DYNA运行中的非弹性性质(正如 TB 命令给定的)。
    7.关闭形状检查,因为在显式分析时单元可能承受相当大的变形。
    命令: SHIPP ,OFF
    GUI: Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking
    8.隐式单元重新定义为变形构形
    命令: UPGEOM
    GUI:Main Menu>Preprocessor>-Moleling-Update Geometry
    9.不选择或删除任何不需要的单元(主要是在显式分析中构成任何刚性体的单元),或者将它们转换成空单元。任何未被选择、删除、转换成空单元或没有被转换成在ANSYS中保持作用的隐式单元的显式单元都将产生错误并终止分析。如果在显式分析中刚性体由SHELL163单元或SOLID164构成,这些单元在用
    RIMPORT 命令(见第十二步)输入应力和厚度(从SHELL163输入到SHELL181)之前必须从选择系列中排除、删除或转换成空单元,否则隐式分析将被终止。
    命令: ESEL
    EDELE
    GUI:Utility Menu>Select>Entities或Main Menu>Preprocessor>Delete>Elements
    10.重新进入求解处理器
    命令: /SOLU
    GUI:Main Menu>Solution
    11.通过修改或增加在显式分析中定义的边界条件在模型上设置必要的约束(例如,在金属变形分析中,需要约束板料)。
    命令: D ,等等
    GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Nodes
    12.导入应力和改变壳的厚度(仅从SHELL163单元转换到SHELL181单元和从SOLID164到SOLID185)。对于SOLID164,仅传递应力,对于SHELL163,传递应力和厚度。在转换到隐式分析之前,将变形的积分点厚度求平均数。这个厚度值覆盖采用实常数定义的值。
    命令: RIMPORT
    GUI:Main Menu>solution>-Loads-Apply>-Structural-Other>Import Stress
    13.打开大变形效应
    命令: NLGEOM ,ON
    GUI:Main Menu>Solution>Sol’n Controls
    14.求解并结束分析
    命令: SOLVE
    FINISH
    GUI:Main Menu>Solution>-Solve-Current LS Main Menu>Finish
    一旦求解完,可以用标准的ANSYS后处理功能观察结果。
    以下是一个实例,执行显式-隐式连续求解输入流。
    /batch,list
    resum,stamp1,db !恢复显示数据库(早先运行显式作业)
    /filename,stamp2 !修改作业名,使显式求解结果不被覆盖
    /prep7
    etchg,eti !将显式单元转移成隐式单元
    r,1,.01,.01,.01,.01 !变换实常数(用RIMPORT得变形的壁厚)
    ddel,all !删除显式分析中的约束载荷
    tbdelete,all,all !删除材料模型(保留线性材料性质)
    upgeom,,,,stamp1,rst !重新为变形构形定义隐式单元
    d,n1,ux,0.0,,,,uy,uz !对模型设置必要的约束(至少3个非线性节点)
    d,n2,ux,0.0,,,,uy
    d,n3,ux,0
    esel,s,ename,181 !仅选择相应的SHELL181单元(非早先的刚性体)
    nsle,s,1 !仅选择SHELL181单元节点
    shpp,off !关闭形状检查
    finish
    /solution
    nelgeom,on !接通几何非线性
    rimport,dyna,,,,,stamp1,rst !输入显示分析求得的应力和壁厚
    save
    solve
    finish
    第十五章 隐式-显式顺序求解
    在第十四章中, Explicit-to-Implicit Sequential Solution,
    我们解释了怎样用显式-隐式顺序求解来分析金属成型过程中的回弹问题。本章讨论另一种顺序求解,隐式-显式连续求解。它有两种类型:第一种类型,包括执行ANSYS隐式结构分析后,执行ANSYS/LS-DYNA显动态分析,主要用于在分析的瞬态阶段之前施加预载荷(如果预载荷包括热应变,那么隐式结构分析需要包括来自隐式热传递分析的温度。)第二种类型是热-显式顺序求解,这其中隐式阶段是一个ANSYS热分析。这些类型对于模拟与温度有关的现象(如锻造)是非常有用的。
    15.1 预载荷结构的隐式-显式顺序求解
    显式-隐式求解仅用于成形问题中,与之不同的是,结构隐式-显式顺序求解可以用于广泛的工程问题,即一个结构的初应力状态对它动力响应的影响。下面列出了可以使用隐式-显式求解的工程应用:
    ·预应力消费品的坠落试验模拟
    ·旋转发动机叶片(和叶片的防事故外壳)遭鸟撞
    ·涡轮机的装配和轴承载荷
    ·带初始压力的压力容器
    ·高尔夫球棍打击预加载(充气)的高尔夫球
    ·螺栓连接的动力影响
    ·热应变状态下汽轮机的动力影响
    在隐式-显式连续求解中,必须首先运行ANSYS
    隐式分析以便对被分析结构预加载。在这个隐式分析中,对仅仅用于显式分析的任何单元全部节点进行完全约束(例如在鸟撞问题中的鸟)。将从ANSYS隐式求解得到的节点位移和转角记入ANSYS/LS-DYNA的动力松驰文件(drelax)。

    --ANSYS隐式结构求解中的温度也可以写入drelax文件,但是LS-DYNA不能使用它,关于怎样处理温度载荷的详细信息,请参看§15.1.1Special
    Considerations for Thermal Loading。
    在定义附加载荷、初始速度、不同材料模型(例如,增加塑性)等等之后,可以进行显式动力分析。这个分析的第一部分使用存储在drelax文件中的位移计算结果对给定几何构形的应力初始化。这个预加载被用在超过101个时间步长的虚拟时间内来限制动能。然后,在零时刻开始带预加载的瞬态部分分析。
    下面详细描述隐式-显式求解过程:
    1. 采用Jobname1,运行隐式分析如前所述。记住这个分析必须是线性材料小应变的。可以用于隐式-显式连续求解的单元类型为:
    LINK8
    BEAM4
    SHELL181
    SOLID185
    COMBIN14
    MASS21
    LINK10
    2.
    定义附加的节点和单元,它们是完成显式求解所必须的(例如,鸟撞模拟中的鸟,或者在坠落试验中话机撞击的刚性表面)。这些附加的节点和单元可以不是隐式分析的一部分,但是尽管如此,它们在此需要定义。这些附加的节点必须被约束(采用
    D ,ALL,ALL,0)。
    命令: N
    E
    GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes/Elements
    3. 求解并结束这个分析
    命令: SOLVE
    FINISH
    GUI:Main Menu>Solution>Solve
    Main Menu>Finish
    4.存储隐式分析数据到Jobname.DB文件
    命令: SAVE
    GUI: Utility Menu>File>Save as
    注 :如果在此时不存储Jobname.DB文件,则以后将不能存储此隐式运行的数据库。存储数据库文件以便继续显式分析运行。
    5.将作业名改为Jobname2,以防止覆盖隐式结果文件。
    命令: /FILNAME ,Jobname2
    GUI:Utility Menu>File>Change Jobname
    6.重新进入前处理
    命令:/PREP7
    GUI:Utility Menu>Preprocessor
    7.将隐式单元转换到对应的显式单元类型。注意,2-D显式单元PLANE162不能在此种类型的顺序求解中使用。(PLANE162
    在热隐式-显式顺序求解中可以使用;参看15.2Thermal Implicit-to-Explicit Solution for
    details.)对应的隐式-显式单元类型对是:
    ? ?? ?隐式单元类型显式单元类型
    ? ?? ?LINK8LINK160
    ? ?? ?BEAM4BEAM161
    ? ?? ?SHELL181SHELL163
    ? ?? ?SOLID185SOLID164
    ? ?? ?COMBIN14COMBI165
    ? ?? ?MASS21MASS166
    ? ?? ?LINK10LINK167
    命令: ETCHG ,ITE
    GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Switch Elem Type
    上面没有列出的隐式单元虽然也可以使用,只要它们是同样数目结点定义的,但是它们将不能在执行 ETCHG 命令时自动转换成显式单元。这些单元必须用 EMODIF
    命令手工转换。高阶隐式单元虽然也可以使用,但它必须用 EMODIF
    命令手工转换,并且仅能有角节点。不能删除或不选择边中间的节点,这些节点必须记入LS-DYNA输入文件。“drelax”文件包含这些节点的解,但是ANSYS/LS-DYNA显式单元在其定义中不能采用中间节点。
    命令: EMODIF
    GUI:Main Menu>Preprocessor>Move/Modify>Modify Nodes

    :单元类型LINK8和LINK10没有第三个节点;然而,它们对应的显式单元类型LINK160和LINK167却需要第三个节点(用此定向)。如果使用单元类型LINK8或LINK10,则必须首先用
    ETCHG ,ITE命令转换单元类型,然后用 N 和 EMODIF 命令手工定义单元LINK160或LINK167的第三个节点。

    --同样,如果将单元BEAM4转换成BEAM161,也需要手工定义BEAM161单元的第三个节点。然而,BEAM4单元允许定义任选的第三个节点。如果对BEAM4单元已定义了第三个节点,那么在执行
    ETCHG ,ITE命令时将会自动地转换成BEAM161单元。如果没有对BEAM4单元定义第三个节点,则必须用 N 和 EMODIF
    命令手工地对BEAM161单元定义第三个节点。
    8.重新对显式单元定义关键选项、实常数、材料性质、边界条件和载荷值。从隐式单元转换时保留了TYPE号、REAL号、MAT号,但实际的KEYOPT选项和实常数值被重置为零或缺省值。
    命令: KEYPOT
    R
    MP
    等等
    GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type/Real constants/Material
    Properties/LS-DYNA Options
    9.将附加节点或单元在第2步定义的约束去掉
    命令: DDELE
    GUI:Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Constraints>Delete
    10.重新进入求解处理器
    命令:/SOLU
    GUI:Main Menu>Solution
    11.从隐式计算结果文件读入节点位移、转角和温度,并将此数据记入ANSYS/LS-DYNA文件“drelax”。
    命令: REXPORT
    GUI: Main Menu>Solution>Cosraints>Read Disp
    12.根据存储在“drelax”文件中的位移、转角将结构初始化为给定几何构形。在这一步,LS-DYNA对原来几何构形施加“drelax”文件的载荷(位移、转角)并计算其变形几何构形,然后将它作显式分析的起始点。
    命令:EDDRELAX
    GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options>Dynamic Relax
    13.施加用于显式运行所必要的载荷
    命令: EDVEL
    EDLOAD
    EDCURVE
    Etc
    GUI:Main Menu>Solution>Initial Velocity
    Main Menu>Solution>Loads Options>Specify Loads
    Main Menu>Solution > Loads Options>Curve Options
    14.求解并结束显式动态分析。如果需要,还可以返回到隐式求解。
    第十六章 跌落测试模块
    16.1 简介
    Drop Test
    Module(DTM)是ANSYS/LS-DYNA的一个可选的附加模块。DTM大大简化了模拟跌落测试的步骤。跌落测试包括用假定的重力场给物体定向,并且允许其在重力作用下下落一定的高度后到达刚性表面(目标面)。在典型的跌落测试中,物体从某处跌落,目标面位于与重力加速度g垂直的表面上。
    DTM提供了一个最新的GUI,可指导进行跌落测试分析,使你快速相对于目标面定义模型,定义求解控制,然后执行显式动态测试。跌落模拟分析可在用户定义时间间隔内预测物体的变形和应力,描述物体与目标冲击过程的物理特性。
    DTM用于ANSYS图形用户界面与环境(GUI),用ANSYS用户界面设计语言(UIDL)和工具命令语言和工具箱(Tcl/Tk)等相关GUI界面工具进行跌落分析。
    DTM专门设计用于ANSYS的GUI环境中,因而即使不熟悉显式动态分析的用户也很容易进行跌落模拟分析。可以发现使用DTM有许多优点:例如,可自动生成目标面,也可以自动定义初始平移速度和角速度、接触表面摩擦系数以及与g不垂直的目标方向。对于大部分跌落测试来说,可以在冲击前一刻开始分析,以减少计算时间。当使用这一选项时,DTM将自动计算物体的平移速度并且在分析开始时应用它,所有的跌落测试实例忽略作用在物体上的空气阻力。
    16.2 选择DTM模块启动ANSYS
    启动ANSYS/LS-DYNA和DTM选项,可以按下列之一操作
    ·如果从命令行(UNIX)或DOS窗口启动ANSYS,它们包括代表ANSYS/LS-DYNA的- dtm 或 productname
    。例如,在交互方式或图形模式中用DTM启动ANSYS/LS-DYNA产品,可敲入如下命令:
    ansys60 -p dyna -dtm -g
    ·如果用ANSYS launcher(UNIX)或ANSYS交互对话框(窗口)启动ANSYS,可以在product
    selection中选择一个ANSYS/LS-DYNA选项,然后选择Use ANSYS Drop test module选项。
    关于启动ANSYS的详细信息,请参看《ANSYS Operations Guide》的第三章Conducting an ANSYS Session。
    也可以设置下列环境变量自动启动包含DTM选项的ANSYS。
    ANSYS60_DTM=ON
    关于UNIX和Windows的详细信息,参看《ANSYS Installation and Configuration Guide》。
    16.3 典型的跌落分析步骤
    这部分逐步描述了跌落分析过程,可以用于指导大部分跌落测试分析。典型的跌落测试包括在重力场某高度抛落物体到平面或刚性面(目标面)上,并忽略表面摩擦。这里叙述的基本步骤假设物体初速度为零,并且物体跌落到平面目标上,目标面的法线方向与重力加速度方向垂直。在本手册的16.4节讨论了更多高级特征,例如包括表面摩擦的影响,非零初速度(线速度或角速度)的设定,目标尺寸、特性和方向的修改。
    在开始之前,重要的是了解在DTM内使用什么样的屏幕坐标系。在DTM中,常常定义屏幕坐标系,所以Y轴(竖直)与g方向相反。这样就可以很方便地用屏幕坐标系跟踪跌落物体和重力场的关系轨迹。
    详细信息参看本手册16.3.2 Screen Coordinates Definition。
    16.3.1 基本的跌落测试分析步骤
    16.3.1.1 步骤1 创建和导入模型
    在进入DTM之前,必须建立或导入跌落物体的模型,应该定义所有材料特性,包括阻尼。模型中应包括与LS-DYNA兼容的单元。要保证材料的密度或弹性模量不为零,否则不能使用DTM。详细信息参看本手册第二章,Elements。
    为避免时间增量退化问题,建模时遵循下列原则:
    ·避免三角、梯形和棱柱单元
    ·避免小单元
    ·避免尖角单元
    ·尽可能用均匀网格
    我们推荐施加一定的阻尼,从而减少震荡响应,也可以用 EDDAMP 命令施加alpha( 质量阻尼)和beta(刚度阻尼).
    注 --建模完成进入DTM前,用一个唯一的名称保存当前数据库(Utility Menu>File>Save As)。
    16.3.1.2 步骤2 设定DTM
    采用Main Menu>Drop Test>Set Up在DTM中设定分析。出现包括几个标签的 Drop Test Set-up
    对话框。大部分普通跌落测试参数在 Basic 标签内,偶尔需要修改的参数都包含在其它标签内。每个标签的描述及功能如下:
    Basic
    标签--定义重力加速度的大小,物体跌落高度,物体定向,分析开始时间,撞击后的运行时间,以及输出结果文件和时间历程文件的频率。详细信息参看本手册§16.5.2,Basic
    Tab of the Drop Test Set-up Dialog Box 。
    Velocity 标签--修改物体的初始线/角速度。详细信息参看本手册§16.5.3, Velocity Tab of the Drop Test Set-up
    Dialog Box 。
    Target 标签--修改目标面的尺寸和材料特性,目标旋转,定义目标的接触和摩擦特性。详细信息参看本手册§16.5.4, Target Tab of the
    Drop Test Set-up Dialog Box 。
    Status 标签--显示重力加速度,初始平移/角速度以及求解。详细信息参看本手册§16.5.5, Status Tab of the Drop Test
    Set-up Dialog Box 。
    当 Drop Test Set-up 对话框出现时,单击OK或Cancel后才可以选择其他菜单。
    这部分的其它部分(步骤3-9)讨论了典型的跌落测试分析所用的选项,不常用的高级选项请参看本手册§16.4 Advanced DTM Features。
    16.3.1.3 步骤3 定义g的大小
    可以在 Basic 表内定义g的大小,在 Gravit y标签内可以选择与标准的试验系统相对应的g值(386.4,32.2等),也可以自己定义。
    16.3.1.4 步骤4 定义跌落高度
    必须在 Basic 表内定义跌落高度,在 Drop height
    标签内,可以输入跌落高度,并定义一个参考点。可以在模型内沿Y轴从目标面顶面中心到某个高度参考点来测量跌落高度。参考点选项包括最低物体点,也就是说,物体上最小Y屏幕坐标值,。或是ANSYS计算的物体的重心。输入高度的长度单位必须和分析的其他选项协调(例如重力)。
    16.3.1.5 步骤5 给物体定向
    在DTM中,屏幕坐标自动定义Y轴与g方向相反,可以在 Basic 表内 set orientation
    标签下用重力域给物体定义方向。用户可采用DTM旋转工具来给物体定向,或者说选择物体上的节点来定义与Y轴平行的矢量。
    16.3.1.6 步骤6 指定求解控制
    可以在 Basic 表内设置求解控制,在 Solution Time 标签下定义开始分析时间(接近冲击或跌落时刻)和撞击后的运行时间,在 Number of
    results Output 标签下,定义结果文件和时间历程文件的输出频率。关于步骤3-6的参看详细信息本手册§16.5.2,Basic Tab of the
    Drop Test Set-up Dialog Box 。
    16.3.1.7 步骤7 求解
    在求解前,必须保证Drop Test Set-up对话框内的设置正确,执行下列的修改步骤:
    1.查看所有表内的信息
    2.单击 Status 表,显示大部分更新的输入数据
    3.在ANSYS图形窗口中查看物体和目标
    如果选择Status 表,ANSYS会尝试自动生成目标面(除非你已经通过Target表创建了目标),并以黑字体在Status
    表末尾显示信息,表示可接受设置的所有数据,并且可以求解分析。而黄色字体表明用户应该小心,因为数据产生错误。或者红色线框,表明这些数据不能接受。
    如果收到第2个或第3个错误信息,那么可在ANSYS输出的窗口检查它们,关于Status 的详细信息参看本手册§16.5.5, Status Tab of the
    Drop Test Set-up Dialog Box。如果需要修改可以选择OK。此时所有的标准ANSYS菜单不能再使用。然后选择Main Menu>Drop
    Test>Solve开始LS-DYNA求解。
    注 --ANSYS/LS-DYNA DTM当前版本存储的数据和和以前的不兼容。
    16.3.1.8 步骤8 动画结果
    求解完成后,可以采用Main Menu>Drop Test>Animate Results来显示分析持续时间内跌落物体的动画结果(例如Von
    Mises应变)。对于动画结果,推荐用户在跌落时刻开始分析。关于 Animate Over Results 对话框的信息参看本手册16.7
    Postprocessoring- Animation,在ANSYS中生成动画的信息参看《ANSYS Basic Guide》第十五章,Animation。
    16.3.1.9 步骤9 获得时间历程结果
    除了显示动画结果外,采用Main Menu>Drop Test>Time
    History路径可以在指定点查看结果,它为时间的函数。详细信息参看本手册十二章,Postprocessoring和16.8
    Postprocessoring-Graph and List Time-History Variables。
    16.3.2 屏幕坐标的定义
    当第一次进入DTM时,固定的屏幕笛卡尔坐标系自动定义,并在ANSYS图形窗口的左下角表示出来。用屏幕坐标系可以很方便地跟踪持续下落物体和引力场的关系轨迹,关于屏幕坐标系有两点需要了解:
    · 在DTM中,屏幕坐标系的Y轴总是与重力加速度g的方向相反。
    · 物体坐标可以随屏幕坐标旋转
    屏幕坐标总要定义,以便Y轴在屏幕“up”方向,物体坐标系是有限元模型定义的坐标系统。可以用DTM旋转工具重新定义物体坐标系。拾取物体上的两个节点可以定义与屏幕Y坐标平行的矢量。详细信息参看本手册§16.5.2
    ,Basic Tab of the Drop Test Set-up Dialog
    Box。通过重新定义物体Y向,可以定义物体和引力间的关系,因为常常假设Y方向在“up”或与重力加速度的方向相反。
    屏幕坐标也可以确定跌落测试的缺省观察方向,定义如下:
    ·屏幕X方向是“右”。
    ·屏幕Y方向是“上”。
    ·屏幕Z方向是从屏幕到观察者的方向,或“out”。
    ??
    -
    -

    本帖子中包含更多资源

    您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

    该会员没有填写今日想说内容.

    0

    主题

    0

    好友

    3

    积分

    学术新人

    Rank: 1

    该用户从未签到

    UID
    31695
    学术币
    23
    帖子
    3
    阅读权限
    10
    激情
    4
    沙发
    发表于 2014-6-30 11:54:22 |只看该作者
    好长好长..............

    0

    主题

    0

    好友

    15

    积分

    学术新人

    Rank: 1

    该用户从未签到

    UID
    33013
    学术币
    24
    帖子
    10
    阅读权限
    10
    激情
    102
    板凳
    发表于 2016-6-25 07:52:50 |只看该作者
    好长好长..............,楼主辛苦了

    0

    主题

    0

    好友

    1

    积分

    学术新人

    Rank: 1

    该用户从未签到

    UID
    40058
    学术币
    16
    帖子
    1
    阅读权限
    10
    激情
    2
    地板
    发表于 2016-7-26 09:43:20 |只看该作者
    感谢楼主分享

    0

    主题

    0

    好友

    5

    积分

    学术新人

    Rank: 1

  • TA的每日心情
    奋斗
    2016-12-18 14:51
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    UID
    42703
    学术币
    22
    帖子
    5
    阅读权限
    10
    激情
    11
    5#
    发表于 2016-12-18 17:31:44 |只看该作者
    感谢分享,看看学习学习

    0

    主题

    0

    好友

    1

    积分

    学术新人

    Rank: 1

    该用户从未签到

    UID
    37916
    学术币
    16
    帖子
    1
    阅读权限
    10
    激情
    5
    6#
    发表于 2019-3-20 21:42:15 |只看该作者
    不错的教程,学习了
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册
    验证码 换一个


    手机版|CAE学术网 ( 苏ICP备13006038号 )

    GMT+8, 2019-10-15 04:48 , Processed in 0.222682 second(s), 23 queries .

    Powered by Discuz! X2.5 Licensed

    ? 2001-2012 Comsenz Inc.

    回顶部