第一章引言
ANSYS/LS-DYNA将显式有限元程序LS-DYNA和ANSYS程序强大的前后处理结合起来。用LS-DYNA的显式算法能快速求解瞬时大变形动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问题。使用本程序，可以用ANSYS建立模型，用LS-DYNA做显式求解，然后用标准的ANSYS后处理来观看结果。也可以在ANSYS和ANSYS-LS-DYNA之间传递几何信息和结果信息以执行连续的隐式－显式/显式－隐式分析，如坠落实验、回弹、及其它需要此类分析的应用。
1.1显式动态分析求解步骤概述
显式动态分析求解过程与ANSYS程序中其他分析过程类似，主要由三个步骤组成：
1：建立模型（用PREP7前处理器）
2：加载并求解（用SOLUTION处理器）
3：查看结果（用POST1和POST26后处理器）
本手册主要讲述了ANSYS/LS-DYNA显式动态分析过程的独特过程和概念。没有详细论述上面的三个步骤。如果熟悉ANSYS程序，已经知道怎样执行这些步骤，那么本手册将提供执行显式动态分析所需的其他信息。如果从未用过ANSYS,就需通过以下两本手册了解基本的分析求解过程：
·ANSYS Basic Analysis Guide
·ANSYS Modeling and Meshing Guide
使用ANSYS/LS-DYNA时，我们建议用户使用程序提供的缺省设置。多数情况下，这些设置适合于所要求解的问题。
1.2显式动态分析采用的命令
在显式动态分析中，可以使用与其它ANSYS分析相同的命令来建立模型、执行求解。同样，也可以采用ANSYS图形用户界面（GUI）中类似的选项来建模和求解。
然而，在显式动态分析中有一些独特的命令，如下：
EDADAPT：激活自适应网格
EDASMP：创建部件集合
EDBOUND：定义一个滑移或循环对称界面
EDBVIS：指定体积粘性系数
EDBX：创建接触定义中使用的箱形体
EDCADAPT：指定自适应网格控制
EDCGEN：指定接触参数
EDCLIST：列出接触实体定义
EDCMORE：为给定的接触指定附加接触参数
EDCNSTR：定义各种约束
EDCONTACT：指定接触面控制
EDCPU：指定CPU时间限制
EDCRB：合并两个刚体
EDCSC：定义是否使用子循环
EDCTS：定义质量缩放因子
EDCURVE：定义数据曲线
EDDAMP：定义系统阻尼
EDDC：删除或杀死/重激活接触实体定义
EDDRELAX：进行有预载荷几何模型的初始化或显式分析的动力松弛EDDUMP：指定重启动文件的输出频率（d3dump）
EDENERGY：定义能耗控制
EDFPLOT：指定载荷标记绘图
EDHGLS：定义沙漏系数
EDHIST：定义时间历程输出
EDHTIME：定义时间历程输出间隔
EDINT：定义输出积分点的数目
EDIS：定义完全重启动分析的应力初始化
EDIPART：定义刚体惯性
EDLCS：定义局部坐标系
EDLOAD：定义载荷
EDMP：定义材料特性
EDNB：定义无反射边界
EDNDTSD：清除噪声数据提供数据的图形化表示
EDNROT：应用旋转坐标节点约束
EDOPT：定义输出类型，ANSYS或LS-DYNA
EDOUT：定义LS-DYNA ASCII输出文件
EDPART：创建，更新，列出部件
EDPC：选择、显示接触实体
EDPL：绘制时间载荷曲线
EDPVEL：在部件或部件集合上施加初始速度
EDRC：指定刚体/变形体转换开关控制
EDRD：刚体和变形体之间的相互转换
EDREAD：把LS-DYNA的ASCII输出文件读入到POST26的变量中EDRI：为变形体转换成刚体时产生的刚体定义惯性特性EDRST：定义输出RST文件的时间间隔
EDSHELL：定义壳单元的计算控制
EDSOLV：把“显式动态分析”作为下一个状态主题
EDSP：定义接触实体的小穿透检查
EDSTART：定义分析状态（新分析或是重启动分析）
EDTERM：定义中断标准
EDTP：按照时间步长大小绘制单元
EDVEL：给节点或节点组元施加初始速度
EDWELD：定义无质量焊点或一般焊点
EDWRITE：将显式动态输入写成LS-DYNA输入文件
PARTSEL：选择部件集合
RIMPORT：把一个显式分析得到的初始应力输入到ANSYS
REXPORT：把一个隐式分析得到的位移输出到ANSYS/LS-DYNA
UPGEOM：相加以前分析得到的位移，更新几何模型为变形构型
关于ANSYS命令按字母顺序排列的详细资料(包括每条命令的特定路径)，请参阅《ANSYS Commands Reference》。
1.3本手册使用指南
本手册包含过程和参考信息，可从前到后选择性阅读。然而，选择与规划和进行显式动态分析求解过程相对应的顺序阅读更有帮助。
在建模之前，必须确定最能代表物理系统的单元类型和材料模型，下面几章将为你提供相关的一些基础知识：
第二章，单元
第七章，材料模型
选择了合适的单元类型和材料模型后，就可以建模了。建模的典型方面如下所示：
第三章，建模
第六章，接触表面
第八章，刚体
第四章，加载
与求解和后处理有关的特征如下：
第五章，求解特性
第十二章，后处理
有些高级功能在一个分析中可能涉及不到，但在某些情况下可能用到，如下所示：
第九章，沙漏
第十章，质量缩放
第十一章，子循环
第十三章，重启动
第十四章，显-隐式连续求解
第十五章，隐-显式连续求解
最后，附录中还包含了有关下列主题的有关信息：
附录A，隐、显式方法的比较
附录B，材料模型样例
附录C，ANSYS/LS-DYNA和LS-DYNA命令变换
1.4何处能找到显式动态例题
The Explicit Dynamics Tutorial描述了一个典型的显式动态分析例题。
1.5其它信息
对于显式动态分析的详细资料，请参阅《ANSYS Structural Analysis Guide》中的第十四章。对于显式动态分析单元的详细资料，请参阅《ANSYS Element Reference》；至于详细的理论信息，请参阅Livermore Software Technology Corporation的《LS-DYNA Theoretical Manual》。
第二章单元
在显式动态分析中可以使用下列单元：
·LINK160杆
·BEAM161梁
·PLANE162平面
·SHELL163壳
·SOLID164实体
·COMBI165弹簧阻尼
·MASS166质量
·LINK167仅拉伸杆
本章将概括介绍各种单元特性,并列出各种单元能够使用的材料类型。
除了PLANE162之外,以上讲述的显式动态单元都是三维的,缺省时为缩减积分(注意：对于质量单元或杆单元缩减积分不是缺省值)缩减积分意味着单元计算过程中积分点数比精确积分所要求的积分点数少。因此,实体单元和壳体单元的缺省算法采用单点积分。当然,这两种单元也可以采用全积分算法。详细信息参见第九章沙漏,也可参见《LS-DYNA Theoretical Manual》。
这些单元采用线性位移函数；不能使用二次位移函数的高阶单元。因此，显式动态单元中不能使用附加形状函数，中节点或P-单元。线位移函数和单积分点的显式动态单元能很好地用于大变形和材料失效等非线性问题。
值得注意的是，显单元不直接和材料性能相联系。例如，SOLID164单元可支持20多种材料模型，其中包括弹性，塑性，橡胶，泡沫模型等。如果没有特别指出的话（参见第六章，接触表面），所有单元所需的最少材料参数为密度，泊松比，弹性模量。参看第七章材料模
型，可以得到显式动态分析中所用材料特性的详细资料。也可参看《ANSYS Element Reference》,它对每种单元作了详细的描述，包括单元的输入输出特性。
2.1实体单元和壳单元
2.1.1 SOLID164
SOLID164单元是一种8节点实体单元。缺省时，它应用缩减（单点）积分和粘性沙漏控制以得到较快的单元算法。单点积分的优点是省时，并且适用于大变形的情况下。当然，也可以用多点积分实体单元算法（KEYOPT（1）=2）；关于SOLID164的详细描述，请参见《ANSYS Element Reference》和《LS-DYNA Theoretical Manual》中的§3.3节。如果担心沙漏现象，比如泡沫材料，可采用多点积分算法，因为它无需沙漏控制；计算结果要好一些。但要多花大约4倍的CPU时间。
楔形、锥型和四面体单元是六面体单元的退化产物（例如，一些节点是重复的）。这些形状在弯曲时经常很僵硬，有些情况下还有可能产生问题。因此，应尽量避免使用这些退化形状的单元。
对于实体单元可采用下列材料模型：
·各向同性弹性
·正交各向异性弹性
·各向异性弹性
·双线性随动强化
·塑性随动强化
·粘弹性
·Blatz-ko橡胶
·双线性各向同性
·幂律塑性
·应变率相关塑性
·复合材料破坏
·混凝土破坏
·地表材料
·分段线性塑性·Honeycomb蜂窝材料·Mo oney-Rivlin橡胶·Barlat各向异性塑性·弹塑性流体动力
·闭合多孔泡沫
·低密度泡沫
·粘性泡沫
·可压缩泡沫
·应变率相关幂律塑性
·Johnson-Cook塑性
·空材料
·Zerilli-Armstrong
·Bamman
·Steinberg
·弹性流体
2.1.2 SHELL163
SHELL163单元有12中不同的算法。用KEYOPT（1）来定义所选的算法。和实体单元一样，积分点的个数直接影响着CPU时间。因此，对于一般的分析而言，建议使用缺省积分点个数。以下将概述SHELL163单元的不同算法：
2.1.3通用壳单元算法
·Belytschko-Tsay(KEYOPT(1)=0或2)—缺省
—速度快，建议在多数分析中使用
—使用单点积分
—单元过度翘曲时不要使用
·Belytschko-Wong-Chiang(KEYOPT(1)=10)
—比Belytschko-Tsay慢25%
—使用单点积分
—对翘曲情况一把可得到正确结果
·Belytschko-Leviathan(KEYOPT(1)=8)
—比Belytschko-Tsay慢40%
—使用单点积分
—自动含有物理上的沙漏控制
·Hughes-Liu(KEYOPT(1)=1,6,7,11)有4种不同的算法，它可以将节点偏离单元的中面。
KEYOPT(1)=1一般型Hughes-Liu，使用单点积分，比Belytschko-Tsay慢250%。
KEYOPT(1)=11快速Hughes-Liu，使用单点积分，比Belytschko-Tsay慢150%。
KEYOPT(1)=6S/R Hughes-Liu，有4个积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay慢20倍。
KEYOPT(1)=7 S/R快速Hughes-Liu，有4个积分点，没有沙漏，比Belytschko-Tsay 慢8.8倍。如果分析中沙漏带来麻烦的话，建议使用此算法。
KEYOPT(1)=12全积分Belytschko-Tsay壳。在平面内有四个积分点，无需沙漏控制。通过假设的横向剪切应变可以矫正剪切锁定。但是它比单点Belytschko-Tsay慢2.5倍，如果分析中担心沙漏的话，建议使用此方法。
2.1.4薄膜单元算法
·Belytschko-Tsay薄膜（KEYOPT(1)=5）
—速度快，建议在大多数薄膜分析中使用
—缩减（单点）积分
—很好地用于关心起皱的纺织品（例如，大的平面压缩应力破坏较薄的纤维单元）·全积分Belytschko-Tsay薄膜（KEYOPT(1)=9）
—明显的比通用薄膜单元慢（KEYOPT(1)=5）
—面内有四个积分点
—无沙漏
2.1.5三角型薄壳单元算法
·C 0三角型薄壳（KEYOPT(1)=4）单元
—基于Mindlin-Reissner平板理论
—该构型相当僵硬，因此不建议用它来整体划分网格
—使用单点积分
·BCIZ三角型薄壳（KEYOPT(1)=3）单元
—基于Kirchhoff平板理论
—比C 0三角型薄壳单元慢
—使用单点积分
ANSYS/LS-DYNA用户手册中有关SHELL163的描述对可用的壳单元算法作了完整的介绍。
退化的四边形单元在横向剪切时易发生锁死。因此，应使用C0三角型薄壳单元（基于Belytschko和其合作者的工作），如果在同一种材料中把单元分类标记（ EDSHELL命令的ITRST域）设置为1（缺省值），就可混合使用四边形和三角形单元。对于壳单元可使用以下材料模型：
·各向异性弹性
·正交各向异性弹性
·双线性随动强化
·塑性随动强化
·Blatz-Ko橡胶
·双线性各向同性
·幂律塑性
·应变率相关塑性
·复合材料破坏
·分段线性塑性
·Mooney-Rivlin橡胶
·Barlat各向异性塑性
·3参数Barlat塑性
·横向各向异性弹塑性
·应变率相关幂律塑性
·横向各向异性FLD
·Johnson-Cook塑性
·Bamman
注意 --当SHELL163单元使用Mooney-Rivlin橡胶材料模型时，LS-DYNA编码将自动使用Belytschko-Tsay算法的完全拉格朗日修正法来代替KEYOPT（1）指定的算法。程序选择的算法要求满足超弹材料的特殊需要。
图2-1积分点
所有的壳单元算法沿厚度方向都可以有任意多个积分点。典型地，对于弹性材料沿厚度方向需要2个积分点，而对于塑性材料则需要3个或更多的积分点。沿厚度方向的积分点个数由第二实常数来控制：
R ,NEST,,R2,这里R2为积分点的个数（NIP）。
壳单元使用三维平面应力本构子程序修正应力张量，使垂直于壳单元中面的正应力分量为零。积分点位于壳单元的质心垂线上，见图2-1。
开始时每个节点的厚度方向与单元表面都是正交的但它们随节点旋转。计算弯矩和平面力需要厚度方向的积分点。其应变呈线性分布，而应力分布要复杂得多，它和材料性质有关。
对于线弹性材料两个积分点就足够了，而非线性材料则需要更多的积分点，输出的应力属于最外层的积分点，而不是表面上的（尽管后处理的术语是指顶面和底面），因此在分析结果时需要注意，对于弹性材料，应力可以外推到表面上。对于非线性材料来说，通常是选择沿厚度方向的四五个节点而忽略其不精确性（例如，忽略表面和外部积分点之间的应力差）。高斯积分法最外层积分点的位置由下表给出：
注意 --在使用线弹性材料时，能够预先准确定义这些积分准则，但是通常在ANSYA/LS-DYNA中无法做到，由于模拟大多涉及非线性行为。
另外，对于全积分单元来说，其输出应力是同一层内2×2积分点的应力平均值。
2.1.6 PLANE162
PLANE162单元是一个二维，4节点的实体单元,它既可以用作平面（X-Y平面）单元，也可以用作轴对称单元（Y轴对称）。KEYOPT（3）用来指定单元的平面应力、轴对称和平面应变选项。对于轴对称单元可以利用KEYOPT（2）指定面积或体积加权选项。PLANE162典型情况下为四节点单元。当然也可以用三节点三角形选项，但是由于它太僵硬，所以不推荐使用它。这个单元没有实常数。重要的是要注意到含有PLANE162单元的模型必须仅包含这种单元。ANSYS/LS-DYNA中不允许有二维和三维单元混合使用的有限元模型。
这种单元可用的材料模型与KEYOPT（3）的设置有关。对KEYOPT（3）=0，1，2（平面应力、平面应变或轴对称），用户可以选择下列材料模型：
·各向同性弹性
·正交各向异性弹性
·Blatz-ko橡胶
·Mooney-Rivlin橡胶
·粘弹性
·双线性各向同性
·双线性随动强化
·塑性随动强化
·幂率塑性
·应变率相关幂率塑性
·应变率相关塑性
·分段线性塑性
·复合材料破坏
·Johnson-Cook塑性
·Bamman
对平面应力选项（KEYOPT（3）=0），可以选择下列材料：
·3参数Barlat塑性
·Barlat各向异性塑性
·横向正交各向异性弹塑性
·横向正交异性FLD
对轴对称和平面应变选项（KEYOPT（3）=1或2），可以选用下列材料：·正交各向异性弹性
·弹塑性流体动力
·闭合多孔泡沫
·低密度泡沫
·可压缩泡沫
·Honeycomb蜂窝材料
·空材料
·Zerilli-Armstrong
·Steinberg
·弹性流体
2.2梁单元和杆单元
2.2.1 BEAM161
BEAM161有两种基本算法：Hughes-Liu和Belytschko-Schwer。因为BEAM161不产生任何应变，所以它最适合于刚体旋转。必须用三个节点来定义单元；在每个端点处有一节点，同时需要有一定向节点。对于这两种算法来说，可用KEYOPT（4）和KEYOPT（5）来定义几种横截面。通常，对于2×2高斯积分点，BEAM161具有高效和耐用性。可用KEYOPT（2）来定义不同积分算法。
Hughes-Liu梁单元（缺省值）是一个传统积分单元，它可以采用梁单元中间跨度的一组积分点来模拟矩形和圆形横截面。另外，用户也可以定义一个横截面积分规则来模拟任意的横截面。梁单元沿其长度方向能有效地产生一个不变力矩，因此，与实体单元和壳体单元一样，网格必须合理划分以保证精度。由于积分点的位置，只在单元中心才可检验屈服，因此，由于必须在夹持单元的中心处产生全塑性力矩而不是单元外边根部，悬臂梁模型将在一个稍高的力作用下产生屈服。
Belytschko-Schwer.梁单元（KEYOPT（1）=2，4，5）是一个显式算法，可以产生一个沿长度方向呈线性分布的力矩。这种单元有“正确”的弹性应力并且在其末端可检验屈服。
例如：当一个悬臂梁在端部静态加载时，可用一个单元来精确地表达弹性和塑性状态。如同Hughes-Liu梁单元，质量堆积到节点上，因此，在动态问题中必须要细分网格，因为此时正确的质量分布是很重要的。
对于梁单元，可使用下列材料模型：（对于某些算法有些限制）
·各向同性弹性
·双线性随动强化
·塑性随动强化
·粘弹性
·幂率塑性
·分段线性塑性
2.2.2 LINK160
LINK160桁架单元与Belytschko-Schwer梁单元很相似，但只能承受轴向载荷。这种类型单元支持直杆，在两端轴向加载，材料性质均匀。对于这种单元可使用的材料类型为各向同性弹性，塑性随动强化（率相关）和双线性动力。
2.2.3 LINK167
LINK167单元是仅能拉伸的杆，可以用于模拟索。它与弹性单元类似，由用户直接输入力与变形的关系。本单元类型需要用 EDMP命令来定义索单元选项（参看 EDMP命令概述）。
2.3离散单元
2.3.1COMBI165弹簧-阻尼单元