ANSYS 11.0/LS-DYNA基礎(chǔ)理論與工程實踐

隨著計算機軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，CAD/CAM/CAE技術(shù)日趨成熟，計算機應用遍及各類工程和技術(shù)研究領(lǐng)域。有限元軟件是數(shù)學、力學及計算機技術(shù)完美融合的結(jié)晶，在土木、機械、電子、能源、冶金、制造、國防軍工、航空航天等諸多領(lǐng)域均得到極為廣泛的使用。LS-DYNA是著名的非線性動力分析程序，在世界范圍內(nèi)擁有廣泛的用戶群。自從20世紀90年代引入國內(nèi)以來，LS-DYNA在各個大學、科研院所和公司企業(yè)得到越來越廣泛的應用。

目前國內(nèi)LS-DYNA的中文參考資料較少。筆者從20世紀90年代中期開始，一直使用LS-DYNA從事教學和科研實踐活動，對LS-DYNA有較為深入的學習和研究，積累了相當多的學習經(jīng)驗和心得。考慮到廣大用戶的需求，本著理論性豐富、可操作性好、實用性強、內(nèi)容盡量廣泛的原則，整理編寫了本書。本書內(nèi)容涵蓋LS-DYNA用戶關(guān)心的諸多工程領(lǐng)域，包括電路板受力分析、手機殼體振動分析、水下爆炸分析、汽車碰撞分析、氣囊展開分析、水箱跌落分析、彈丸侵徹分析、自摩擦生熱分析、振動模態(tài)分析、金屬成形、薄板沖壓等方面，所有計算實例都經(jīng)過精心選擇和設計，希望能為LS-DYNA有限元軟件在國內(nèi)工程界的應用推廣起到一定的促進作用。

全書共分為10章，第1章對LS-DYNA軟件功能進行簡明扼要的介紹，第2章至第10章均針對LS-DYNA軟件的特定功能進行理論介紹和實例分析，并對相關(guān)關(guān)鍵字進行詳細解釋，主要包括LS-DYNA的接觸碰撞、隱式分析、熱分析、流構(gòu)耦合、不可壓縮流體、重啟動、自適應網(wǎng)格、SPH和EFG方法等內(nèi)容，涉及到LS-DYNA軟件的絕大部分功能。

LS-DYNA的學習基本上可以分為三個層次：

（1）掌握LS-DYNA求解的基本過程，能按照書中提示、求解步驟完成各計算實例的建模、求解、后處理。

（2）熟悉關(guān)鍵字含義、不同問題的求解思路、算法，能參照書中實例完成類似問題的求解。

（3）能熟練閱讀、理解各類LS-DYNA參考文獻，對各式新問題能形成自己的解題思路。

DYNA的使用涉及多方面的知識，過程繁復，需具有清晰的求解思路和較深厚的力學基礎(chǔ)才能獲取有意義的計算結(jié)果。初學者習慣于通過改寫別人的K文件來完成自己的計算，這樣極大降低了難度。這是常用的并且非常有效的一種DYNA學習方式，但前提是要能看懂別人的代碼，面對具體問題知道哪些是可以利用的，哪些應該摒棄。對基本求解過程和單元算法、關(guān)鍵字含義的熟練掌握是應用DYNA解決實際問題的前提。

對初學者而言，不必貪多求快、貪大求全，一定要認真揣摩實例K文件的含義，學會改寫K文件，為自己的算例求解提供方便，“真正的LS-DYNA用戶自己編寫K文件，聰明的LS-DYNA用戶改寫別人的K文件”。

捫心自問，我們本著嚴謹務實求真的態(tài)度進行寫作，竭誠為讀者服務是我們的第一目的和唯一目的。讀者從書中得到的收益是對我們最好的鼓勵和回報。

不少用戶反映，DYNA極其難學。須知業(yè)精于勤荒于嬉，書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟。希望廣大讀者踩著我們搭建的這個簡易平臺，采摘自己的DYNA成果。如果我們的著作能對讀者應用DYNA解決實際問題偶有裨益，吾心足矣。

術(shù)業(yè)有專攻，謬誤之處懇請讀者斧正，因為讀者是最好的老師。用戶如有對有限元資料、軟件的需求可email至pla414100@sina.com。

作者

2007年12月

前言
第1章 LS-DYNA簡介 1
1.1 有限元思想 1
1.2 有限元軟件概述 2
1.2.1 MSC 3
1.2.2 ANSYS 5
1.2.3 ADINA 14
1.2.4 Dynaform 15
1.2.5 其他軟件 15
1.2.6 建模工具 17
1.3 LS-DYNA發(fā)展概況 19
1.4 LS-DYNA功能特點 20
1.5 ANSYS 11.0/LS-DYNA計算流程 35
1.5.1 前處理 37
1.5.2 求解 59
1.5.3 后處理 71
第2章 電子產(chǎn)品分析 81
2.1 電子產(chǎn)品分析概述 81
2.1.1 問題種類 82
2.1.2 典型分析 83
2.2 電視機殼體跌落分析 86
2.2.1 問題描述 86
2.2.2 求解分析 87
2.2.3 計算步驟 88
2.2.4 輸入文件 95
2.2.5 后處理 99
2.3 手機殼體振動分析 102
2.3.1 問題描述 102
2.3.2 求解分析 103
2.3.3 輸入文件 104
2.3.4 后處理 105
2.4 電路板受力分析 109
2.4.1 問題描述 109
2.4.2 求解分析 110
2.4.3 輸入文件 111
2.4.4 后處理 115
第3章 接觸碰撞分析 118
3.1 接觸碰撞分析概述 118
3.1.1 接觸碰撞的類型 118
3.1.2 接觸碰撞的基本算法 119
3.1.3 接觸界面定義及控制 124
3.1.4 接觸分析注意事項 133
3.1.5 接觸分析相關(guān)關(guān)鍵字 134
3.2 長桿彈體侵徹靶板分析 158
3.2.1 問題描述 158
3.2.2 求解分析 158
3.2.3 輸入文件 159
3.2.4 后處理 162
3.3 簡易汽車碰撞分析 165
3.3.1 問題描述 165
3.3.2 求解分析 166
3.3.3 輸入文件 166
3.3.4 后處理 171
3.4 氣囊展開分析 174
3.4.1 問題描述 174
3.4.2 求解分析 175
3.4.3 輸入文件 175
3.4.4 后處理 182
第4章 隱式分析 186
4.1 LS-DYNA隱式分析概述 186
4.1.1 隱式分析的特點和功能 186
4.1.2 隱式分析理論基礎(chǔ) 188
4.1.3 隱式分析相關(guān)關(guān)鍵字 197
4.1.4 隱式分析相關(guān)概念 209
4.2 汽車保險杠受撞分析 217
4.2.1 問題描述 217
4.2.2 求解分析 217
4.2.3 輸入文件 219
4.2.4 后處理 223
4.3 手機殼體的特征值分析 227
4.3.1 問題描述 227
4.3.2 求解分析 228
4.3.3 輸入文件 229
4.3.4 后處理 231
第5章 流構(gòu)耦合分析 234
5.1 流構(gòu)耦合分析概述 234
5.1.1 ALE方法簡介 234
5.1.2 ALE方法理論基礎(chǔ) 236
5.1.3 ALE方法相關(guān)關(guān)鍵字 246
5.2 金屬擠壓成形分析 273
5.2.1 問題描述 273
5.2.2 求解分析 273
5.2.3 輸入文件 274
5.2.4 后處理 279
5.3 近水面爆炸效應分析 280
5.3.1 問題描述 280
5.3.2 求解分析 281
5.3.3 輸入文件 282
5.3.4 后處理 288
5.4 水箱跌落分析 290
5.4.1 問題描述 290
5.4.2 求解分析 291
5.4.3 輸入文件 291
5.4.4 后處理 294
第6章 熱分析 297
6.1 熱傳導分析概述 297
6.1.1 如何應用LS-DYNA進行熱傳導分析 297
6.1.2 熱傳導基本理論 299
6.1.3 熱傳導分析相關(guān)的關(guān)鍵字 302
6.1.4 典型的熱相關(guān)問題 315
6.2 熱固耦合分析 318
6.2.1 問題描述 318
6.2.2 建模分析 318
6.2.3 求解步驟 319
6.2.4 輸入文件 329
6.2.5 后處理 335
6.3 摩擦生熱問題 339
6.3.1 問題描述 339
6.3.2 求解分析 340
6.3.3 輸入文件 341
6.3.4 后處理 345
6.4 薄板沖壓的熱問題分析 348
6.4.1 問題描述 348
6.4.2 求解分析 348
6.4.3 輸入文件 349
6.4.4 后處理 354
第7章 不可壓縮流場分析 359
7.1 不可壓縮流場分析概述 359
7.1.1 不可壓縮流場分析特點 359
7.1.2 不可壓縮流場分析理論基礎(chǔ) 360
7.1.3 不可壓縮流分析相關(guān)關(guān)鍵字 369
7.2 不可壓縮流場實例分析 380
7.2.1 問題描述 380
7.2.2 求解分析 381
7.2.3 輸入文件 381
7.2.4 后處理 388
7.3 管鞘流動分析 391
7.3.1 問題描述 391
7.3.2 求解分析 392
7.3.3 輸入文件 392
7.3.4 后處理 396
第8章 重啟動分析 398
8.1 重啟動分析簡介 398
8.2 簡單重啟動 399
8.3 小型重啟動 399
8.4 完全重啟動 400
8.5 重啟動分析關(guān)鍵字 401
8.6 重啟動分析實例 403
8.6.1 改變載荷 403
8.6.2 改變速度 406
8.6.3 增加新的材料 411
第9章 自適應網(wǎng)格方法 416
9.1 自適應網(wǎng)格方法簡介 416
9.2 h-adaptive方法和r-adaptive方法 417
9.3 自適應網(wǎng)格劃分實例 419
9.3.1 圓管碰撞 419
9.3.2 泰勒桿沖擊 424
9.3.3 彈體侵徹 429
第10章 SPH和EFG方法 434
10.1 無網(wǎng)格方法簡介 434
10.2 SPH方法的特點和基本理論 437
10.3 SPH方法實例分析 439
10.3.1 彈體侵徹靶板的FE/SPH耦合計算 439
10.3.2 兩梁碰撞 461
10.4 EFG方法的特點和基本理論 465
10.5 EFG方法實例分析 467
附錄1 單位制 471
附錄2 LS-DYNA材料模型應力—應變數(shù)據(jù)類型 472
附錄3 LS-DYNA ver.971接觸類型一覽 475
附錄4 金屬在大變形、高應變率和高溫條件下的本構(gòu)模型和數(shù)據(jù) 477
參考文獻 478本書全面介紹了大型非線性有限元程序LS-DYNA的接觸碰撞、隱式分析、熱傳遞、流固耦合、不可壓縮流場、自適應網(wǎng)格、重啟動、SPH及EFG方法等功能的基本理論，詳細解釋了相關(guān)關(guān)鍵字的涵義和使用方法及注意事項，并對ANSYS/LS-DYNA在諸多工程領(lǐng)域的應用給出了相應的分析實例，內(nèi)容涉及電路板受力分析、手機殼體振動分析、水下爆炸分析、汽車碰撞分析、氣囊展開分析、水箱跌落分析、彈丸侵徹分析、摩擦生熱分析、振動模態(tài)分析、金屬成形、薄板沖壓等。本書算例模型準確，步驟簡明扼要，可操作性強，讀者可以參照書中實例舉一反三。
本書可作為理工科院校、科研院所相關(guān)專業(yè)高年級學生、研究生及教師學習使用ANSYS/LS-DYNA的教材或參考用書，也可作為汽車、國防軍工、電子、航天航空、土木、機械等行業(yè)的工程技術(shù)人員學習ANSYS/LS-DYNA的參考資料。該書不僅可作為LS-DYNA新用戶提供大量幫助，也可作為LS-DYNA中高級用戶的參考用書。
本書實例的建模文件可直接到中國水利水電出版社網(wǎng)站（http://www.waterpub.com.cn/softdown/)免費下載。

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