ansys显式动态分析求解步骤

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 22 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 22 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 MenuPreference） 为“LS-DYNA Explicit”是很重要的。这样，菜单就被完全过滤成为显式动态的输入选项。 （值得注意的是，Preference 选项置为“LS-DYNAExplicit”并没有激活 LS-DYNA 求解。 要做到这一点，就必须定义一个显式单元类型，例如，SHELL163。 一旦设置好分析选项 Preference，就可以像通常分析任何问题一样建立模型： 定义单元类型和实常数 定义材料模型 定义几何模型 划分网格 定义接触表面 如果以前从未用过任何 ANSYS 产品，就应该参看一下ANSYS Basic Procedure Guide和 ANSYS Modeling and Meshing Guide,以了解 ANSYS 建模的一般过程。 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 MenuPreprocessorElement 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 MenuPreprocessorReal 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 MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial 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 MenuPreprocessorMaterial PropsLocal CSCreate 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 MenuPreprocessorMaterial PropsCurve 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 MenuPreprocessor-Attributes-DefineDefault Attribs Main MenuPreprocessor-Modeling-createElementsElem 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 MenuPreprocessorMesh 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 MenuPreprocessor-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 MenuPreprocessorLS-DYNA OptionsContact.） 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 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 1 1 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 3 1 1 1 0 21 22 23 24 25 26 27 28 4 1 1 1 0 31 32 33 34 35 36 37 38 5 1 1 1 0 41 42 43 44 45 46 47 48 6 1 2 3 0 51 52 53 54 55 56 57 58 7 1 2 3 0 61 62 63 64 65 66 67 68 8 2 2 3 0 71 72 73 74 75 76 77 78 9 2 2 3 0 81 82 83 84 85 86 87 88 11 2 3 2 0 101 102 103 104 105 106 107 108 12 2 3 2 0 111 112 113 114 115 116 117 118 13 1 3 2 0 121 122 123 124 125 126 127 128 14 1 3 2 0 131 132 133 134 135 136 137 138 15 1 3 2 0 141 142 143 144 145 146 147 148 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 1 1 1 1 1 2 1 2 3 1 3 2 2 3 1 4 2 2 2 0 5 2 3 2 1 6 1 3 2 1 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 MenuPlotParts, 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:load curve ID,载荷曲线参考号)-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