ANSYS 18.0/LS-DYNA非线性有限元分析实例指导教程

ANSYS 18.0 / LS-DYNA 作为世界上的通用显式非线性动力分析程序，能够模拟真实世界的复杂几何非线性、材料非线性和接触非线性问题，特别适合求解二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。
本书主要分为两大部分：部分介绍了ANSYS18.0/LS-DYNA软件所涉及的基础知识、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，并在其中穿插讲述了一些新的模块、新的方法。

随着计算力学、计算数学、工程管理学，特别是信息技术的飞速发展，数值模拟技术日趋成熟。数值模拟可以广泛应用于土木、机械、电子、能源、冶金、国防军工、航天航空等诸多领域，并对这些领域产生了深远的影响。
ANSYS18.0/LS-DYNA 作为世界上著名的通用显式非线性动力分析程序，能够模拟真实世界的复杂几何非线性、材料非线性和接触非线性问题，特别适合求解二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。
本书分为两大部分：第一部分介绍了ANSYS18.0/LS-DYNA软所涉及的基础知识、应用方法及要点，主要包括：CAE LS-DYNA的发展, LS-DYNA的单元特性及定义，LS-DYNA材料模型及其选用，建立有限元模型，LS-DYNA的接触及其定义，载荷、初始条件和约束，求解与求解控制，ANSYS18.0/LS-DYNA后处理等。第二部分结合实例介绍了LS-DYNA的一些典型应用，主要包括：产品的跌落测试分析，板料冲压及回弹分析，鸟撞发动机风挡模拟，模拟塑性成形模拟，冲击动力学问题的分析，侵彻问题的分析，ALE、SPH高级分析等，并在其中穿插讲述了一些新的模块、新的方法。
理论与实践的结合是本书的最大特点之一，具有很强的可读性和实用性。本书适合理工科院校本科高年级学生和研究生作为专业学习辅导教材，也可以作为各行各业工程技术人员的工程设计参考手册。
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本书由三维书屋工作室总策划，胡仁喜和康士廷主要编写。，刘昌丽、闫聪聪、杨雪静、宫鹏涵、孟培、李亚莉、解江坤、秦志霞、张亭、毛瑢、吴秋彦、甘勤涛、李兵、王敏、孙立明、王玮、王培合、王艳池、王义发、王玉秋、朱玉莲、徐声杰、张俊生、王兵学等也参加了部分编写工作。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中纰漏在所难免，恳请广大读者不吝赐教。
编 者

前言
第1章 CAE与LS-DYNA的发展1
1.1 CAE技术及其发展2
1.1.1 CAE技术流程2
1.1.2 CAE的优越性3
1.2 LS-DYNA的特点及应用3
1.2.1 LS-DYNA的功能特点3
1.2.2 LS-DYNA的应用领域5
1.2.3 LS-DYNA的文件系统7
1.2.4 LS-DYNA分析的一般流程8
1.3 显式与隐式时间积分9
第2章 ANSYS/LS-DYNA的单元特性及定义11
2.1 ANSYS/LS-DYNA的单元特性12
2.1.1 LINK160杆单元12
2.1.2 BEAM161梁单元13
2.1.3 SHELL163薄壳单元16
2.1.4 SOLID164实体单元19
2.1.5 COMBI165弹簧阻尼单元20
2.1.6 MASS166质点质量单元21
2.1.7 LINK167缆单元23
2.2 定义显式动力单元24
2.2.1 过滤图形界面24
2.2.2 选择单元类型24
2.2.3 定义单元选项25
2.2.4 定义单元实常数26
2.3 简化积分与沙漏27
2.3.1 简化积分单元27
2.3.2 沙漏概述27
2.3.3 沙漏控制技术27
2.3.4 单元综合要点29
第3章 ANSYS/LS-DYNA材料模型及其选用30
3.1 材料定义流程31
3.1.1 利用图形用户界面（GUI）输入材料模型的流程31
3.1.2 用命令定义材料模型33
3.1.3 材料模型选择要点34
3.2 弹性材料模型34
3.2.1 线弹性材料34
3.2.2 非线性弹性模型38
3.3 非线性无弹性模型40
3.3.1 与应变率无关的各向同性材料模型41
3.3.2 与应变率相关的各向同性材料模型44
3.3.3 与应变率相关的各向异性材料模型50
3.3.4 考虑失效的材料模型54
3.3.5 弹塑性流体动力学材料模型57
3.3.6 黏弹塑性材料模型58
3.4 泡沫材料模型60
3.4.1 低密度闭合多孔的聚氨酯泡沫60
3.4.2 黏性泡沫材料模型62
3.4.3 低密度氨基甲酸乙酯泡沫63
3.4.4 可压扁泡沫材料模型64
3.4.5 正交异性可压扁Honeycomb蜂窝结构65
3.5 与状态方程相关的材料模型67
3.5.1 线性多项式状态方程67
3.5.2 Gruneisen状态方程67
3.5.3 Tbbulated状态方程69
3.6 离散单元模型69
3.6.1 弹簧的材料模型69
3.6.2 阻尼模型73
3.6.3 索模型74
3.7 刚性体模型75
第4章 建立几何实体模型78
4.1 常用的基本概念79
4.1.1 建模前的规划79
4.1.2 ANSYS/LS-DYNA的单位制79
4.1.3 ANSYS坐标系80
4.1.4 坐标系的激活与删除82
4.1.5 工作平面83
4.1.6 组件与组元84
4.1.7 工作环境设置85
4.2 ANSYS实体建模88
4.2.1 自底向上建模88
4.2.2 自顶向下建模91
4.2.3 布尔操作93
4.2.4 布尔运算失败时建议采取的一些措施97
4.2.5 其他常用实体建模方式98
4.2.6 图元的显示98
4.3 从CAD系统中导入实体模型99
4.3.1 生成IGES（.igs）格式文件99
4.3.2 ANSYS/LS-DYNA调入IGES文件101
第5章 建立有限元模型104
5.1 设置单元属性105
5.1.1 为实体模型指定属性105
5.1.2 使用总体的属性设置106
5.1.3 修改单元属性106
5.2 控制网格密度107
5.2.1 智能网格划分107
5.2.2 单元尺寸控制107
5.2.3 单元类型控制108
5.2.4 网格类型控制109
5.2.5 改变网格111
5.3 网格拖拉与扫掠111
5.3.1 网格拖拉111
5.3.2 网格扫掠112
第6章 LS-DYNA的接触及其定义115
6.1 接触算法与接触类型116
6.1.1 常用基本概念116
6.1.2 LS-DYNA的接触算法117
6.1.3 LS-DYNA的接触类型118
6.2 接触界面的定义与控制121
6.2.1 定义接触界面121
6.2.2 列表和删除接触124
6.2.3 接触界面的控制选项124
6.2.4 穿透问题及解决措施126
6.2.5 接触分析应注意的问题127
第7章 载荷、初始条件和约束128
7.1 施加载荷129
7.1.1 定义数组参数、载荷曲线129
7.1.2 施加载荷131
7.2 施加初始条件132
7.3 施加约束134
7.3.1 施加约束134
7.3.2 施加转动约束134
7.3.3 滑动或周期性边界面约束135
7.3.4 无反射边界条件136
7.3.5 定义特殊约束137
7.4 点焊和阻尼控制137
7.4.1 点焊137
7.4.2 阻尼控制138
第8章 求解与求解控制139
8.1 求解基本参数设定140
8.1.1 计算时间控制140
8.1.2 输出文件控制142
8.1.3 高级求解控制145
8.1.4 输出K文件148
8.2 求解与求解监控148
8.2.1 求解过程描述148
8.2.2 求解监控149
8.2.3 求解中途退出的原因150
8.2.4 负体积产生的原因150
8.3 重启动151
8.3.1 新的分析151
8.3.2 简单重启动151
8.3.3 小型重启动152
8.3.4 完全重启动153
8.4 LS-DYNA输入数据格式153
8.4.1 关键字文件的格式154
8.4.2 关键字文件的组织关系155
第9章 ANSYS/LS-DYNA后处理156
9.1 ANSYS后处理157
9.1.1 通用后处理器POST1157
9.1.2 时间历程后处理器POST26161
9.2 LS-PREPOST 4.0后处理167
9.2.1 LS-PREPOST 4.0程序界面167
9.2.2 下拉菜单168
9.2.3 图形绘制168
9.2.4 图形控制区168
9.2.5 动画控制区169
9.2.6 主菜单170
9.2.7 鼠标键盘操作177
第10章 产品的跌落测试分析178
10.1 跌落测试分析概述179
10.2 跌落测试模块DTM179
10.2.1 DTM模块的启动179
10.2.2 跌落测试分析基本流程179
10.2.3 跌落测试分析参数设置181
10.3 PDA跌落测试分析184
10.3