LS-DYNA精編教材課件

1、LS-DYNA軟件1.1 LS-DYNA 簡(jiǎn)介 LS-DYNA 是世界上最著名的通用顯式動(dòng)力分析程序，能夠模擬真實(shí)世界的各種復(fù)雜問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性動(dòng)力沖擊問題，同時(shí)可以求解傳熱、流體及流固耦合問題。在工程應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可為最佳的分析軟件包。與實(shí)驗(yàn)的無數(shù)次對(duì)比證實(shí)了其計(jì)算的可靠性。由J.O.Hallquist主持開發(fā)完成的DYNA程序系列被公認(rèn)為是顯式有限元程序的鼻祖和理論先導(dǎo)，是目前所有顯式求解程序（包括顯式板成型程序）的基礎(chǔ)代碼。1988年J.O.Hallquist創(chuàng)建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年將LS-

2、DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一個(gè)軟件包，稱為L(zhǎng)S-DYNA。LS-DYNA的最新版本是2004年8月推出的970版。1.1.1 LS-DYNA功能特點(diǎn) LS-DYNA程序是功能齊全的幾何非線性（大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和大應(yīng)變）、材料非線性（140多種材料動(dòng)態(tài)模型）和接觸非線性（50多種）程序。它以Lagrange算法為主，兼有ALE和Euler算法；以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結(jié)構(gòu)分析為主，兼有熱分析、流體-結(jié)構(gòu)耦合功能；以非線性動(dòng)力分析為主，兼有靜力分析功能（如動(dòng)力分析前的預(yù)應(yīng)力計(jì)算和薄板沖壓成型后的回彈計(jì)算）；軍用和民用相結(jié)合的通用

3、結(jié)構(gòu)分析非線性有限元程序。LS-DYNA功能特點(diǎn)如下：1.分析能力：l 非線性動(dòng)力學(xué)分析l 多剛體動(dòng)力學(xué)分析l 準(zhǔn)靜態(tài)分析（鈑金成型等）l 熱分析l 結(jié)構(gòu)-熱耦合分析l 流體分析：² 歐拉方式² 任意拉格郎日-歐拉（ALE）² 流體-結(jié)構(gòu)相互作用² 不可壓縮流體CFD分析l 有限元-多剛體動(dòng)力學(xué)耦合分析 （MADYMO，CAL3D）l 水下沖擊l 失效分析l 裂紋擴(kuò)展分析l 實(shí)時(shí)聲場(chǎng)分析l 設(shè)計(jì)優(yōu)化l 隱式回彈l 多物理場(chǎng)耦合分析l 自適應(yīng)網(wǎng)格重劃l 并行處理（SMP和MPP）2.材料模式庫(kù)(140多種)l 金屬l 塑料l 玻璃l 泡沫l 編制品l 橡膠

4、（人造橡膠）l 蜂窩材料l 復(fù)合材料l 混凝土和土壤l 炸藥l 推進(jìn)劑l 粘性流體l 用戶自定義材料3.單元庫(kù)l 體單元l 薄/厚殼單元l 梁?jiǎn)卧猯 焊接單元l 離散單元l 束和索單元l 安全帶單元l 節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元l SPH單元4.接觸方式(50多種)l 柔體對(duì)柔體接觸l 柔體對(duì)剛體接觸l 剛體對(duì)剛體接觸l 邊-邊接觸l 侵蝕接觸l 充氣模型l 約束面l 剛墻面l 拉延筋5.汽車行業(yè)的專門功能l 安全帶l 滑環(huán)l 預(yù)緊器l 牽引器l 傳感器l 加速計(jì)l 氣囊l 混合III型假人模型6.初始條件、載荷和約束功能l 初始速度、初應(yīng)力、初應(yīng)變、初始動(dòng)量（模擬脈沖載荷）；l 高能炸藥起爆；l 節(jié)點(diǎn)載荷

5、、壓力載荷、體力載荷、熱載荷、重力載荷；l 循環(huán)約束、對(duì)稱約束（帶失效）、無反射邊界；l 給定節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（速度、加速度或位移）、節(jié)點(diǎn)約束；l 鉚接、焊接（點(diǎn)焊、對(duì)焊、角焊）；l 二個(gè)剛性體之間的連接球形連接、旋轉(zhuǎn)連接、柱形連接、平面連接、萬(wàn)向連接、平移連接；l 位移/轉(zhuǎn)動(dòng)之間的線性約束、殼單元邊與固體單元之間的固連；l 帶失效的節(jié)點(diǎn)固連。7.自適應(yīng)網(wǎng)格剖分功能自動(dòng)剖分網(wǎng)格技術(shù)通常用于薄板沖壓變形模擬、薄壁結(jié)構(gòu)受壓屈曲、三維鍛壓?jiǎn)栴}等大變形情況，使彎曲變形嚴(yán)重的區(qū)域皺紋更加清晰準(zhǔn)確。對(duì)于三維鍛壓?jiǎn)栴}，LS-DYNA主要有兩種方法：自適應(yīng)網(wǎng)格剖分和任意拉格朗日-歐拉網(wǎng)格（ALE）網(wǎng)格進(jìn)行Rezoni

6、ng），三維自適應(yīng)網(wǎng)格剖分采用的是四面體單元。8 ALE和Euler列式ALE列式和Euler列式可以克服單元嚴(yán)重畸變引起的數(shù)值計(jì)算困難，并實(shí)現(xiàn)流體-固體耦合的動(dòng)態(tài)分析。在LS-DYNA程序中ALE和Euler列式有以下功能：l 多物質(zhì)的Euler單元，可達(dá)20種材料；l 若干種Smoothing算法選項(xiàng)；l 一階和二階精度的輸運(yùn)算法；l 空白材料；l Euler邊界條件：滑動(dòng)或附著條件；l 聲學(xué)壓力算法；l 與Lagrange列式的薄殼單元、實(shí)體單元和梁?jiǎn)卧淖詣?dòng)耦合。9.SPH算法SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光順質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力算法是一種無網(wǎng)格Lag

7、range算法，最早用于模擬天體物理問題，后來發(fā)現(xiàn)解決其它物理問題也是非常有用的工具，如連續(xù)體結(jié)構(gòu)的解體、碎裂、固體的層裂、脆性斷裂等。SPH算法可以解決許多常用算法解決不了的問題，是一種非常簡(jiǎn)單方便的解決動(dòng)力學(xué)問題的研究方法。由于它是無網(wǎng)格的，它可以用于研究很大的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。SPH算法適用于超高速碰撞、靶板貫穿等過程的計(jì)算模擬。10.邊界元法LS-DYNA程序采用邊界元法BEM（Boundary Element Method）求解流體繞剛體或變形體的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)流動(dòng)，該算法限于非粘性和不可壓縮的附著流動(dòng)。11.隱式求解用于非線性結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析，包括結(jié)構(gòu)固有頻率和振型計(jì)算。LS-DYNA中可以交

8、替使用隱式求解和顯式求解，進(jìn)行薄板沖壓成型的回彈計(jì)算、結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析之前施加預(yù)應(yīng)力等。12.熱分析LS-DYNA程序有二維和三維熱分析模塊，可以獨(dú)立運(yùn)算，也可以與結(jié)構(gòu)分析耦合，可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，也可進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，用于非線性熱傳導(dǎo)、靜電場(chǎng)分析和滲流計(jì)算。熱傳導(dǎo)單元：8節(jié)點(diǎn)六面體單元（3D），4節(jié)點(diǎn)四邊形單元（2D）；材料類型：各向同性、正交異性熱傳導(dǎo)材料，可以與溫度相關(guān)，以及各向同性熱傳導(dǎo)材料的相變；邊界條件：給定熱流flux邊界，對(duì)流convection邊界，輻射radiation邊界，以及給定溫度邊界，它們可隨時(shí)間變化；給定初始溫度，可計(jì)算二個(gè)物體接觸界面的熱傳導(dǎo)和熱輻射，給定材料內(nèi)部熱生成

9、（給定熱源）；熱分析采用隱式求解方法，過程控制有：l 穩(wěn)態(tài)分析還是瞬態(tài)分析；l 線性問題還是非線性問題；l 時(shí)間積分法：Crank-Nicholson法（a=0.5）和向后差分法（ a=1）；l 求解器：直接法或迭代法；l 自動(dòng)時(shí)步長(zhǎng)控制。13.不可壓縮流場(chǎng)分析LS-DYNA不可壓縮流求解器是970版新增加的功能，用于模擬分析瞬態(tài)、不可壓、粘性流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。求解器中采用了超級(jí)計(jì)算機(jī)的算法結(jié)構(gòu)，在確保有限元算法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)計(jì)算性能得到大幅度提高，從而在廣泛的流體力學(xué)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的適用性。14.多功能控制選項(xiàng)l 多種控制選項(xiàng)和用戶子程序使得用戶在定義和分析問題時(shí)有很大的靈活性。l 輸入文件可分成多

10、個(gè)子文件；l 用戶自定義子程序；l 二維問題可以人工控制交互式或自動(dòng)重分網(wǎng)格（REZONE）；l 重啟動(dòng)；l 數(shù)據(jù)庫(kù)輸出控制；l 交互式實(shí)時(shí)圖形顯示；l 開關(guān)控制-可監(jiān)視計(jì)算過程的狀態(tài)；l 對(duì)32位計(jì)算機(jī)可進(jìn)行雙精度分析。15.前后處理功能LS-DYNA利用ANSYS、LS-INGRID、ETA/FEMB、TrueGrid、LS-POST和LS-PREPOST強(qiáng)大的前后處理模塊，具有多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分選擇，并可與大多數(shù)的CAD/CAE軟件集成并有接口。后處理：結(jié)果的彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、等值面、粒子流跡顯示、立體切片、透明及半透明顯示；變形顯示及各種動(dòng)畫顯示；圖形的PS、TIFF及

11、HPGL格式輸出與轉(zhuǎn)換等。16.支持的硬件平臺(tái)LS-DYNA 970版的SMP版本和MPP版本是同時(shí)發(fā)行的。MPP版本使一項(xiàng)任務(wù)可同時(shí)在多臺(tái)分布計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算，從而最大限度地利用已有計(jì)算設(shè)備，大幅度減少計(jì)算時(shí)間。計(jì)算效率隨計(jì)算機(jī)數(shù)目增多而顯著提高。LS-DYNA 970版的SMP版本和MPP版本可以在PC機(jī)（NT、LINUX環(huán)境）、UNIX工作站、超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。1.1.2 LS-DYNA應(yīng)用領(lǐng)域 1 汽車工業(yè)l 碰撞分析l 氣囊設(shè)計(jì)l 乘客被動(dòng)安全l 部件加工2 航空航天l 鳥撞l 葉片包容l 飛機(jī)結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力分析l 碰撞，墜毀l 沖擊爆炸及動(dòng)態(tài)載荷l 火箭級(jí)間分離模擬分析l 宇宙垃圾碰

12、撞l 特種復(fù)合材料設(shè)計(jì)3 制造業(yè)l 沖壓l 鍛造l 鑄造l 切割，等4 建筑業(yè)l 地震安全l 混凝土結(jié)構(gòu)l 爆破拆除l 公路橋梁設(shè)計(jì)5 國(guó)防l 內(nèi)彈道和終點(diǎn)彈道；l 裝甲和反裝甲系統(tǒng)；l 穿甲彈與破甲彈設(shè)計(jì)；l 戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；l 沖擊波傳播；l 侵徹與開坑；l 空氣，水與土壤中爆炸；l 核廢料容器設(shè)計(jì)，等6 電子領(lǐng)域l 跌落分析l 包裝設(shè)計(jì)l 熱分析l 電子封裝7 石油工業(yè)l 液體晃動(dòng)l 完井射孔l 管道設(shè)計(jì)l 爆炸切割l 事故模擬l 海上平臺(tái)設(shè)計(jì)8 其它應(yīng)用l 玻璃成型l 生物醫(yī)學(xué)l 體育器材（高爾夫桿，高爾夫球，棒球桿，頭盔）。1.2 LS-DYNA的前后處理LS-DYNA的前后處理非常

13、多，例如ANSYS、PATRAN、ETA公司的FEMB、TrueGrid、INGRID、HYPERMESH，新開發(fā)的后處理為L(zhǎng)S-POST和LS-PREPOST。另外，將LS-DYNA輸出的文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，AVS-EXPRESS也可以讀入，它能夠生成質(zhì)量更高的效果圖和動(dòng)畫。應(yīng)該針對(duì)不同的行業(yè)，不同的應(yīng)用領(lǐng)域選擇合適的前后處理。在這里，以TrueGrid為前處理、LS-PREPOST為后處理，介紹LS-DYNA軟件的使用方法。1.3 顯式動(dòng)力分析的特點(diǎn)用中心差分法在時(shí)間t求加速度：Ftext為施加外力和體力矢量。Ftint為下式?jīng)Q定的內(nèi)力矢量。Fhg為沙漏阻力；Fcont為常量力。速度與位移

14、用下式得到：式中 Dtt+Dt/2=.5(Dtt+ Dtt+ Dt) ；Dtt- Dt/2=.5(Dtt- Dtt+ Dt)新的幾何構(gòu)形由初始構(gòu)形加上 xo獲得:非線性問題：l 塊質(zhì)量矩陣需要簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)置。l 方程非耦合，可以直接求解(顯式)。l 無須轉(zhuǎn)置剛度矩陣，所有非線性（包括接觸）都包含在內(nèi)力矢量中。l 內(nèi)力計(jì)算是主要的計(jì)算部分。l 無須收斂檢查。l 保持穩(wěn)定狀態(tài)需要小的時(shí)間步。1.4 單元1.4.1 單元類型LS-DYNA有7種單元類型：l LINK160：桁架單元l BEAM161：梁?jiǎn)卧猯 SHELL163：薄殼單元l SOLID164：塊單元l COMBI165：彈簧與阻尼單元l M

15、ASS166：結(jié)構(gòu)質(zhì)量l LINK167：纜單元所有顯式動(dòng)力單元為三維的，每種單元可用于幾乎所有材料模型，都有幾種不同算法，均具有一個(gè)線性位移函數(shù)，目前尚沒有具有二次位移函數(shù)的高階單元。每種顯式動(dòng)力單元缺省為單點(diǎn)積分。3.4.1.1 LINK160單元3D圓桿單元用來承受軸向載荷，用3個(gè)節(jié)點(diǎn)定義單元，第3個(gè)節(jié)點(diǎn)用來定義桿的初始方向，見圖3.1。圖3.1LINK160單元3.4.1.2 BEAM161梁?jiǎn)卧捎诓划a(chǎn)生應(yīng)變，此3D梁適用于剛體旋轉(zhuǎn)，用3個(gè)節(jié)點(diǎn)定義此單元，見圖3.2。圖 3.2 BEAM161 梁?jiǎn)卧梢远x幾種標(biāo)準(zhǔn)梁截面，見圖3.3。圖3.3 幾種標(biāo)準(zhǔn)梁截面3.4.1.3 SHEL

16、L163 薄殼單元Shell163有11種不同算法，最重要的幾種有：l Belytschko-Tsay(BT，KEYOPT(1)=2，default)：² 簡(jiǎn)單殼單元；² 非?？欤?#178; 翹曲時(shí)易出錯(cuò)。l Belytschko-Wong-Chiang(BWC，KEYOPT(1)=10)：² 速度是BT單元的1.25倍；² 適用于翹曲分析；² 推薦使用。l Belytschko-Leviathan(BL，KEYOPT(1)=8)：² CPU時(shí)耗為BT單元的1.4倍；² 第一個(gè)具有物理沙漏控制的單元。l S/R co-ro

17、tational Hughes-Liu(S/R CHL，KEYOPT(1)=7)：² 沒有沙漏的殼單元；² CPU為8.8 * BT。圖3.4 SHELL163 薄殼單元3.4.1.4 SHELL163 膜單元算法有兩種膜單元算法：l Belytschko-Tsay-Membrane(KEYOPT(1)=5)：具有單點(diǎn)積分的膜單元算法。l Fully integrated Belytschko-Tsay-Membrane(KEYOPT(1)=9)：具有4個(gè)積分點(diǎn)的膜單元算法。3.4.1.5 SOLID164 8節(jié)點(diǎn)六面體單元可以選擇兩種算法：l 單點(diǎn)積分；² 對(duì)大

18、變形問題十分有效；² 需要沙漏控制；l 完全積分 (2x2x2 積分)；² 求解慢，但無沙漏；² 使用大的泊松比時(shí)謹(jǐn)慎；建議不用退化四面體單元，對(duì)于顯式動(dòng)力分析最好用映射網(wǎng)格，拖拉出的帶金字塔形網(wǎng)格也可以。圖3.5 SOLID164 8節(jié)點(diǎn)六面體單元3.4.1.6 COMBI165彈簧阻尼單元用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，可以與所有其他單元聯(lián)結(jié)，具有平動(dòng)和扭動(dòng)自由度。這種單元能夠應(yīng)用復(fù)雜的非線性力-位移關(guān)系。由于COMBI165只具有彈簧與阻尼選項(xiàng)，對(duì)于彈簧阻尼組合體必須重疊兩個(gè)單元。圖3.6 COMBI165 彈簧阻尼單元3.4.1.7 MASS166 Mass Elemen

19、tMASS 166 是一個(gè)有9個(gè)自由度的點(diǎn)質(zhì)量單元：在x，y，z方向的平動(dòng)、速度、加速度，單元還有針對(duì)旋轉(zhuǎn)慣性，但沒有質(zhì)量的選項(xiàng)。這種單元用來整車碰撞建模，代替其中許多部件沒有建模的大型模型質(zhì)量。圖3.7 MASS166 Mass Element3.4.1.8 LINK167 纜單元三節(jié)點(diǎn)僅拉伸單元，第3個(gè)節(jié)點(diǎn)確定單元初始方向，用于纜繩建模，見圖3.8。圖3.8 LINK167 纜單元3.4.2 單元?jiǎng)澐謺r(shí)注意事項(xiàng)l 避免使用小的單元，以免縮小時(shí)間步長(zhǎng)。如果要用，則同時(shí)使用質(zhì)量縮放。l 減少使用三角形/四面體/棱柱單元。l 避免銳角單元與翹曲的殼單元，否則會(huì)降低計(jì)算精度。l 在需要沙漏控制的地

20、方使用全積分單元。全積分六面體單元可能產(chǎn)生體積鎖定(由于泊松比達(dá)到0.5)和剪切鎖定 (例如，簡(jiǎn)支梁的彎曲)。3.4.3 簡(jiǎn)化積分LS-DYNA中所有的顯式動(dòng)力單元缺省為簡(jiǎn)化積分，一個(gè)簡(jiǎn)化積分單元是一個(gè)使用最少積分點(diǎn)的單元，一個(gè)簡(jiǎn)化積分塊單元具有在其中心的一個(gè)積分點(diǎn)；一個(gè)簡(jiǎn)化殼單元在面中心具有一個(gè)積分點(diǎn)。而全積分塊與殼單元分別具有8個(gè)和4個(gè)積分點(diǎn)。在顯式動(dòng)力分析中最耗CPU的一項(xiàng)就是單元的處理，由于積分點(diǎn)的個(gè)數(shù)與CPU時(shí)間成正比，所有的顯式動(dòng)力單元缺省為簡(jiǎn)化積分，除了節(jié)省CPU，單點(diǎn)積分單元在大變形分析中同樣有效，LS-DYNA單元能承受比隱式單元更大的變形。簡(jiǎn)化積分單元有兩個(gè)缺點(diǎn)：l 出現(xiàn)零

21、能模式 (沙漏)。l 應(yīng)力結(jié)果的精確度與積分點(diǎn)直接相關(guān)。3.4.4 沙漏沙漏是一種以比結(jié)構(gòu)全局響應(yīng)高的多的頻率震蕩的零能變形模式，沙漏模式導(dǎo)致一種在數(shù)學(xué)上是穩(wěn)定的，但在物理上是不可能的狀態(tài)。它們通常沒有剛度，變形呈現(xiàn)鋸齒形網(wǎng)格。單點(diǎn)積分單元容易產(chǎn)生零能模式，沙漏的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果無效，應(yīng)盡量避免和減小。如果總的沙漏能大于模型內(nèi)能的10%，這個(gè)分析就有可能是失敗的，有時(shí)侯即使5%也是不允許的。圖3.9 沙漏LS-DYNA有以下方法控制沙漏:1 避免單點(diǎn)載荷。單點(diǎn)載荷容易激發(fā)沙漏。2 用全積分單元。全積分單元不會(huì)出現(xiàn)沙漏，用全積分單元定義模型的一部分或全部可以減少沙漏。3 全局調(diào)整模型體積粘性。沙漏

22、變形可以通過結(jié)構(gòu)體積粘性來阻止，可以通過控制線性和二次系數(shù)，從而增大模型的體積粘性。1.5 材料LS-DYNA程序目前有100多種金屬和非金屬材料可供選擇，如彈性、彈塑性、超彈性、塑性、泡沫、玻璃、地質(zhì)、土壤、混凝土、流體、復(fù)合材料、炸藥及起爆燃燒、剛性材料外，LS-DYNA還提供了接口，用戶可以自定義材料，并可考慮材料失效、損傷、粘性、蠕變、與溫度相關(guān)、與應(yīng)變率相關(guān)等性質(zhì)。1.6 接觸LS-DYNA有22 種不同的接觸類型，要選擇合適的類型來描述實(shí)際物理系統(tǒng)往往比較困難，為了選擇合適的接觸類型，往往需要對(duì)LS-DYNA中的接觸集合和算法有深入的理解。接觸算法是程序用來處理接觸面的方法。在LS

23、-DYNA中有3種算法：l 單面接觸l 點(diǎn)面接觸l 面面接觸一個(gè)接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合，在LS-DYNA中有9種集合：l 普通l 自動(dòng)l 剛體l 固連l 固連失效l 侵蝕l 邊l 拉延筋l 成型3.6.1 單面接觸單面接觸用于當(dāng)一個(gè)物體的外表面與自身接觸或和另一個(gè)物體的外表面接觸時(shí)使用，單面接觸是LS-DYNA中最通用的接觸類型，因?yàn)槌绦驅(qū)⑺阉髂Ｐ椭械乃型獗砻?，檢查是否相互發(fā)生穿透。由于所有的外表面都在搜索范圍內(nèi)，因此不需要定義接觸面與目標(biāo)面，在預(yù)先不知接觸情況時(shí)，單面接觸非常有用，見圖3.10。圖3.10 單面接觸3.6.2 點(diǎn)面接觸當(dāng)一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)碰到目標(biāo)面時(shí)，點(diǎn)面接觸

24、發(fā)生，由于它是非對(duì)稱的，所以是最快的算法。點(diǎn)面接觸只考慮沖擊目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于點(diǎn)面接觸，必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)組元或PART號(hào)。對(duì)于預(yù)先已知非常小的接觸面，點(diǎn)面接觸十分有效。對(duì)于節(jié)點(diǎn)接觸剛體同樣可以使用它，見圖3.11。在使用點(diǎn)面接觸時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：l 平面與凹面為目標(biāo)面，凸面為接觸面。l 粗網(wǎng)格為目標(biāo)面，細(xì)網(wǎng)格為接觸面。l 對(duì)于Drawbead 接觸，壓延筋總是節(jié)點(diǎn)接觸面，工件為目標(biāo)面。圖3.11 點(diǎn)面接觸3.6.3 面面接觸當(dāng)一個(gè)物體的面穿透另一個(gè)物體的面時(shí)，使用面面接觸算法，面面接觸是完全對(duì)稱的，因此接觸面與目標(biāo)面的選擇是任意的，見圖3.12。對(duì)于面面接觸, 需要用節(jié)點(diǎn)組元和P

25、ART號(hào)來定義接觸面和目標(biāo)面，節(jié)點(diǎn)可以從屬于多個(gè)接觸面。面面接觸是一種通用算法，通常用于在已知的接觸對(duì)象是較大的面時(shí)。圖3.12 面面接觸3.6.4 自動(dòng)與普通接觸自動(dòng)接觸與普通接觸的區(qū)別在于對(duì)殼單元接觸力的處理方式不同，普通接觸在計(jì)算接觸力時(shí)不考慮殼的厚度，自動(dòng)接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元的兩側(cè)。兩種接觸類型中的殼元接觸力按照如下方法計(jì)算（見圖3.13）:圖3.13 自動(dòng)接觸與普通接觸殼元接觸力的計(jì)算方法3.6.5 侵蝕接觸當(dāng)單元可能失效時(shí)用這種接觸，侵蝕接觸的目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后，剩下的單元依然能夠考慮接觸，見圖3.14。圖3.14 侵蝕接觸3.6.6 剛體接觸通常用于多剛體動(dòng)

26、力學(xué)，變形體與剛體之間的接觸必須用automatic 或 eroding contacts，見圖3.15。圖3.15 剛體接觸3.6.7 邊邊接觸邊邊接觸用于殼單元的法線與碰撞方向正交時(shí)，見圖3.16。圖3.16 邊邊接觸3.6.8 固連接觸接觸被粘在一起，此接觸經(jīng)常用于銷栓連接。當(dāng)使用固連失效時(shí)，達(dá)到以下條件時(shí)固連就失效（見圖3.17）：圖3.17 固連接觸3.6.9 拉延筋接觸通常用于板料成型，用于約束板料的運(yùn)動(dòng)。在類似沖壓的板料成型過程中，通常會(huì)出現(xiàn)工件與模具之間失去接觸（如起皺）。這種接觸允許使用彎曲和摩擦阻力，用于確保工件在整個(gè)沖壓過程中與壓延筋始終保持接觸。3.6.10 鈑金成形類

27、接觸成型接觸是鈑金成形分析中首選的類型，對(duì)于這些接觸選項(xiàng)，沖頭與模具通常定義為目標(biāo)面，而工件則定義為接觸面。對(duì)于這些接觸類型中模具無需網(wǎng)格貫通，因此減小接觸定義的復(fù)雜性，模具網(wǎng)格的方向必須一致，成型接觸選項(xiàng)基于自動(dòng)接觸類型，功能十分強(qiáng)大。3.7 LS-DYNA輸入數(shù)據(jù)格式3.7.1 輸入數(shù)據(jù)格式在LS-DYNA程序93x以后的新版本中，輸入數(shù)據(jù)采用新的輸入格式關(guān)鍵字格式，它將更加靈活和合理地組組輸入數(shù)據(jù)，使新用戶更方便地閱讀輸入數(shù)據(jù)。在同一個(gè)關(guān)鍵字（KEYWORD）后聚集同一類功能的數(shù)據(jù)。例如，在關(guān)鍵字*ELEMENT后面，不僅包括實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧蜌卧?，也包括彈簧單元、離散阻尼單元、安全帶

28、單元和集中質(zhì)量。在92x老版本中，這些單元是分散定義的，并在用戶手冊(cè)中分開在不同部分。材料和接觸算法用名字來說明，而不是數(shù)字，使數(shù)據(jù)更具可讀性。LS-DYNA用戶手冊(cè)是按關(guān)鍵字的字母順序編寫，每一個(gè)關(guān)鍵字后緊接一個(gè)數(shù)據(jù)塊，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)組，每個(gè)數(shù)據(jù)組具有它特定的輸入，如*CONTROL數(shù)據(jù)組用來重置缺省值，*MAT數(shù)據(jù)組定義材料本構(gòu)常數(shù)，*EOS數(shù)據(jù)組定義狀態(tài)方程，*ELEMENT數(shù)據(jù)組定義單元標(biāo)識(shí)和節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)數(shù)組、*PART數(shù)據(jù)組將材料、截面信息、狀態(tài)方程、沙漏粘性/體粘性等集合在一起，等等，幾乎全部模型數(shù)據(jù)都可以用塊形式輸入。例如，以下數(shù)據(jù)為二個(gè)節(jié)點(diǎn)及其相應(yīng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，殼單元及其part號(hào)，殼單

29、元的節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)數(shù)組。$ DEFINE TWO NODES$*NODE 10101 x y z 10201 x y z$ DEFINE TWO SHELL ELEMENTS$*ELEMENT-SHELL 10201 pid n1 n2 n3 n4 10301 pid n1 n2 n3 n4其中pid為part號(hào)。一個(gè)數(shù)據(jù)組結(jié)束后緊接著下一個(gè)關(guān)鍵字，開始另一個(gè)數(shù)據(jù)組。一個(gè)關(guān)鍵字的第一個(gè)字符必須放在行的第一列。如果某一行的第一個(gè)字符是$，則標(biāo)志該行是注釋行（Commrnt），在數(shù)據(jù)讀入時(shí)該行被省略。如果需要，每一種關(guān)鍵字可以多次定義成多個(gè)數(shù)據(jù)組。例如，可以將上述數(shù)據(jù)改寫成如下形式輸入：$ DEFINE

30、 ONE NODE$*NODE 1010 x y z$ DEFINE ONE SHELL ELEMENT$*ELEMENT-SHELL 10201 pid n1 n2 n3 n4$ DEFINE ONE MORE NODE$*NODE 10201 x y z$ DEFINE ONE MORE SHELL ELEMENTS$*ELEMENT-SHELL10301 pid n1 n2 n3 n4現(xiàn)用圖3.19說明輸入數(shù)據(jù)組織的一般原理，以及數(shù)據(jù)各部分的相互關(guān)系。32NODE NID x y zELEMENT EID PID N1 N2 N3 N4PART PID SID MID EOSID HGI

31、DSECTION_SHELL SID ELFORM SHRF NIP PROPT QR ICOMPMAT_ELASTIC MID RO E PR DA DBEOS EOSIDHOURGASS HGID圖3.19 關(guān)鍵字輸入方式的數(shù)據(jù)組織在圖3.19中關(guān)鍵字*ELEMENT的數(shù)據(jù)組中，EID單元號(hào)，PIDPart號(hào)，N1，N2，N3，N4節(jié)點(diǎn)號(hào)NID，節(jié)點(diǎn)號(hào)NID在關(guān)鍵字*NODE的數(shù)據(jù)組中定義，在關(guān)鍵字*PART的數(shù)據(jù)組中，PIDPart號(hào)、SID截面號(hào)、MID材料號(hào)、EOSID狀態(tài)方程號(hào)、HGID沙漏控制號(hào)，在關(guān)鍵字*SECTIONSHELL的數(shù)據(jù)組中，SID截面號(hào)、ELFORM單元算法、S

32、HRF剪切因子、NIP沿殼單元厚度的積分點(diǎn)數(shù)，等等。在關(guān)鍵字*MAT的數(shù)據(jù)組中，定義各種單元類型的材料本構(gòu)數(shù)據(jù)。它的狀態(tài)方程數(shù)據(jù)在關(guān)鍵字*EOS的數(shù)組中定義。由于LS-DYNA程序中采用單點(diǎn)積分，造成零能模式，需要引入沙漏控制，有關(guān)數(shù)據(jù)在*HOURGLASS中定義。在關(guān)鍵字輸入階段讀入輸入數(shù)據(jù)，僅限于檢查和計(jì)算數(shù)據(jù)量，以便配置數(shù)組大小和重新排列。在輸入第二階段做更多的檢查，并輸出打印。LS-DYNA程序保留可以讀入老版本無關(guān)鍵字輸入數(shù)據(jù)文件的選擇。輸出數(shù)據(jù)如同早先版本一樣記入輸出數(shù)據(jù)文件（缺省文件名D3HSP）。曾試圖做到在輸入階段遇到錯(cuò)誤時(shí)仍能不停止程序運(yùn)行，直到全部輸入階段結(jié)束。可惜，這常

33、常是不可能的，程序可能在遇到一個(gè)出錯(cuò)信息時(shí)終止運(yùn)行。用戶經(jīng)常應(yīng)該從輸出數(shù)據(jù)文件D3HSP或MESSAG文件中檢查錯(cuò)誤信息。跟隨關(guān)鍵字后面的輸入數(shù)據(jù)，采用固定格式或自由格式，這二種方式可以混合輸入，但不能在同一張卡片上采用二不同輸入格式。固定格式輸入方式除網(wǎng)格數(shù)據(jù)（節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)*NODE（I8，3E16.0，2I8）和單元數(shù)據(jù)*ELEMENT（例如SOLID單元（10I8），BEAM單元（10I8），）外，多數(shù)卡片都采用80個(gè)字符串，包括字長(zhǎng)為10的8個(gè)數(shù)據(jù)，典型的數(shù)據(jù)卡如下：表3.1 固定格式輸入方式12345678Variable變量NSIDPSIDA1A2A3SASHType數(shù)據(jù)類型IIF

34、FFIDefault缺省值nonenone1.01.00.01Remark注釋123數(shù)據(jù)類型是I為整型數(shù)、F為實(shí)型數(shù)，缺省值是當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為零或空白時(shí)程序自動(dòng)置的值。如果數(shù)據(jù)卡的數(shù)據(jù)格式不是上述典型格式，那么在用戶手冊(cè)中特別說明。自由格式輸入方式采用逗號(hào)“，”分隔各個(gè)數(shù)據(jù)，并且輸入數(shù)據(jù)的順序必須與固定格式相同，其字符數(shù)不能超過相應(yīng)固定格式規(guī)定的字符數(shù)。例如I8整型數(shù)限制最大數(shù)為99999999，超過這值將不能被接受。特別要指出的是，順序輸入的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)類型不能弄錯(cuò)。關(guān)鍵字可用大寫，也可用小寫，每一個(gè)關(guān)鍵開始的字符*必須放在該行的第1 列。最常用的關(guān)鍵字見表3.2。全部關(guān)鍵字見LS-DYNA K

35、EYWORD USER、S MANUAL VERSION 950。表3.2 最常用的關(guān)鍵字課目數(shù)據(jù)關(guān)鍵字KEYWORD幾何網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)*NODE單元*ELEMENTBEAM*ELEMENTSHELL*ELEMENTSOLID*ELEMENTTSHELL離散單元*ELEMENTDISCRETE*ELEMENTMASS*ELEMENTSEATBELToption材料PART（將材料、截面性質(zhì)、狀態(tài)方程和沙漏數(shù)據(jù)集合成一個(gè)PART）*PART材料*MAToption截面性質(zhì)*SECTIONBEAM*SECTIONSHELL*SECTIONSOLID*SECTIONTSHELL離散截面性質(zhì)*SECTION

36、DISCRETE*SECTIONSELTBELT狀態(tài)方程*EOSoption沙漏控制*CONTROLHOURGLASS*HOURGLASS接觸與剛性墻接觸的缺省值*CONTROLCONTACT接觸的定義*CONTACToption剛性墻的定義*RIGIDWALLCPTION約束（restraints）*NODE*BOUNDARYSPCOPTICN邊界條件與載荷重力（體力）載荷*LOADBODYoption節(jié)點(diǎn)載荷*LOADNODE壓力截荷*LOADSEGMEALoption*LOADSHELLoption熱載荷*LOADTHERMALoption載荷曲線*DEFINECURVE約束（CONST

37、RAINTST）和焊點(diǎn)約束點(diǎn)*CONSTRAINEDNODESET焊接*CONSTRAINEDGENERALIZEDWELDoption*CONSTRAINEDSPOTWELD鉚接*CONSTRAINEDRIVET輸出控制缺省值*CONTROLoption格式化時(shí)間歷程文件*DATABASEoption二進(jìn)制圖形文件、時(shí)間歷程文件和重起動(dòng)文件*DATABASEBINARYoption在時(shí)間歷程塊中的項(xiàng)目*DATABASEHISTORYoption節(jié)點(diǎn)反力的輸出*DATABASENODALFORCEGROUP終止程序運(yùn)行終止時(shí)間*CONTROLTERMINATION終止時(shí)步數(shù)*CONTROLTE

38、RMINATIONCPU終止*CONTROLCPU自由度*TERMINATIONNODE3.9.2 文件管理和程序運(yùn)行在LS-DYNA程序運(yùn)行時(shí)，可能輸入的數(shù)據(jù)文件和輸出的數(shù)據(jù)文件見圖3.20所示。InpujtI=StressInitializationM=TestartR=InterfaceSegmentL=VdageometryV=TOPAZ3DFileT=LS-DYNACAL3DInputY=Printer fileO=d3hspGraphicsC=d3plotRestartDumpD=d3dumpASCIIDatabasemessagTime historiesF=d3thdtDyna

39、micTelaxationB=d3drflInterfaceSegmentsave Z=input echoE=InterfaceForceS=RunningRestartDumpA=runrsf圖3.20 LS-DYNA程序運(yùn)行的文件組織直接運(yùn)行LS-DYNA，先通過前處理程序（如TrueGrid）形成輸入數(shù)據(jù)文件，經(jīng)檢查無誤，再在數(shù)據(jù)文件存放的子目錄，鍵入：LSDYNA970屏幕顯示：please define input file names or change default>則再鍵入： I=inf O=otf G=ptf D=dpf F=thf T=tpf A=rrd M=si

40、f J=jif S=iff Z=isf2 B=rlf W=root E=efl X=scl C=CPU K=kill V=vda Y=c3d MEMORY=nwds THERMAL COUPLE其中I=inf 用戶編寫的輸入數(shù)據(jù)文件O=otf 輸入打印數(shù)據(jù)文件（缺省文件名D3HSP）G=ptf 二進(jìn)制繪圖數(shù)據(jù)文件（缺省文件名D3PLOT）D=dpf 用于重起動(dòng)的DUMP文件（缺省文件名D3DUMP）F=thf 用戶選擇數(shù)據(jù)的二進(jìn)制時(shí)間歷程圖形文件（缺省文件名D3THDT）U=xtf 附加的二進(jìn)制時(shí)間歷程圖形文件（缺省文件名XTFILE）T=tpf 任選的溫度數(shù)據(jù)文件（熱分析程序TOPAE3D的

41、圖形數(shù)據(jù)文件）A=rrd 運(yùn)行中記錄的DUMP文件（缺省文件名RUNRSF）M=sif 應(yīng)力初始化文件（用戶給定）J=jif 任選的JOY程序輸出的界面數(shù)據(jù)文件S=iff 界面力數(shù)據(jù)文件（用戶給定）Z=isfl 待存貯的界面數(shù)據(jù)文件（用戶給定）L=isf2 已存貯供使用的界面數(shù)據(jù)文件（用戶給定）B=rlf 二進(jìn)制動(dòng)力松弛圖形文件（缺省文件名D3DRFL）W=root 一般打印選擇的根文件名X=scl scl為用于二進(jìn)制文件大小的比例因子（缺省值=7）C=CPU CPU為CPU限制值，單位為秒，為總的CPU計(jì)算機(jī)時(shí)，不是從重起動(dòng)開始計(jì)算的CPU機(jī)時(shí)K=kill 如果LS-DYNA3D程序遇到這個(gè)

42、文件名，它將終止運(yùn)算并記一個(gè)重起動(dòng)文件V=vda vda是：VDA/IGES程序的幾何表面構(gòu)形數(shù)據(jù)文件Y=c3d c3d是CAL3D程序的輸入數(shù)據(jù)文件MEMORY=nwds nwds是允許的WORD數(shù)，在工作站上一個(gè)WORD通常是32bits運(yùn)行僅熱分析，在執(zhí)行行中應(yīng)包括THERMAL，運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析與熱分析耦合，則在執(zhí)行行中包括COUPLE。每次LS-DYNA程序運(yùn)行應(yīng)該在分開的子目錄中以避免文件混亂。在輸入數(shù)據(jù)文件中第一行從第一列開始為*KEYWORD，則該輸入數(shù)據(jù)文件為關(guān)鍵字格式的，否則是舊的格式化文件。MEMORY=nwds可填寫在鍵入的執(zhí)行行中任何位置，如果不填，則LS-DYNA程序?qū)⒔o出缺省的memory 大小。這種選擇是需要的，如果缺省的Memory大小不夠，程序?qū)?huì)終止運(yùn)行。有時(shí)，也可能缺省值太大，這種選擇可以用來降低memory大小。文件名必須是唯一的。界面力文件僅僅在執(zhí)行中給定時(shí)（S=iff）才建立。在一個(gè)大型作業(yè)中，一個(gè)采用缺省值大小的