LS-DYNA有限元建模、分析和优化设计

本书汇集了原LSTC公司和现ANSYS LST公司多位开发者的成果，融合了4款流行的数值计算软件,集建模、后处理、分析和优化于一体，是一本集理论、经验、工程实践之大成的的学习材料。

本书分为4部分，分别介绍了ANSYS LST公司的4款主打软件：LS-PrePost、LS-DYNA、LS-OPT和LS-TaSC书中结合ANSYS LST公司多位技术专家的成果和作者多年在CAE领域的经验，详细阐述了这4款软件的使用方法。本书包括LS-PrePost几何建模、网格划分、有限元建模、后处理方法、二次开发，LS-DYNA基本功能、各类算法、关键字介绍、二次开发、近期新发展，LS-OPT和LS-TaSC联合LS-DYNA优化设计等，并给出了相关算例详解，以帮助读者掌握并利用这些软件解决工程实际问题。
本书理论与实践相结合，适合理工科院校的教师、本科高年级学生和研究生作为有限元课程的学习教材，也可以作为国防军工、航空航天、汽车碰撞、土木工程、材料加工、生物医学、电子电器、海洋工程、采矿等行业工程技术人员进行有限元建模、分析和优化设计的参考手册，还可为软件开发提供借鉴。

辛春亮，就职于北京航天长征飞行器研究所，所级专家，研究员，男，48岁，已编写出版3本畅销的有限元书籍，发表学术论文40余篇，荣获多项国家和省部级科技奖。

第1章绪论
1.1求解微分方程的常用数值计算方法简介
1.1.1有限差分法
1.1.2有限元法
1.1.3有限体积法
1.1.4边界元法
1.1.5离散元法
1.1.6光滑粒子流体动力学法
1.2求解微分方程的常用数值计算软件介绍
1.2.1ANSYS
1.2.2LS-DYNA
1.2.3AUTODYN
1.2.4ABAQUS
1.2.5MSC.Dytran
1.3支持LS-DYNA的主流前后处理软件
……

     第3章LSPrePost几何建模 LSPrePost支持IGES和STEP两种通用CAD几何格式。在CAD文件读取过程中，LSPrePost会对几何和拓扑错误进行自动清理，然后缝合邻接曲面。 3.1LSPrePost几何特征 LSPrePost前处理几何模块包含了6大部分，分别是几何输入/输出及清理、参考几何、曲线、曲面、实体、几何工具。其中几何输入/输出及清理属于内部实现部分，其他几何功能的布局如图31所示。 图31LSPrePost几何建模界面布局 (1) 参考几何模块 参考几何模块包括参考轴、参考平面、参考坐标系、参考点的生成，以及参考几何的编辑，这些工具可辅助后续几何建模。 (2) 曲线模块 曲线模块共有22个功能，包含了若干类型曲线的创建和编辑工具，其中包括了点、直线、圆、圆弧、椭圆、椭圆弧、B样条曲线、螺旋线、组合线、打断、合并、桥接、光顺、中值线、变形、圆角、抛物线、双曲线、函数曲线、多边形、曲线文件转换以及草图。 (3) 曲面模块 曲面模块共有20个功能，包含了若干类型曲面的创建和编辑工具，其中包括了平面、圆柱、圆锥、球体、圆环、椭球、填充平面、拉伸面、旋转面、扫描面、放样面、N边面、补充面、桥接面、合并面、拟合基本面、中值面、变形、B样条面拟合以及打断面。 (4) 实体模块 实体是CAD建模的最终几何类型，实体模块共有16个功能，其中包括了长方体、圆柱体、圆锥体、球体、圆环体、拉伸体、旋转体、扫描体、放样体、倒圆、倒角、拔模、加厚、楔体、棱柱体以及布尔操作。 (5) 高级几何工具 高级几何工具模块共有19个功能，其中包括了几何删除、隐藏、曲线延伸、曲面延伸、求交、偏置、投影、替换与搜索、面缝合、裁剪、坐标变换、线面方向逆转、复制、模型管理、模型修复、拓扑简化、测量、文字对象以及阵列流。 3.2几何建模实例 3.2.1瓶子三维几何建模 在这个例子中，将介绍如何采用LSPrePost的几何建模功能建立瓶子模型（见图32）。瓶子模型包含瓶身、瓶颈和穿线三部分，首先通过点→线→面→体建立瓶身和瓶颈，然后施加倒角和穿线。  定义剖面。 定义坐标点。步骤见图33。 图32瓶子几何模型 图33定义坐标点 √GeoTol→Curve→Point。依次定义5个坐标点： (25, 0, 0)、(25, 7.5, 0)、(0, 15, 0)、(-25, 7.5, 0)、(-25, 0, 0)。这5个坐标点用于构建瓶身剖面。 定义几何。 √Curve→Line。 √选择Method: Point/Point。 √拾取点1和点2至Selection List列表。 √单击Apply。 √拾取点4和点5至Selection List列表。 √单击Apply。定义线段的步骤见图34。 √Curve→Circular Arc。 √选择Method: 3 Points。 √拾取2、3、4共3个点至Selection List列表。 √单击Apply。定义圆弧的步骤见图35。 图34定义线段 图35定义圆弧 完成剖面。 √Reference Geometry→Reference Axis。 √选择Method: Two Points。 √拾取2个点至Selection List列表。 √单击Apply。定义参考轴的步骤见图36。 √Geometry Tools→Transform。 √选择Transform Type: Reflect。 √拾取3条线至Source Entity列表。 √选择镜像类型By Axis。 √拾取参考轴。 √勾选Copy。 √单击Apply。镜像模型的步骤见图37。  建立瓶身模型。 拉伸剖面。 √Surface→Fill Plane。 √选择By Edges。 √拾取6条边至Shape List列表。 √单击Apply，填充剖面。填充剖面步骤见图38。 √Solid→Extrude。 图36定义参考轴 图37镜像模型 √拾取面至Face List列表。 √给定End Pos.为70.0。 √单击Apply。拉伸几何体步骤见图39。 图38填充剖面 图39拉伸形成三维几何体 倒圆角。 √Solid→Fillet。 √拾取几何体的任意面至Shape List列表。 √选择Equal Radius。 √给定Radius为2.5。 √勾选Whole Shape。 √单击Apply。倒圆角步骤见图310。 添加瓶颈。 √Reference Geometry→Reference Point。 √选择Method: Mass Center。 √拾取瓶身顶面至Selection List列表。 √单击Apply。定义参考点步骤见图311。 √Reference Geometry→Reference Axis。 √选择Method: Point to Plane。 √拾取瓶身顶面至Plane List列表。 √拾取刚刚定义的参考点至Point List列表。 图310倒圆角 图311定义参考点 √单击Apply。定义参考轴步骤见图312。 √Reference Geometry→Reference Coordinate。 √选择Method: Origin/Dir。 √拾取参考点至Origin列表。 √拾取参考轴至Z Dir列表。 √单击Apply。定义参考坐标系步