Ls-dyna单元简介.ppt

第 2 章 单元,001322 10 JAN 2000 2-2,本章目标,学完本章后, 学员应能够定义和应用ANSYS/LS-DYNA中的显式动力单元. 1. 了解显式动力单元家族 2. 描述简化积分单元和沙漏 3. 详细描述每种显式动力单元 4. 讲解使用显式动力单元的要点 5. 给出操作步骤, 做一个拉延例子,001322 10 JAN 2000 2-3,显式动力单元概述,ANSYS/LS-DYNA 有 7 种单元类型: LINK160: 显式 pin-jointed 桁架单元(similar to LINK8) BEAM161:显式梁单元(similar to BEAM4) SHELL163:显式薄壳单元(similar to SHELL181) SOLID164:显式块单元(similar to SOLID45) COMBI165:显式弹簧与阻尼单元 (similar to COMBIN14) MASS166:显式结构质量 (similar to MASS21) LINK167:显式缆单元 (similar to LINK10) 所有显式动力单元为三维的,001322 10 JAN 2000 2-4,显式动力单元概述（续）,显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同: 每种单元可用于几乎所有材料模型. 在ANSYS隐式分析中,不同的单元类型仅仅适用于特定的材料类型，如超弹材料 (HYPER56, 58, and 74) 和粘塑性材料 (VISCO106 and 108). 每种单元类型有几种不同算法. 如果ANSYS 隐式单元有多种算法，则具有多个单元名称 (如 SHELL43 和 63). 在 ANSYS/LS-DYNA中，每中单元类型可以具有 多种算法，如 SHELL163 最多有11种. 所有显式动力单元具有一个线性位移函数. 目前尚没有具有二次位移函数的高阶单元. 每种显式动力单元缺省为单点积分. 不具备带额外形函数和中间节点 的单元以及P单元. 单元支持 ANSYS/LS-DYNA中所有非线性选项.,001322 10 JAN 2000 2-5,简化积分单元,一个简化积分单元是 一个使用最少积分点的单元. 一个简化积分块单元具有在其中心的一个积分点；一个简化壳单元在面中心具有一个积分点 全积分块与壳单元分别具有8个和4个积分点. 在显式动力分析中最耗CPU的一项就是单元的处理. 由于积分点的个数与 CPU 时间成正比, 所有的显式动力单元缺省为简化积分. 除了节省 CPU, 单点积分单元在大变形分析中同样有效. ANSYS/LS-DYNA 单元能承受比标准 ANSYS 隐式单元更大的变形. 简化积分单元有两个缺点 : 出现零能模式 (沙漏). 应力结果的精确度与积分点直接相关.,001322 10 JAN 2000 2-6,沙漏,沙漏是一种以比结构全局响应高的多的频率震荡的零能变形模式. 沙漏模式导致一种在数学上是稳定的，但在物理上是不可能的状态。 它们通常没有刚度，变形呈现锯齿形网格. 单点积分单元容易产生零能模式. 沙漏的出现会导致结果无效，应尽量避免和减小. 如果总的沙漏能大于模型内能的 10%, 这个分析就有可能是失败的. 在 Chapter 8 (GLSTAT and MATSUM files)中将讨论沙漏能. 有时侯即使 5% 也是不允许的.,001322 10 JAN 2000 2-7,对单点积分实体单元的零能模式 :,单元-沙漏模式,001322 10 JAN 2000 2-8,Solution: Analysis Options - Bulk Viscosity 强烈建议使用缺省值,最小化沙漏,ANSYS/LS-DYNA 有以下方法控制沙漏: 1: 避免单点载荷 单点载荷容易激发沙漏. 2: 用全积分单元 全积分单元不会出现沙漏. 用全积分单元 (KEYOPTS) 定义模型的一部分或全部可以减少沙漏. 3: 全局调整模型体积粘性 沙漏变形可以通过结构体积粘性来阻止，可以通过使用EDBVIS命令控制线性和二次系数，从而增大模型的体积粘性。,001322 10 JAN 2000 2-9,建议刚度系数不超过0.15,最小化沙漏（续）,4: 全局增加弹性刚度 沙漏还可以通过增大弹性刚度来消除. 即用命令 EDHGLS 增加沙漏系数(HGCO) ： Solution: Analysis Options - Hourglass Ctrls - Bulk Viscosity,5: 局部增加弹性刚度 有时只需用 EDMP, HGLS 命令增加某些特定材料或区域单元的刚度即可达到目的.,001322 10 JAN 2000 2-10,定义显式动力单元,显式动力单元通过标准ANSYS步骤定义： Step 1: Select LS-DYNA Explicit for ANSYS GUI filtering Main Menu : Preferences:,选择LS-DYNA Explicit 将过滤单元表，方便定义单元. 显式与隐式单元不能同时在分析中出现.,001322 10 JAN 2000 2-11,STEP 2: Add element type Preprocessor: Element type - Add/Edit/Dele,定义显式动力单元（续）,001322 10 JAN 2000 2-12,LINK160 Pin-Jointed Truss 单元,3D 圆杆单元用来承受轴向载荷. 用3个节点定义单元. 第3个节点用来定义杆的初始方向.,001322 10 JAN 2000 2-13,BEAM161 梁单元,由于不产生应变，此 3D 梁适用于刚体旋转. 用3个节点定义此单元. 可以定义几种标准梁截面.,001322 10 JAN 2000 2-14,SHELL163 薄壳单元,Shell163 有 11 种不同算法. 最重要的几种有: Belytschko-Tsay (BT, KEYOPT(1)=2, default): 简单壳单元 非常快 翘曲时易出错 Belytschko-Wong-Chiang (BWC, KEYOPT(1)=10): 速度是BT单元的 1.25 倍 适用于翘曲分析 推荐使用 Belytschko-Leviathan (BL , KEYOPT(1)=8): CPU 时耗为BT单元的 1.4 倍 仍在开发中 第一个具有物理沙漏控制的单元 S/R co-rotational Hughes-Liu (S/R CHL, KEYOPT(1)=7): 没有沙漏的壳单元 CPU 为 8.8 * BT,001322 10 JAN 2000 2-15,CPU factor 2.45*BT KEYOPT(1)=1 1 integration point,普通,co-rotational,普通 “完全简化”,选择性 “完全简化”,CPU factor 1.49*BT KEYOPT(1)=11 1 integration point,CPU factor 20.01*BT KEYOPT(1)=6 4 integration points,CPU factor 8.84*BT KEYOPT(1)=7 4 integration points,这种算法与 SHELL143的算法兼容,SHELL163 薄壳单元（续）,Hughes-Liu 壳单元算法有 4 种变化形式:,001322 10 JAN 2000 2-16,SHELL163 薄壳单元（续）,单元算法 BT, BWC, BL 只用面内单点积分，S/R CHL 用 4点积分. 所有壳单元沿厚度方向可以有任意多个积分点. 对弹性变形沿厚度方向用2个积分点即可 (缺省值) 对于塑性行为沿厚度方向需要3 到 5 个积分点 (建议) 用实常数来定义积分点 R, nset, r1, r2, r3 nset 实常数标号 r1=剪切因子,对于薄壳建议用5/6 r2=积分点个数 r3=单元厚度,001322 10 JAN 2000 2-17,SHELL163 薄壳单元（续）,用 EDINT 命令为输出定义沿壳厚度方向的积分点个数 EDINT, SHELLIP, BEAMIP SHELLIP 为输出壳单元的积分点个数 SHELLIP 3 每个积分点与一层相关联 缺省为 3 ，分别位于上，中，下层 BEAMIP 输出梁单元积分点,001322 10 JAN 2000 2-18,SHELL163 薄壳单元（续）,对三角形壳体有两种算法: C0 三角形壳 (KEYOPT(1)=4) 基于 Mindlin-Reissner 板理论 刚度比较硬, 在构造整个壳体时建议不使用 BCIZ三角形壳 (KEYOPT(1)=3) 基于 Kirchhoff板理论 慢 但是, 在混合网格中, C0 三角形壳体 比退化 4节点单元算法好. 因此当面网格混合划分时（自由网格剖分），经常用到以下命令 : EDSHELL, , , , , ,ITRST ITRST = 1 : 退化四边形壳体处理为三角形壳 (default) ITRST = 2 :退化四边形壳体不变 Main Menu Solution LS-DYNA controls Default Ctrls Shell Elem Ctrls Full Sorting OK,001322 10 JAN 2000 2-19,SHELL163 膜单元算法,有两种膜单元算法: Belytschko-Tsay-Membrane (KEYOPT(1)=5): 具有单点积分的膜单元算法 Fully integrated Belytschko-Tsay-Membrane (KEYOPT(1)=9): 具有4个积分点的膜单元算法,001322 10 JAN 2000 2-20,SOLID164 8节点六面体单元,可以选择两种算法: 单点积分 对大变形问题十分有效. 需要沙漏控制. 完全积分 (2x2x2 积分) 求解慢，但无沙漏 使用大的泊松比时谨慎 建议不用退化四面体单元 对于显式动力分析最好用映射网格，拖拉出的带金字塔形网格也可以。,001322 10 JAN 2000 2-21,COMBI165 弹簧阻尼单元,用两个节点定义 可以与所有其他单元联结 具有平动和扭动自由度 能够应用复杂的非线性力-位移关系 与 COMBIN14不同, 弹簧与阻尼必须是分离的单元 由于 COMBI165只具有弹簧与阻尼选项, 对于弹簧阻尼组合体必须重叠两个单元,001322 10 JAN 2000 2-22,MASS166 Mass Element,MASS 166 是一个有9个自由度的点质量单元：在x,y,z方向的平动,速度, 加速度 单元还有针对旋转惯性，但没有质量的选项 : KEYOPT(1)=0 3-D Mass without inertia: mass input KEYOPT(1)=1 3-D Rotary inertia (no mass): 6 inertia values input 这种单元用来像整车碰撞建模，代替其中许多部件没有建模的大型模型质量,001322 10 JAN 2000 2-23,LINK167 缆单元,三节点仅拉伸单元. 第3个节点确定单元初始方向 用于缆绳建模.,001322 10 JAN 2