ANSYS 14.5/LS-DYNA非線性有限元分析實例指導教程（簡體書）

ANSYS 14．5／LS-DYNA作為世界上最著名的通用顯式非線性動力分析程序，能夠模擬真實世界的各種復雜幾何非線性．材料非線性和接觸非線性問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結構的高速碰撞、爆炸和金屬成形等非線性動力沖擊問題，同時可以求解傳熱、流體及流固耦合問題。
《ANSYS 14．5/LS-DYNA非線性有限元分析實例指導教程》主要分為兩大部分：第一部分介紹了ANSYSl4．5／LS-DYNA軟件所涉及的基礎知識、應用方法及要點，主要包括：CAE技術及其發展、單元的特性及定義、材料模型及其選用、有限元建模技術、加載與約束、求解及其監控、后處理等。第二部分結合實例介紹了LS-DYNA的一些典型應用，主要包括：工業產品跌落測試分析、沖壓回彈分析、鳥撞發動機風擋分析、軋制成形分析、沖擊分析、侵徹分析等，并在其中穿插講述了一些新的模塊、新的方法。
《ANSYS 14．5/LS-DYNA非線性有限元分析實例指導教程》適合理工科院校本科高年級學生和研究生作為專業學習輔導教材，也可以作為各行各業工程技術人員的工程設計參考手冊。

前言
第1章 CAE與LS-DYNA的發展
1.1 CAE技術及其發展
1.2 LS-DYNA的特點及應用
1.2.1 LS-DYNA的功能特點
1.2.2 LS-DYNA的應用領域
1.2.3 LS-DYNA的文件系統
1.2.4 LS-DYNA分析的一般流程
1.3 顯式與隱式時間積分

第2章 ANSYS/LS-DYNA的單元特性及定義
2.1 ANSYS/LS-DYNA的單元特性
2.1.1 LINK160桿單元
2.1.2 BEAM161梁單元
2.1.3 SHELL163薄殼單元
2.1.4 SOLID164實體單元
2.1.5 COMBI165彈簧阻尼單元
2.1.6 MASS166質點質量單元
2.1.7 LINK167纜單元
2.2 定義顯式動力單元
2.2.1 過濾圖形界面
2.2.2 選擇單元類型
2.2.3 定義單元選項
2.2.4 定義單元實常數
2.3 簡化積分與沙漏
2.3.1 簡化積分單元
2.3.2 沙漏概述
2.3.3 沙漏控制技術
2.3.4 單元綜合要點

第3章 LS-DYNA材料模型及其選用
3.1 材料定義流程
3.1.1 利用圖形用戶界面（GUI）輸入材料模型的流程
3.1.2 用命令定義材料模型
3.1.3 材料模型選擇要點
3.2 彈性材料模型
3.2.1 線彈性材料
3.2.2 非線性彈性模型
3.3 非線性無彈性模型
3.3.1 與應變率無關的各向同性材料模型
3.3.2 與應變率相關的各向同性材料模型
3.3.3 與應變率相關的各向異性材料模型
3.3.4 考慮失效的材料模型
3.3.5 彈塑性流體動力學材料模型
3.3.6 粘彈塑性材料模型
3.4 泡沫材料模型
3.4.1 低密度閉合多孔的聚氨酯泡沫
3.4.2 粘性泡沫材料模型
3.4.3 低密度氨基甲酸乙酯泡沫
3.4.4 可壓扁泡沫材料模型
3.4.5 正交異性可壓扁Honeycomb蜂窩結構
3.5 狀態方程相關的材料模型
3.5.1 線性多項式狀態方程
3.5.2 Gruneisen狀態方程
3.5.3 Tbbulated狀態方程
3.6 離散單元模型
3.6.1 彈簧的材料模型
3.6.2 阻尼器模型
3.6.3 索模型
3.7 剛性體模型

第4章 建立幾何實體模型
4.1 常用的基本概念
4.1.1 建模前的規劃
4.1.2 ANSYS/LS-DYNA的單位制
4.1.3 ANSYS坐標系
4.1.4 坐標系的激活與刪除
4.1.5 工作平面
4.1.6 組件與組元
4.1.7 工作環境設置
4.2 ANSYS實體建模
4.2.1 自底向上建模
4.2.2 自頂向下建模
4.2.3 布爾操作
4.2.4 布爾運算失敗時建議采取的一些措施
4.2.5 其他常用實體建模方式
4.2.6 圖元的顯示
4.3 從CAD系統中導入實體模型
4.3.1 生成IGES（.igs）格式文件
4.3.2 ANSYS/LS-DYNA調IGES文件

第5章 建立有限元模型
5.1 設置單元屬性
5.1.1 為實體模型指定屬性
5.1.2 使用總體的屬性設置
5.1.3 修改單元屬性
5.2 控制網格密度
5.2.1 智能網格劃分
5.2.2 單元尺寸控制
5.2.3 單元類型控制
5.2.4 網格類型控制
5.2.5 改變網格
5.3 網格拖拉與掃掠
5.3.1 網格拖拉
5.3.2 網格掃掠

第6章 LS-DYNA的接觸及其定義
6.1 接觸算法與接觸類型
6.1.1 常用基本概念
6.1.2 LS-DYNA的接觸算法
6.1.3 LS-DYNA的接觸類型
6.2 接觸界面的定義與控制
6.2.1 定義接觸界面
6.2.2 列表和刪除接觸
6.2.3 接觸界面的控制選項
6.2.4 穿透問題及解決措施
6.2.5 接觸分析注意問題

第7章 載荷、初始條件和約束
7.1 施加載荷
7.1.1 定義數組參數、載荷曲線
7.1.2 施加載荷
7.2 施加初始條件
7.3 施加約束
7.3.1 施加約束
7.3.2 施加轉動約束
7.3.3 滑動或周期性邊界面約束
7.3.4 無反射邊界條件
7.3.5 定義特殊約束
7.4 點焊和阻尼控制
7.4.1 點焊
7.4.2 阻尼控制

第8章 求解與求解控制
8.1 求解基本參數設定
8.1.1 計算時間控制
8.1.2 輸出文件控制
8.1.3 高級求解控制
8.1.4 輸出K文件
8.2 求解與求解監控
8.2.1 求解過程描述
8.2.2 求解監控
8.2.3 求解中途退出的原因
8.2.4 負體積產生的原因
8.3 重啟動
8.3.1 新的分析
8.3.2 簡單重啟動
8.3.3 小型重啟動
8.3.4 完全重啟動
8.4 LS-DYNA輸入數據格式
8.4.1 關鍵字文件的格式
8.4.2 關鍵字文件的組織關系

第9章 ANSYS/LS-DYNA后處理
9.1 ANSYS后處理
9.1.1 通用后處理器POST1
9.1.2 時間歷程后處理器POST26
9.2 LS-PREPOST4.0后處理
9.2.1 LS-PREPOST 4.0程序界面
9.2.2 下拉菜單
9.2.3 圖形繪制
9.2.4 圖形控制區
9.2.5 動畫控制區
9.2.6 主菜單
9.2.7 鼠標鍵盤操作

第10章 產品的跌落測試分析
10.1 跌落測試分析概述
10.2 跌落測試模塊DTM
10.2.1 DTM模塊的啟動
10.2.2 跌落測試分析基本流程
10.2.3 跌落測試分析參數設置
10.3 PDA跌落測試分析
10.3.1 啟動DTM模塊
10.3.2 打開幾何實體模型
10.3.3 定義單元類型、實常數
10.3.4 定義材料模型
10.3.5 生成有限元模型
10.3.6 生成PART
10.3.7 定義接觸
10.3.8 跌落分析基本參數設置
10.3.9 觀察分析結果
10.3.10 命令流實現

第11章 板料沖壓及回彈分析
11.1 顯式-隱式序列求解
11.1.1 求解分析的顯式部分
11.1.2 為了進行隱式分析改變作業名
11.1.3 關閉單元的形狀檢查
11.1.4 轉換單元類型
11.1.5 修改隱式單元的幾何形狀
11.1.6 移走不需要的單元
11.1.7 重新定義邊界條件
11.1.8 輸入應力
11.1.9 進行隱式求解
11.2 板料沖壓成形模擬
11.2.1 啟動ANSYS/LS-DYNA
11.2.2 定義單元類型、實常數、材料模型
11.2.3 創建幾何實體模型
11.2.4 定義接觸
11.2.5 定義約束
11.2.6 施加載荷
11.2.7 求解控制與求解
11.2.8 觀察分析結果
11.2.9 命令流實現
11.3 回彈分析
11.3.1 為了進行隱式分析改變作業名
11.3.2 關閉單元的形狀檢查
11.3.3 轉換單元類型
11.3.4 修改隱式單元的幾何形狀
11.3.5 移走不需要的單元
11.3.6 重新定義邊界條件
11.3.7 輸入應力
11.3.8 進行隱式求解
11.3.9 檢查回彈結果
11.3.10 命令流實現

第12章 鳥撞發動機風擋模式
12.1 隱式-顯式序列求解
12.1.1 進行隱式求解
12.1.2 為進行顯式求解改變作業名
12.1.3 改變單元類型
12.1.4 移走額外約束
12.1.5 寫來自隱式分析的節點結果
12.1.6 施加所需的接觸、載荷條件
12.1.7 初始化模型的幾何形狀
12.1.8 進行顯式分析
12.2 鳥撞發動機風擋模擬
12.2.1 進行隱式求解
12.2.2 隱式求解的命令流實現
12.2.3 為進行顯式求解改變作業名
12.2.4 改變單元類型、材料模型、實常數
12.2.5 移走額外約束
12.2.6 寫來自隱式分析的節點結果
12.2.7 施加所需的接觸、載荷條件
12.2.8 初始化模型的幾何形狀
12.2.9 進行顯式分析
12.2.10 命令流實現
12.2.11 后處理

第13章 金屬塑性成形模擬
13.1 金屬塑性成形數值模擬
13.1.1 金屬塑性成形數值模擬概述
13.1.2 塑性成形有限元模擬優點
13.1.3 塑性成形中的有限元方法
13.2 楔橫軋軋制成形模擬
13.2.1 啟動ANSYS/LS-DYNA
13.2.2 定義單元類型、實常數、材料模型
13.2.3 建立模具有限元模型
13.2.4 定義接觸
13.2.5 定義約束
13.2.6 定義載荷
13.2.7 定義模具的質量中心
13.2.8 求解控制與求解
13.2.9 命令流實現
13.2.10 后處理

第14章 沖擊動力學問題的分析
14.1 薄壁方管屈曲分析
14.1.1 啟動ANSYS/LS-DYNA
14.1.2 建立有限元模型
14.1.3 定義接觸
14.1.4 定義邊界條件
14.1.5 施加沖擊載荷
14.1.6 求解控制設置
14.1.7 求解及求解過程控制
14.1.8 命令流實現
14.1.9 后處理
14.2 自適應網格方法概述
14.2.1 h-adaptive方法
14.2.2 r-adaptive方法
14.2.3 開啟網格自適應
14.2.4 自適應網格高級控制
14.3 薄壁方管的自適應屈曲分析
14.3.1 創建PART
14.3.2 開啟網格自適應
14.3.3 自適應網格高級控制
14.3.4 命令流實現
14.3.5 求解結果對比

第15章 侵徹問題的分析
15.1 LS-DYNA侵徹問題模擬概述
15.1.1 侵徹問題的研究方法
15.1.2 侵徹問題的數值模擬
15.2 彈丸侵徹靶板分析
15.2.1 啟動ANSYS/LS-DYNA
15.2.2 建立有限元模型
15.2.3 定義接觸
15.2.4 定義邊界條件
15.2.5 定義彈丸初始速度
15.2.6 求解控制設置
15.2.7 求解及求解過程控制
15.2.8 命令流實現
15.2.9 后處理

第16章 ALE、SPH高級分析
16.1 ALE方法
16.1.1 Lagrange、Euler、ALE方法
16.1.2 ALE方法理論基礎
16.1.3 執行一個ALE分析
16.2 無網格方法概述
16.2.1 無網格方法基本思想
16.2.2 無網格方法的發展歷程
16.2.3 無網格方法的優缺點
16.2.4 部分無網格方法簡介
16.3 SPH方法
16.3.1 SPH 方法的本質
16.3.2 SPH 的基本理論
16.3.3 LS-DYNA 中的SPH算法
16.3.4 SPH 方法主要的關鍵字說明

附錄A 最常用的關鍵字
附錄B 常用建模操作命令
參考文獻

LS—DYNA以Lagrange算法為主，兼有ALE和Euler算法； 以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結構分析為主，兼有熱分析、流體．結構耦合功能；以非線性動力分析為主，兼有靜力分析功能（如動力分析前的預應力計算和薄板沖壓成形后的回彈計算）；它計算的可靠性已經被無數次試驗所證明，因此在工程應用領域被認為是最佳的分析軟件包。
其特點主要包括以下方面：
1．強大的分析能力
LS—DYNA不僅有非線性動力學分析、多剛體動力學分析，還有熱分析、流體分析；不僅有結構——熱耦合分析，還有有限元——多剛體動力學耦合分析、多物理場耦合分析；不僅有失效分析，還有裂紋擴展分析；不僅有設計優化，還有并行處理等。
2．豐富的材料模型庫
目前LS—DYNA擁有近150種金屬和非金屬材料模型，涵蓋金屬，塑料、玻璃、泡沫材料、編織品、橡膠（人造橡膠）、蜂窩材料、復合材料、混凝土和土壤、炸藥、推進劑、粘性流體等各種材料，同時還支持用戶自定義材料。
3．易用的單元庫
目前LS—DYNA具有體單元、薄／厚殼單元、梁單元、焊接單元、離散單元、束和索單元、安全帶單元、節點質量單元、SPt工單元等，而且各種單元又有許多算法可供選擇。
4．充足的接觸方式
目前LS—DYNA擁有50多種可供選擇的接觸分析方式，使LS÷DYNA不僅可以求解各種柔體對柔體、柔體對剛體、剛體對剛體等接觸問題，而且可以分析接觸表面的靜動力摩擦、固連失效以及流體與固體的界面等問題。
5．自適應網格剖分功能
自動剖分網格技術通常用于薄板沖壓變形模擬、薄壁結構受壓屈曲、三維鍛壓問題等大變形情況，使彎曲變形嚴重的區域皺紋更加清晰準確。對于三維鍛壓問題，LS—DYNA主要有兩種方法： 自適應網格剖分和任意拉格朗曰一歐拉網格（ALE）。
6．ALE歹0式和Euler歹止式
ALE列式和Euler列式可以克服單元嚴重畸變引起的數值計算困難，并實現流體．固體耦合的動態分析。
7．SPH算法
SP〔I（Smoothed．Particle Hvdrodynamics）光順質點流體動力算法是一種無網格工，agrange算法，最早用于模擬天體物理問題，后來發現解決其他物理問題，如連續體結構的解體、碎裂、固體的層裂、脆性斷裂等，也是非常有用的工具。SPI-I算法可以解決許多常用算法解決不了的問題，是一種非常簡單方便的解決動力學問題的研究方法。由于它是無網格的，可以用于研究很大的不規則結構，適用于超高速碰撞、靶板貫穿等過程的計算模擬。
8．邊界元法
……