笔记——LS-DYNA模拟中能量及其显示及单元与网格的区别

LS-DYNA 理论及功能LS-DYNA 的理论及功能LS-DYNA 发展概况 (LS-DYNA Introduction)LS-DYNA是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，特别适合求解 各种二维、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。

DYNA 程序系列最初是 1976 年在美国 Lawrence Livermore National Lab. 由 J.O.Hallquist 博士主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经 1979、1981、1982、1986、 1987、1988 年版的功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件，在武器结构设 计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。

1988 年 J.O.Hallquist 创建 LSTC 公司，推出 LS-DYNA 程序系列，主要包括显式 LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隐式 LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析 LS-TOPAZ2D、 LS-TOPAZ3D、前后处理 LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS 等商用程序， 进一步规范和完善 DYNA 的研究成果，陆续推出 930 版（1993 年）、936 版（1994 年）、940 版（1997 年），950 版（1998 年）增加了汽车安全性分析（汽车碰撞、气囊、安全带、假人）、 薄板冲压成形过程模拟以及流体与固体耦合（ALE 和 Euler 算法）等新功能，使得 LS-DYNA 程序系统在国防和民用领域的应用范围进一步扩大，并建立了完备的质量保证体系。

1997 年LSTC公司将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序 合成一个软件包，称为LS-DYNA，PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处 理器为LS-POST。

LS-DYNA动力分析指南第七章练习笔记（新手记录）Aamlq7.1 FEMB前处理准备教程、初始文件totor.lin。

初始单位制为ton、mm、s、N。

按教程导入文件隐藏除W ALL外的其他层。

7.1.1划分网格A．刚性墙划分网格菜单ELEMENT---PLENT/SOLID MESH----4Line Plate，分别选取W ALL平面的四个边（从短边开始），输入网格数量10，15，10，15。

B．保险杠、平板、横杆划分网格将保险杠设置为当前层，菜单ELEMENT--- PLENT/SOLID MESH----TOPOLOGY MESH，选择Current Part，单元尺寸15mm。

分别设置平板、横杆为当前层，重复上述操作。

7.1.2定义相应材料菜单MATERIAL---creat—structural。

按图片输入相应数值，定义20.1和24.1两种材料。

注：弹塑性材料的杨氏模量如果输入2.07e+003计算时会出现错误提示，改成2.07e+004即可解决。

菜单MATERIAL---ASSIGN，刚性墙wall定义为刚性材料M-1，其余定义为M-2。

7.1.3定义单元属性菜单Property—Create—shell，按图片数值定义第一个特性，卡片1.1中积分点改为3个。

卡片1.2T1—T4输入第一个厚度值。

重复创建四个Property。

菜单Property—ASSIGN，四个part对应四个Property。

7.1.4定义接触A．保险杠与刚性墙接触菜单CONTACT—Create----3 Dimension中的*CONTACT_Automatic_Nodes_To_Surface卡片2.1先要选择TYPE类型，然后设置Master/Slave ID。

B．点焊连接层设置，仅显示平板和横杆。

菜单Part—Create，使用缺省值创建Part5。

设置当前层为Part5.菜单EMENT—Create—Spotweld，分别点击平板和横杆上对应的节点，创建焊点。

ANSYSLS-DYNA网格划分ANSYS LS-DYNA结构冲击动力学分析专题培训学习心得——网格控制心得：本次培训最大的收获在于利用workbench进行模型的前处理方面，尤其是网格划分控制上，前期我们进行分析的主要网格划分方式多为系统自动划分，对于结构形式复杂的模型，很多时候都不太会对网格进行控制。

在三维网格划分方面主要有以下几个方式1. 四面体网格划分2. 扫略网格划分3. 多区网格划分4. 六面体为主网格划分5. 自动网格划分算法区别这些我们都有了解，而网格划分算法中的Patch Conforming 算法和Patch Independent 算法的区别却不太清楚，其主要差别在于Patch Independent 算法有较强的几何容忍度，小于某一给定尺寸的几何形状会被忽略，但同时也带来了计算精度有偏差的问题，如何均衡这两者的关系需要根据工程实例情况来进行区分。

对于单个模型的多次网格控制对于一个模型可以添加多个不冲突的网格控制，尺寸控制几乎可以跟任何一种划分方式合用，这样可以保证模型网格的规则性，也可以控制单元数量（因为在DYNA中，单元数量及最小单元尺寸与计算效率及计算精度关系非常密切）。

局部网格控制局部网格控制同样也是以尺寸控制为基础，用单元尺寸、线份数、影响球等手段来实现所关注的局部网格质量。

这个控制的合理应用可以提高计算的效率和精度。

在高级尺寸共功能上，打开调整曲率功能可以调整曲率法向角，细化转角处网格，还可以通过控制狭缝间的网格层数来对细微部分进行细化处理。

单元数量控制DANY的分析对单元数量很敏感，普通的双核CPU的计算机，计算400万单元的模型已经是极限，大型计算机的并行计算也需要进行合理的网格数量及尺寸的控制，另外不同的分析类型对网格质量的要求也不同。

运用DYNA进行碰撞模拟时多采用的是显示动力学分析的模式，这是因为一方面，计算收敛程度高，另一方面，计算结果更为精确，只是由于显式分析计算量大，对网格的质量要求就很高。

ls-dyna单元简介LS-DYNA使用指南中文版本第2章单元(2012-04-05 11:25:53)转载▼标签：杂谈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2.1.1SOLID164SOLID164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。

ANSYS/LSDYNA 平时积累手册显式与隐式方法对比：隐式时间积分——不考虑惯性效应（[C]and[M]）。

——在t＋△t时计算位移和平均加速度：{u}={F}/[K]。

——线性问题时，无条件稳定，可以用大的时间步。

——非线性问题时，通过一系列线性逼近（Newton－Raphson）来求解；要求转置非线性刚度矩阵[k]；收敛时候需要小的时间步；对于高度非线性问题无法保证收敛。

显式时间积分——用中心差法在时间t求加速度：{a}=([F(ext)]-[F(int)])/[M]。

——速度与位移由：{v}={v0}+{a}t,{u}={u0}+{v}t——新的几何构型由初始构型加上{X}={X0}+{U}——非线性问题时，块质量矩阵需要简单的转置；方程非耦合，可以直接求解；无须转置刚度矩阵，所有的非线性问题（包括接触）都包含在内力矢量中；内力计算是主要的计算部分；无效收敛检查；保存稳定状态需要小的时间步。

关于文件组织：jobname.k——lsdyna输入流文件，包括所有的几何，载荷和材料数据jobname.rst——后处理文件主要用于图形后处理（post1），它包含在相对少的时间步处的结果。

jobname.his——在post26中使用显示时间历程结果，它包含模型中部分与单元集合的结果数据。

时间历程ASCII文件——包含显式分析额外信息，在求解之前需要用户指定要输出的文件，它包括：GLSTAT全局信息，MATSUM材料能量，SPCFORC节点约束反作用力，RCFORC接触面反作用力，RBDOUT刚体数据，NODOUT节点数据，ELOUT单元数据……在显式动力分析中还可以生成下列文件：D3PLOT——类似ansys中jobname.rstD3THDT——时间历程文件，类似ansys中jobname.his关于单元：ANSYS/LSDYNA有7中单元（所有单元均为三维单元）:LINK160:显式杆单元；BEAM161：显式梁单元；SHELL163：显式薄壳单元；SOLID164：显式块单元；COMBI165：显式弹簧与阻尼单元；MASS166：显式结构质量；LINK167:显式缆单元显式单元与ansys隐式单元不同：——每种单元可以用于几乎所有的材料模型。

LS-DYNA简介LS-DYNA 简介LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型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。

在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。

与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。

由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。

1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA。

PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处理为LS-POST。

LS-DYNA的最新版本是2001年5月推出的960版。

LS-DYNA功能特点LS-DYNA程序960版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50多种）程序。

它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。

------------------------------------------------------------------------------LS-DYNA功能特点1.分析能力：¨非线性动力学分析¨多刚体动力学分析¨准静态分析（钣金成型等）¨热分析¨结构-热耦合分析¨流体分析：欧拉方式任意拉格郎日-欧拉（ALE）流体-结构相互作用不可压缩流体CFD分析¨有限元-多刚体动力学耦合分析（MADYMO，CAL3D）¨水下冲击¨失效分析¨裂纹扩展分析¨实时声场分析¨设计优化¨隐式回弹¨多物理场耦合分析¨自适应网格重划¨并行处理（SMP和MPP）2.材料模式库(140多种)¨金属¨塑料¨玻璃¨泡沫¨编制品¨橡胶（人造橡胶）¨蜂窝材料¨复合材料¨混凝土和土壤¨炸药¨推进剂¨粘性流体¨用户自定义材料3.单元库¨体单元¨薄/厚壳单元¨梁单元¨焊接单元¨离散单元¨束和索单元¨安全带单元¨节点质量单元¨ SPH单元4.接触方式(50多种) ¨柔体对柔体接触¨柔体对刚体接触¨刚体对刚体接触¨边-边接触¨侵蚀接触¨充气模型¨约束面¨刚墙面¨拉延筋5.汽车行业的专门功能¨安全带¨滑环¨预紧器¨牵引器¨传感器¨加速计¨气囊¨混合III型假人模型6.初始条件、载荷和约束功能¨初始速度、初应力、初应变、初始动量（模拟脉冲载荷）；¨高能炸药起爆；¨节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷；¨循环约束、对称约束（带失效）、无反射边界；¨给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束；¨铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）；¨二个刚性体之间的连接－球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接；¨位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连；¨带失效的节点固连。

LS-DYNA 理论及功能LS-DYNA 的理论及功能LS-DYNA 发展概况 (LS-DYNA Introduction)LS-DYNA是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，特别适合求解 各种二维、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。

DYNA 程序系列最初是 1976 年在美国 Lawrence Livermore National Lab. 由 J.O.Hallquist 博士主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经 1979、1981、1982、1986、 1987、1988 年版的功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件，在武器结构设 计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。

1988 年 J.O.Hallquist 创建 LSTC 公司，推出 LS-DYNA 程序系列，主要包括显式 LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隐式 LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析 LS-TOPAZ2D、 LS-TOPAZ3D、前后处理 LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS 等商用程序， 进一步规范和完善 DYNA 的研究成果，陆续推出 930 版（1993 年）、936 版（1994 年）、940 版（1997 年），950 版（1998 年）增加了汽车安全性分析（汽车碰撞、气囊、安全带、假人）、 薄板冲压成形过程模拟以及流体与固体耦合（ALE 和 Euler 算法）等新功能，使得 LS-DYNA 程序系统在国防和民用领域的应用范围进一步扩大，并建立了完备的质量保证体系。

1997 年LSTC公司将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序 合成一个软件包，称为LS-DYNA，PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处 理器为LS-POST。

ANSYS LS-DYNA结构冲击动力学分析专题培训学习心得——网格控制心得：本次培训最大的收获在于利用workbench进行模型的前处理方面，尤其是网格划分控制上，前期我们进行分析的主要网格划分方式多为系统自动划分，对于结构形式复杂的模型，很多时候都不太会对网格进行控制。

在三维网格划分方面主要有以下几个方式1. 四面体网格划分2. 扫略网格划分3. 多区网格划分4. 六面体为主网格划分5. 自动网格划分算法区别这些我们都有了解，而网格划分算法中的Patch Conforming 算法和Patch Independent 算法的区别却不太清楚，其主要差别在于Patch Independent 算法有较强的几何容忍度，小于某一给定尺寸的几何形状会被忽略，但同时也带来了计算精度有偏差的问题，如何均衡这两者的关系需要根据工程实例情况来进行区分。

对于单个模型的多次网格控制对于一个模型可以添加多个不冲突的网格控制，尺寸控制几乎可以跟任何一种划分方式合用，这样可以保证模型网格的规则性，也可以控制单元数量（因为在DYNA中，单元数量及最小单元尺寸与计算效率及计算精度关系非常密切）。

局部网格控制局部网格控制同样也是以尺寸控制为基础，用单元尺寸、线份数、影响球等手段来实现所关注的局部网格质量。

这个控制的合理应用可以提高计算的效率和精度。

在高级尺寸共功能上，打开调整曲率功能可以调整曲率法向角，细化转角处网格，还可以通过控制狭缝间的网格层数来对细微部分进行细化处理。

单元数量控制DANY的分析对单元数量很敏感，普通的双核CPU的计算机，计算400万单元的模型已经是极限，大型计算机的并行计算也需要进行合理的网格数量及尺寸的控制，另外不同的分析类型对网格质量的要求也不同。

运用DYNA进行碰撞模拟时多采用的是显示动力学分析的模式，这是因为一方面，计算收敛程度高，另一方面，计算结果更为精确，只是由于显式分析计算量大，对网格的质量要求就很高。

GLSTAT(参见*database_glstat)文件中报告的总能量是下面几种能量的和内能internal energy动能kinetic energy接触(滑移)能contact (sliding) energy沙漏能hourglass energy系统阻尼能system damping energy刚性墙能量rigidwall energyGLSTAT中报告的弹簧阻尼能“Spring and damper energy”是离散单元(discrete elements)、安全带单元(seatbelt elements)内能及和铰链刚度相关的内能(*constrained_joint_stiffness…)的总和。

而内能“Internal Energy”包含弹簧阻尼能“Spring and damper energy”和所有其它单元的内能。

因此弹簧阻尼能“Spring and damper energy”是内能“Internal energy”的子集。

由SMP 5434a版输出到glstat文件中的铰链内能“joint internal energy”跟*constrained_joing_stiffness不相关。

它似乎与*constrained_joint_revolute(_spherical,etc)的罚值刚度相关。

这是SMP 5434a之前版本都存在的缺失的能量项，对MPP 5434a也一样。

这种现象在用拉格朗日乘子(Lagrange Multiplier)方程时不会出现。

与*constrained_joint_stiffness相关的能量出现在jntforc文件中，也包含在glstat文件中的弹簧和阻尼能和内能中。

回想弹簧阻尼能“spring and damper energy”，不管是从铰链刚度还是从离散单元而来，总是包含在内能里面。

在MATSUM文件中能量值是按一个part一个part输出的(参见*database_matsum)。

LS-DYNA使用指南第六章发表时间：2007-7-30 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: 显式有限元LS-DYNA ANSYS第六章接触表面ANSYS/LS-DYNA中的接触表面可以使用户在模型中诸Component之间定义多种接触类型，本章将概要地讲述一下显式动态分析中定义物理上的真实接触。

必须注意的是显式动态分析中的接触与其它类型的ANSYS分析中的接触类型不同，在其它分析中，接触是由实际接触单元表示。

而在显式动态分析中没有接触单元。

只需定义接触表面，它们之间的接触类型以及相应的参数。

6.1接触的定义因为在显式动态分析中会发生复杂的大变形，所以确定模型内component之间的接触是非常困难的。

基于此原因，ANSYS/LS-DYNA程序中包含许多功能以使接触表面间的接触定义更容易些。

在ANSYS/LS-DYNA中采用 EDCGEN命令来定义所有接触表面。

使用 EDCGEN命令时遵循下列步骤：第一步；确定哪种接触类型最适合你的物理模型。

第二步：定义接触实体。

第三步：定义摩擦系数参数。

第四步：为给定的接触类型给定一些附加输入。

第五步：定义接触的杀死和激活时间。

第一步：定义接触类型为了充分地描述在大变形接触和动态撞击中的复杂几何体之间的相互作用，在ANSYS/LS-DYNA中引入了许多种接触类型。

这些接触类型，包括节点-表面，表面-表面，单面，单边，侵蚀，固连，固连断开，压延筋和刚性体接触，将在本章标题为“接触选项”中详细讨论，对于一般的分析而言，建议使用自动单面（ASSC），自动原则（AG），节点-表面（NTS），表面-表面（STS）接触选项。

第二步：定义接触实体除单面接触（ASSC，SS和ESS）、自动通用（AG）和单边接触（SE）外，所有的接触类型都必须在发生接触的地方定义contact表面和target表面，这可用节点components, PART ID 或部件集合ID定义。

L S-D Y N A自适应网格划分-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIANANSYS/LS-DYNA自适应网格划分在金属成形和高速撞击分析中，物体要经历很大的塑性变形。

单积分点显式单元，常用于大变形，但是在这种情况下，由于单元纵横比不合适可能给出不精确的结果。

为了解决这一问题，ANSYS/LS-DYNA程序可以在分析过程中自动重新划分表面来改善求解精度。

这一功能，即自适应网格划分，由 EDADAPT 和EDCADAPT 命令控制。

EDADAPT 命令在一个指定的PART内激活自适应网格划分。

（用 EDPART 命令创建或显示有效PART IDs），例如，为了给PART1打开自适应网格划分，可以执行下列命令：EDADAPT，1，ON注意—自适应网格划分功能仅对包含SHELL163单元的部件有效。

当此项功能打开时，分析中该部件的网格将自动重新生成。

从而保证在整个变形过程中有合适的单元纵横比。

自适应网格划分一般应用在大变形分析例如金属变形中（调节网格最典型的应用是板料）。

在一个模型中要在多个部件上应用此功能，必须对每个不同的PART ID执行EDADAPT 命令。

缺省时，该功能是关闭的。

在指定哪些部件重新划分后，必须用 EDCADAPT 命令定义网格划分参数。

采用EDADAPT 命令定义需要网格划分的所有PART ID号，用 EDCADAPT 命令对其设置控制选项。

EDCADAPT 命令控制的参数如下所示：·Frequency(FREQ)- 调节自适应网格划分的时间间隔。

例如，假设FREQ设置为0.01，如果单元变形超过指定的角度容差，则其将每隔0.01秒被重新划分一次（假设时间单位为秒）。

因为FREQ的缺省值为0.0，所以在分析中应用自适应网格划分时必须指定此项。

·Angle Tolerance(TOL)-对于自适应网格划分（缺省值为1e31）有一个自适应角度公差。

time........................... 4.99735E-03time step...................... 4.45000E-06kinetic energy................. 3.80904E+09internal energy................ 5.15581E+09spring and damper energy....... 1.00000E-20hourglass energy .............. 1.34343E+08system damping energy.......... 0.00000E+00sliding interface energy....... 1.72983E+07external work.................. 4.54865E+09eroded kinetic energy.......... 0.00000E+00eroded internal energy......... 0.00000E+00total energy................... 9.11649E+09total energy / initial energy.. 1.09716E+00energy ratio w/o eroded energy. 1.09716E+00global x velocity.............. -6.63878E+01global y velocity.............. 3.44465E+02global z velocity.............. -1.86129E+04time per zone cycle.(nanosec).. 11286GLSTAT(参见*database_glstat)文件中报告的总能量是下面几种能量的和：内能internal energy动能kinetic energy接触(滑移)能contact(sliding) energy沙漏能houglass energy系统阻尼能system damping energy刚性墙能量rigidwall energyGLSTAT中报告的弹簧阻尼能Spring and damper energy是离散单元(discr -ete elements) ,安全带单元(seatbelt elements)内能及和铰链刚度相关的内能(*constrained_joint_stiffness…)之和。