LS-DYNA有限元分析及仿真.pdf

工程设计与分析系列 LS-DYNA 有限元分析及仿真 唐长刚 编著 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 LS-DYNA 软件广泛应用于工程领域，它非常适合分析结构冲击、爆炸等问题。本书共分为 10 章，介绍了 LS-DYNA 软件的基本功能和使用方法，主要包括几何模型的建立、网格划分、接触、载荷、刚体、重启动、后处理及工程应用实例。对于各个知识点本书通过实例进行说明，且实例中有简明叙述与充足的演示图片。本书中的相关例题皆为在 ANSYS 14.0 软件包中 ANSYS/LS-DYNA 模块里进行前处理和求解计算，在 LS-PREPOST 3.2 中进行后处理。书中实例由浅入深，实用性强，而且配套光盘中有实例操作过程的视频讲解，既可方便初学者快速入门，又能为有一定基础的读者提供实际的应用指导。本书既可作为机械、汽车、船舶、桥梁、航空航天、电子等相关专业本科生的自学教程，也可作为工程技术人员使用 LS-DYNA 的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 LS-DYNA 有限元分析及仿真/唐长刚编著.北京：电子工业出版社，2014.2（工程设计与分析系列）ISBN 978-7-121-22154-5.L .唐 .有限元分析应用程序 .O241.82 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 301656 号 策划编辑：许存权 责任编辑：康 霞 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：21 字数：537.6 千字 印 次：2014 年 2 月第 1 次印刷 印 数：3 500 册 定价：59.00 元（含 DVD 光盘 1 张）凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。视频教学有限元分析及仿真 前 言 LS-DYNA 是目前公认的最优秀的显性动力分析有限元软件。该软件特别适合于求解结构的非线性高速碰撞、爆炸等动态冲击问题。LS-DYNA 程序可以高效地处理几何非线性、材料非线性及接触非线性。该程序强于使用 Lagrange 算法进行显示结构动力分析，程序也兼有 ALE 和 Euler 算法、隐式分析功能、热分析和流体-固体耦合分析功能、静力分析功能。LS-DYNA 程序具有丰富的材料库、接触算法，可以满足大量科学与工程仿真分析的需要。目前，LS-DYNA 软件广泛应用于工程领域。本书共有 10 章。第 1 章为概述，介绍 LS-DYNA 的总体功能，并通过一个实例演示了使用 LS-DYNA 进行仿真分析的完整过程（包括前处理、求解、后处理）。第 2 章第 6 章分别介绍前处理的几个主要部分：第 2 章介绍建立几何模型的方法；第 3 章介绍网格划分的知识；第 4 章介绍接触设置；第 5 章介绍载荷；第 6 章介绍刚体方面的知识。在这些章节中，作者首先简要介绍相关知识点，紧接着用实例来提高学习者的软件使用技能。每一章都有一个具有完整前处理操作过程的例题（有的还有后处理过程）。这样就使得学习者不但能对相关知识点进行有重点的练习，还能不断地提高整体建模技能，不断熟悉仿真分析的全过程。第 7 章介绍求解过程中非常有用的重启动功能。第 8 章详细介绍后处理软件 LS-PREPOST。第 9 章由两个工程实例提出在实际应用中需要注意的问题。第 10 章通过两个工程实例进一步演示了前处理软件的使用方法及功能细节。各章节循序渐进地介绍软件的操作方法。每一章的例题都具有独立性，读者可以单独上机演练各个例题。各个例题附有充足的演示图片及简要的文字说明。作者结合实例逐步介绍与软件设置相关的一些重要概念，以便读者对相关设置有清晰的理解。本书使用 ANSYS 14.0 软件包中的 ANSYS/LS-DYNA 模块进行仿真分析的前处理和求解，使用 LS-PREPOST 3.2 软件进行后处理。为了照顾使用低版本 ANSYS 的用户，本书作者用 ANSYS 10.0 软件包中的 ANSYS/LS-DYNA 模块对书中的所有例题进行了前处理或求解。对于 ANSYS 10.0 与 ANSYS 14.0 中的少量不同之处作者在相关例题中给出了简要说明。为了不引起混乱，本书默认使用 kg-m-s 制国际单位。本书主要由唐长刚完成，参加本书编写和光盘开发的还有谢龙汉、林伟、魏艳光、林木议、王悦阳、林伟洁、林树财、郑晓、吴苗、李翔、莫衍、朱小远、唐培培、耿煜、尚涛、邓奕、张桂东、鲁力、刘文超、刘新东等，同时也非常感谢拓技工作室其他成员的帮助和支持。由于时间仓促，书中难免有疏漏之处，请读者谅解。读者可通过电子邮件 与我们交流。编著者 2013 年 11 月 视频教学有限元分析及仿真 目 录 第 1 章 概述.1 1.1 LS-DYNA 软件简介.2 1.2 操作界面.2 1.3 LS-DYNA 的操作步骤.3 1.3.1 一个例题引出的问题.3 1.3.2 LS-DYNA 前处理软件.4 1.3.3 LS-DYNA 后处理软件.4 1.4 入门引例两杆的碰撞问题.4 1.4.1 问题描述.5 1.4.2 进入 LS-DYNA 前处理器.5 1.4.3 建立模型.7 1.4.4 划分单元.12 1.4.5 工况设置.17 1.4.6 求解设置.18 1.4.7 后处理.23 1.5 小结.25 第 2 章 建立几何模型.26 2.1 LS-DYNA 模型分类.27 2.1.1 实体模型.27 2.1.2 板壳模型.27 2.1.3 其他模型.27 2.2 关键点的建立.27 2.3 线的建立.28 2.4 面的建立.29 2.5 体的建立.31 2.6 模型的删除.34 2.7 由下到上建模.36 2.8 由上到下建模.38 2.9 复制与移动.40 2.10 布尔运算.41 2.10.1 分割.41 2.10.2 相加.45 2.10.3 胶结.46 2.10.4 重叠.48 2.10.5 分离.49 2.10.6 相减.51 2.11 实例 1建立空心体模型.54 2.12 实例 2建立壳体模型.56 2.13 实例 3复合梁的碰撞问题.60 2.14 小结.88 第 3 章 网格划分.89 3.1 LS-DYNA 单元类型.90 3.1.1 实体单元.90 3.1.2 板壳单元.99 3.1.3 其他单元.111 3.2 单元的选取.118 3.3 单元的实常数.119 3.4 单元属性定义.121 3.5 单元的大小控制.124 3.6 自由划分与映射单元.126 3.7 单元的删除.126 3.8 离散单元的设置.130 3.9 工程实例 1金属物体坠落的 碰撞问题.130 3.10 工程实例 2复杂物体的 网格划分.136 3.11 工程实例 3管道受横向 撞击时的变形过程.140 3.12 小结.154 第 4 章 接触.155 4.1 LS-DYNA 接触类型.156 LS-DYNA 中文版 有限元分析及仿真 VI 视频教学4.1.1 单面自动接触.156 4.1.2 面面自动接触.156 4.2 生成零件（Part）.157 4.3 生成部件（Component）.158 4.4 接触类型的选取.159 4.5 删除接触.161 4.6 边界条件与初速度.162 4.7 工程实例 1球面与平板的 接触.164 4.8 工程实例 2柱壳与球壳的 自动接触.171 4.9 工程实例 3控制沙漏.184 4.10 小结.195 第 5 章 载荷.196 5.1 载荷的分类.197 5.2 建立载荷数组.197 5.3 给 Component 施加载荷.198 5.4 给刚体施加载荷.198 5.5 删除载荷.198 5.6 工程实例 1应力波在杆中的 传播.199 5.7 工程实例 2刚性板压缩 圆管.210 5.8 小结.217 第 6 章 刚体.218 6.1 刚体的作用.219 6.2 应用刚体时的注意事项.219 6.3 刚体材料的选取与约束的设定.219 6.4 初始条件设置.220 6.5 工程实例落锤冲击方管的 过程.221 6.6 小结.233 第 7 章 重启动.234 7.1 重启动的作用.235 7.2 重启动的分类.235 7.3 查看计算时间.235 7.4 写重启动文件.237 7.5 k 文件的修改.238 7.6 进入重启动.240 7.7 工程实例 1简单重启动的 操作方法.241 7.8 工程实例 2小型重启动的 操作方法.243 7.9 工程实例 3使用 k 文件 修改仿真模型的方法.245 7.10 小结.248 第 8 章 后处理.249 8.1 LS-PREPOST 后处理软件.250 8.2 操作界面.250 8.3 k 文件的导入.251 8.4 导入后处理文件.251 8.5 视频设置.251 8.6 视频输出.252 8.7 查看各种结果.252 8.8 图片编辑.253 8.9 输出数据文件.253 8.10 工程实例 1圆管撞击 方管.255 8.11 工程实例 2双层同心圆柱 撞击方管.258 8.12 小结.264 第 9 章 综合实例 A.265 9.1 综合实例 1船舶撞击桥墩.266 9.1.1 问题描述.266 9.1.2 进入 LS-DYNA 前处理器.266 9.1.3 建立模型.267 9.1.4 划分单元.269 9.1.5 工况设置.269 9.1.6 求解设置.270 9.1.7 后处理.270 9.2 综合实例 2电子产品跌落 分析.271 9.2.1 问题描述.271 9.2.2 进入 LS-DYNA 前处理器.272 9.2.3 建立模型.273 视频教学VII目 录9.2.4 划分单元.275 9.2.5 工况设置.276 9.2.6 求解设置.276 9.2.7 后处理.277 9.3 小结.277 第 10 章 综合实例 B.278 10.1 综合实例 1高层框架结构 抗震分析.279 10.1.1 问题描述.279 10.1.2 进入 LS-DYNA 前处理器.280 10.1.3 完善模型.281 10.1.4 划分单元.284 10.1.5 工况设置.286 10.1.6 求解设置.292 10.1.7 后处理.298 10.2 综合实例 2板壳冲压成型.300 10.2.1 问题描述.300 10.2.2 进入 LS-DYNA 前处理器.301 10.2.3 完善模型.302 10.2.4 划分单元.306 10.2.5 工况设置.309 10.2.6 求解设置.320 10.2.7 后处理.323 10.3 小结.327 视频教学有限元分析及仿真 第 1 章 概 述 LS-DYNA 是一款著名的显示动力分析有限元程序。该程序特别适用于求解二维、三维非线性结构高速碰撞、爆炸等冲击动力问题。同时该软件也能进行传热分析及流体-固体耦合分析。在工程领域 LS-DYNA 软件包被广泛使用。?LS-DYNA 软件介绍?ANSYS/LS-DYNA 操作界面?仿真分析的基本步骤?分析实例两杆的碰撞问题 本本本本章章章章内内内内容容容容 LS-DYNA 中文版 有限元分析及仿真 2 视频教学1.1 LS-DYNA 软件简介 1976 年 J.O.Hallquist 博士主持开发完成 DYNA 程序系列。该程序主要为武器设计提供分析工具。1988 年 J.O.Hallquist 创建 LSTC 公司，推出 LS-DYNA 程序。该程序包括 LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、LS-TOPAZ2D、LS