Ansys Workbench 2024/LS-DYNA 非线性有限元分析实例指导教程

Ansys Workbench 2024/LS-DYNA实现了LS-DYNA求解器的强大计算功能与Ansys Workbench中提供的前处理和后处理工具的完美结合。 本书对Ansys Workbench 2024/LS-DYNA进行了由浅入深的讲解，全书分为两大部分：第一部分介绍了Ansys Workbench 2024/LS-DYNA的基础知识、应用方法及要点；第二部分结合实例介绍了LS-DYNA的一些典型应用，并讲述了一些新的模块和新的方法。 本书可作为理工科院校相关行业的本科生和研究生学习Ansys Workbench 2024/LS-DYNA的参考书，也可供从事结构分析的工程技术人员使用。

夏德伟，2004年4月毕业于北京理工大学车辆工程学院，获得机械设计及理论专业硕士学位，高级工程师，毕业后长期从事金属材料在航空航天领域研究，完成多项国家重点项目研究和生产试制。2006年出版《UNIGRAPHICS MX 4.0中文版工业造型时尚百例》一书。

前言 第1章　CAE与Ansys Workbench 简介1 1.1　CAE技术及其优越性2 1.1.1　CAE技术流程2 1.1.2　CAE的优越性3 1.2　Ansys Workbench概述3 1.2.1　Ansys Workbench的特点3 1.2.2　Ansys Workbench 应用程序分类4 1.2.3　Ansys Workbench文档管理5 1.3　Ansys Workbench 2024的图形界面7 1.3.1　工具箱7 1.3.2　项目原理图9 1.3.3　系统和单元格9 1.3.4　单元格的类型9 1.3.5　了解单元格状态10 1.3.6　项目原理图中的链接11 第2章　Ansys Workbench 2024/LS-DYNA基础12 2.1　Ansys Workbench/LS-DYNA简介13 2.1.1　LS-DYNA的功能特点13 2.1.2　LS-DYNA的应用领域14 2.1.3　LS-DYNA的文件系统16 2.2　隐式与显式时间积分17 2.3　Ansys Workbench/LS-DYNA分析的一般流程19 2.4　在Ansys Workbench中创建LS-DYNA分析系统20 第3章　定义工程数据21 3.1　定义工程数据的流程22 3.1.1　材料库22 3.1.2　添加库中的材料23 3.1.3　添加新材料24 3.1.4　材料模型选择要点25 3.2　弹性材料模型25 3.2.1　线性弹性材料模型25 3.2.2　超弹性材料模型27 3.2.3　黏弹性材料模型30 3.3　非弹性材料模型30 3.3.1　塑性材料模型30 3.3.2　成形塑性材料模型34 3.3.3　失效材料模型39 3.4　与状态方程相关的材料模型41 3.4.1　体积模量材料模型42 3.4.2　剪切模量材料模型42 3.4.3　多项式EOS材料模型42 3.4.4　冲击EOS线性材料模型43 3.4.5　冲击EOS双线性材料模型44 3.5　其他材料模型45 3.5.1　泡沫材料模型45 3.5.2　欧拉材料模型46 3.5.3　LS-DYNA外部模型材料46 3.5.4　刚性体模型46 第4章　DesignModeler应用程序48 4.1　DesignModeler简介49 4.1.1　建模前的规划49 4.1.2　进入DesignModeler49 4.1.3　DesignModeler操作界面介绍50 4.1.4　DesignModeler和CAD类文件的交互54 4.2　DesignModeler的操作55 4.2.1　图形的控制55 4.2.2　选择过滤器56 4.2.3　快捷菜单57 4.3　绘制草图59 4.3.1　创建新平面59 4.3.2　创建新草图60 4.3.3　草图工具箱61 4.3.4　绘制草图辅助工具65 4.4　三维特征建模66 4.4.1　挤出66 4.4.2　旋转68 4.4.3　扫掠69 4.4.4　蒙皮/放样69 4.4.5　薄/表面70 4.5　三维建模高级功能和工具71 4.5.1　几何体转换71 4.5.2　几何体操作73 4.5.3　模式（阵列）74 4.5.4　Boolean（布尔）操作74 4.5.5　直接创建几何体75 4.5.6　冻结和解冻体75 4.6　概念建模76 4.6.1　线操作76 4.6.2　面操作78 4.6.3　定义横截面79 第5章　Mechanical应用程序81 5.1　启动Mechanical应用程序82 5.2　Mechanical用户界面82 5.2.1　Mechanical选项卡82 5.2.2　图形工具栏85 5.2.3　轮廓窗格86 5.2.4　详细信息窗格87 5.2.5　视图区87 5.2.6　状态栏88 5.2.7　快速启动88 第6章　网格划分90 6.1　网格划分概述91 6.1.1　网格划分流程91 6.1.2　分析类型91 6.2　网格划分方法92 6.2.1　自动划分方法92 6.2.2　四面体网格划分方法92 6.2.3　六面体主导网格划分方法94 6.2.4　扫掠网格划分方法94 6.2.5　多区域网格划分方法94 6.2.6　笛卡儿网格划分方法95 6.3　全局网格控制95 6.3.1　分辨率95 6.3.2　全局单元尺寸95 6.3.3　初始尺寸种子96 6.3.4　平滑和过渡96 6.4　局部网格控制97 6.4.1　尺寸调整97 6.4.2　接触尺寸98 6.4.3　加密98 6.4.4　面网格剖分98 6.4.5　匹配控制99 6.4.6　收缩99 6.4.7　膨胀99 6.5　网格工具100 6.5.1　生成网格100 6.5.2　截面101 6.5.3　创建命名选择102 第7章　LS-DYNA的单元算法103 7.1　Ansys Workbench/LS-DYNA的单元特性104 7.1.1　梁单元104 7.1.2　壳单元107 7.1.3　实体单元108 7.1.4　质量单元 110 7.2　定义单元算法111 7.3　缩减积分与沙漏111 7.3.1　缩减积分单元112 7.3.2　沙漏概述112 7.3.3　沙漏控制技术112 7.3.4　单元综合要点113 第8章　载荷、约束、初始条件和连接114 8.1　施加载荷115 8.1.1　施加载荷的方法和载荷类型115 8.1.2　定义表格数据、载荷图形117 8.2　施加约束118 8.3　施加初始条件119 8.4　“LSDYNA Pre”选项卡119 8.4.1　刚体工具120 8.4.2　条件120 8.4.3　接触特性121 8.5　定义连接121 8.5.1　焊点121 8.5.2　弹簧122 8.5.3　梁122 8.6　接触及其定义123 8.6.1　与接触有关的基本概念123 8.6.2　LS-DYNA的接触算法124 8.6.3　LS-DYNA的接触类型125 8.6.4　定义接触128 8.6.5　穿透问题及解决措施132 第9章　求解与求解控制133 9.1　求解基本参数设定134 9.1.1　计算时间控制134 9.1.2　输出控制135 9.1.3　其他求解控制136 9.1.4　输出k文件138 9.2　求解与求解监控139 9.2.1　求解过程描述139 9.2.2　求解监控142 9.2.3　求解中途退出的原因143 9.2.4　负体积产生的原因144 9.3　重启动144 9.3.1　简单重启动145 9.3.2　小型重启动146 9.3.3　完全重启动147 9.4　LS-DYNA输入数据格式147 9.4.1　关键字文件的格式147 9.4.2　关键字文件的组织关系148 第10章　Ansys Workbench/LS-DYNA后处理150 10.1　Ansys Workbench后处理151 10.1.1　添加结果对象151 10.1.2　查看结果151 10.2　LS-PrePost V4.10.8后处理157 10.2.1　LS-PrePost V4.10.8程序界面157 10.2.2　下拉菜单157 10.2.3　图形绘制区158 10.2.4　图形控制区159 10.2.5　动画控制区160 10.2.6　主菜单161 10.2.7　鼠标和键盘操作169 第11章　产品的坠落测试分析171 11.1　坠落测试分析概述172 11.2　坠落测试模块MechanicalDropTest172 11.2.1　MechanicalDropTest模块的加载172 11.2.2　坠落测试分析基本流程173 11.2.3　坠落测试向导174 11.3　PDA坠落测试分析177 11.3.1　加载MechanicalDropTest模块177 11.3.2　定义工程数据178 11.3.3　导入和编辑几何模型180 11.3.4　定义表面几何体厚度和分配材料181 11.3.5　网格划分182 11.3.6　定义接触184 11.3.7　定义单元算法187 11.3.8　启动坠落测试向导189 11.3.9　观察分析结果190 第12章　板料冲压及回弹分析192 12.1　显式-隐式序列求解193 12.1.1　通过LS-DYNA分析系统进行冲压分析194 12.1.2　导出结果数据信息194 12.1.3　创建静态结构分析系统并进行数据链接194 12.1.4　读入厚度分布数据195 12.1.5　读入应力分布数据195 12.1.6　通过静态结构分析系统进行回弹分析196 12.2　板料冲压成形模拟 196 12.2.1　创建LS-DYNA分析系统196 12.2.2　定义工程数据196 12.2.3　创建几何模型199 12.2.4　定义板料厚度和分配材料204 12.2.5　定义接触204 12.2.6　网格划分204 12.2.7　定义约束205 12.2.8　求解控制206 12.2.9　施加载荷206 12.2.10　定义单元算法并提交求解207 12.2.11　观察分析结果并导出结果数据信息208 12.3　回弹分析213 12.3.1　创建静态结构分析系统并进行数据链接213 12.3.2　读入厚度分布数据213 12.3.3　读入应力分布数据215 12.3.4　定义边界条件218 12.3.5　进行隐式求解218 12.3.6　检查回弹结果219 第13章　鸟撞发动机叶片模拟220 13.1　隐式-显式序列求解221 13.1.1　创建隐式-显式序列求解分析系统221 13.1.2　定义隐式求解参数221 13.1.3　预应力模式定义221 13.1.4　施加显式分析所需的接触、载荷条件223 13.1.5　进行隐式-显式序列求解223 13.2　鸟撞发动机叶片模拟的设置及后处理223 13.2.1　创建隐式-显式序列求解分析系统224 13.2.2　定义隐式求解参数224 13.2.3　预应力模式定义236 13.2.4　施加显式分析所需的接触、载荷条件236 13.2.5　进行隐式-显式序列求解240 13.2.6　后处理240 第14章　金属塑性成形模拟242 14.1　金属塑性成形数值模拟243 14.1.1　金属塑性成形数值模拟概述243 14.1.2　塑性成形有限元模拟优点243 14.1.3　塑性成形中的有限元方法243 14.2　楔横轧轧制成形模拟244 14.2.1　创建LS-DYNA分析系统244 14.2.2　定义工程数据245 14.2.3　导入并修改几何模型246 14.2.4　分配材料250 14.2.5　定义对称250 14.2.6　网格划分251 14.2.7　定义接触253 14.2.8　定义约束254 14.2.9　求解控制设置254 14.2.10　定义载荷255 14.2.11　定义模具的质量中心256 14.2.12　设置沙漏控制257 14.2.13　求解及求解过程控制257 14.2.14　后处理259 第15章　冲击动力学问题的分析263 15.1　薄壁方管屈曲分析264 15.1.1　创建LS-DYNA分析系统264 15.1.2　定义工程数据264 15.1.3　创建几何模型265 15.1.4　定义方管厚度和材料模型267 15.1.5　定义对称267 15.1.6　定义接触268 15.1.7　网格划分268 15.1.8　施加约束269 15.1.9　求解控制设置269 15.1.10　施加冲击载荷271 15.1.11　其他设置272 15.1.12　求解及求解过程控制272 15.1.13　后处理272 15.2　自适应网格方法概述277 15.2.1　H-adaptive方法277 15.2.2　R-adaptive方法279 15.2.3　创建自适应网格区域280 15.2.4　自适应网格控制280 15.3　薄壁方管的自适应屈曲分析281 15.3.1　将项目以新文件名存盘281 15.3.2　创建自适应网格区域282 15.3.3　自适应网格控制282 15.3.4　求解结果对比282 第16章　侵彻问题的分析285 16.1　LS-DYNA侵彻问题模拟概述286 16.1.1　侵彻问题的研究方法286 16.1.2　侵彻问题的数值模拟286 16.2　弹丸侵彻靶板分析287 16.2.1　创建LS-DYNA分析系统287 16.2.2　定义工程数据287 16.2.3　创建几何模型289 16.2.4　分配材料293 16.2.5　定义对称293 16.2.6　网格划分294 16.2.7　定义接触298 16.2.8　定义边界条件298 16.2.9　定义弹丸初始速度298 16.2.10　求解控制设置299 16.2.11　求解及求解过程控制299 16.2.12　后处理301 第17章　ALE、SPH高级分析306 17.1　ALE算法307 17.1.1　拉格朗日、欧拉、ALE算法307 17.1.2　ALE算法理论基础309 17.1.3　执行一个ALE分析312 17.2　无网格方法概述314 17.2.1　无网格方法基本思想314 17.2.2　无网格方法的发展历程314 17.2.3　无网格方法的优缺点316 17.2.4　部分无网格方法简介316 17.3　SPH方法318 17.3.1　SPH 方法的本质318 17.3.2　SPH方法的基本理论318 17.3.3　LS-DYNA中的SPH算法319 17.3.4　SPH主要的关键字说明322 附录　LS-DYNA最常用的关键字324 参考文献325