第2章 LS-DYNA初始条件、边界条件和约束
LS-DYNA 理论及功能(简介)
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流固耦合命令
ls-dyna流固耦合命令LSDYNA流固耦合命令是指在使用LS-DYNA软件进行流体和固体物理现象的数值模拟中，通过特定的命令实现流体与固体之间的耦合。
在本文中，我们将一步一步回答关于LSDYNA流固耦合命令的问题，深入了解其原理和应用。
第一步：理解LSDYNA流固耦合命令的背景和概念流固耦合是指流体和固体之间相互作用的模拟方法，它模拟了流体对固体施加的压力和阻力以及固体对流体的运动造成的影响。
LSDYNA是一种先进的有限元分析软件，广泛应用于汽车碰撞、爆炸模拟、航空航天和材料科学等领域。
LSDYNA中的流固耦合命令允许工程师研究复杂问题，例如水对车辆的冲击造成的变形、海浪对海上平台的影响等。
第二步：介绍LSDYNA流固耦合命令的基本语法和用法在LSDYNA中，流固耦合问题既有流体（define_fluid）又有固体（define_solid），以及它们之间的边界条件（define_interface）。
流固耦合的基本语法如下：define_fluidflow、density、viscosity、elastic、cooling、surfactant等参数设置以及与流体网格相关的命令。
define_solidsolid、density、elastic等参数设置以及与固体网格相关的命令。
define_interface定义固液之间的接触模型、表面张力等参数。
以上是LSDYNA流固耦合命令的基本语法和用法，根据具体的应用需求，使用者可以根据自己的实际情况进行调整和设置。
第三步：详细阐述LSDYNA流固耦合命令的原理和模拟过程LSDYNA流固耦合命令的原理是根据流体动力学和固体力学的基本方程，将两种物理现象进行耦合计算。
具体的模拟过程包括以下几个主要步骤：1. 网格生成：首先，需要生成流体和固体的网格模型。
流体网格需要满足Navier-Stokes方程的离散形式，而固体网格则需要满足经典有限元的要求。
lsdyna近场动力学算法 -回复
lsdyna近场动力学算法-回复LSDYNA近场动力学算法近场动力学（Near-field Dynamics）是一种用于模拟固体材料在高应变速率和大变形情况下的行为的方法。
该方法使用了计算机仿真技术和数值方法来模拟材料的动力学行为。
在这篇文章中，我们将重点介绍LSDYNA （Livermore Software Technology Corporation DYNA）近场动力学算法。
第一步：介绍LSDYNALSDYNA是一种通用的有限元分析软件，广泛用于模拟各种物理现象，如结构动力学、流体力学、热力学和电磁学等。
它的近场动力学算法可以模拟材料在高速冲击或爆炸等极端条件下的行为。
LSDYNA的近场动力学算法基于有限元方法，它将材料离散成小的元素，然后通过求解一组动力学方程来模拟材料的运动。
这些方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。
第二步：探讨近场动力学算法的特点LSDYNA的近场动力学算法具有以下几个特点：1. 高速冲击模拟：该算法可以模拟材料在高速冲击下的行为。
高速冲击是一种重要的动力学问题，它涉及到材料的应力、应变、位移和能量等方面的变化。
LSDYNA的近场动力学算法可以准确地模拟这种变化。
2. 大变形模拟：该算法还可以模拟材料在大变形下的行为。
大变形是指材料在受到外部加载时发生的形状和体积上的变化。
LSDYNA的近场动力学算法可以捕捉到这些变化，并预测材料的行为。
3. 材料本构模型：该算法使用了合适的材料本构模型来描述材料的应力-应变关系。
材料本构模型是描述材料反应的数学方程，它是模拟近场动力学行为的基础。
LSDYNA的近场动力学算法支持多种材料本构模型，如弹性模型、塑性模型和损伤模型等。
第三步：详细描述近场动力学算法的步骤LSDYNA的近场动力学算法包括以下几个步骤：1. 几何和划分：首先，将待模拟的材料几何形状进行准确建模，并对其进行划分。
这个步骤将材料划分为许多小的元素，用于后续的计算。
lsdyna热力耦合实例
lsdyna热力耦合实例LSDyna是一种常用的有限元分析软件，其主要应用于求解动力学、热力学、流体力学等领域的工程问题。
本文将针对LSDyna中热力学耦合的问题进行介绍和分析，并给出一个实例来说明其具体应用。
一、LSDyna中的热力学耦合问题LSDyna可以对多种物理场进行模拟和计算，其中热力学耦合就是其中一种常见的问题。
所谓热力学耦合，是指LSDyna在求解某个问题时，不仅要考虑结构本身的力学响应，同时还要考虑温度和热传导等相关因素对结构的影响。
在LSDyna中，热力学耦合涉及到以下几个方面：1.热源或热边界条件的设置在LSDyna中，可以通过设置各种不同的热源或热边界条件来对结构进行加热或降温。
例如，可以通过设置恒定温度或热流密度来模拟各种不同的热源。
2.材料热物性参数的设置不同的材料具有不同的热物性参数，如热导率、热膨胀系数等。
在LSDyna中，需要将这些参数设置正确，才能够对材料的热力学行为进行准确的建模和计算。
3.热传导方程的求解LSDyna中通过热传导方程来求解结构的温度分布。
在求解时，需要考虑结构内部的热传导、辐射和对流等过程，因此需要设置正确的传热系数和边界条件。
4.热应力的计算热力学耦合问题中，结构的温度分布会对其力学响应产生影响，因此需要考虑热应力对结构的影响。
在LSDyna中，可以通过设置材料的实验数据来计算热应力。
以上是LSDyna中热力学耦合问题的主要内容，下面将通过一个实例来说明具体的应用方法。
二、热力学耦合实例本实例中考虑的是一台柴油发动机的缸体。
在发动机运转时，缸体会受到燃烧室内高温高压气体的冲击，因此热力学耦合现象十分明显。
在对这个问题进行求解前，需要先完成以下几个步骤：1.建立缸体的CAD模型在LSDyna中，需要将缸体的CAD模型导入软件中，并将其网格化为有限元网格，以便进行计算。
2.设置材料参数对于缸体这样的大型结构，往往由不同的材料组成，因此需要将其所有的材料参数（如密度、杨氏模量、热传导系数等）都设置正确。
LS-DYNA 理论及功能(简介)
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常见问题集锦
1 如何处理LS-DYNA中的退化单元在网格划分过程中，我们常遇到退化单元，如果不对它进行一定的处理，可能会对求解产生不稳定的影响。
在LS-DYNA中，同一Part ID 下既有四面体，五面体和六面体，则四面体，五面体既为退化单元，节点排列分别为N1，N2，N3，N4，N4，N4，N4，N4和N1，N2，N3，N4，N5，N5，N6，N6。
这样退化四面体单元中节点4有5倍于节点1-3的质量，而引起求解的困难。
其实在LS-DYNA的单元公式中，类型10和15分别为四面体和五面体单元，比退化单元更稳定。
所以为网格划分的方便起见，我们还是在同一Part ID下划分网格，通过*CONTROL_SOLID关键字来自动把退化单元处理成类型10和15的四面体和五面体单元。
2 LS-DYNA中对于单元过度翘曲的情况有何处理方法有两种方法：1. 采用默认B-T算法，同时利用*control_shell控制字设置参数BWC＝1，激活翘曲刚度选项；2. 采用含有翘曲刚度控制的单元算法，第10号算法。
该算法是针对单元翘曲而开发的算法，处理这种情况能够很好的保证求解的精度。
除了上述方法外，在计算时要注意控制沙漏，确保求解稳定。
3 在ANSYS计算过程中结果文件大于8GB时计算自动中断，如何解决这个问题解决超大结果文件的方案:1. 将不同时间段内的结果分别写入一序列的结果记录文件；2. 使用/assign命令和重启动技术；3. ANSYS采用向指定结果记录文件追加当前计算结果数据方式使用/assign指定的文件，所以要求指定的结果记录文件都是新创建的文件，否则造成结果文件记录内容重复或混乱。
特别是，反复运行相同分析命令流时，在重复运行命令流文件之前一定要删除以前生成的结果文件序列。
具体操作方法和过程参见下列命令流文件的演示。
4关于梁、壳单元应力结果输出的说明问题：怎样显示梁单元径向和轴向的应力分布图（我作的梁单元结果只有变形图DOF SOLUTIN –Translation，但是没有stress等值线图，只有一种颜色）和壳单元厚度方向的应力、变形图（我们只能显示一层应力、变形，不知道是上下表层或中间层的结果）。
关于lsdyna求解控制
关于求解控制——很多时候，在显式分析中要说明的求解控制参数与隐式分析中的控制参数非常相似。
——显式求解中要说明的基本参数：1：TIME 代表实际的物理时间。
实际求解时间应该很短，通常为毫秒级。
solution：time controls>solution time2：EDINT 积分点数（对）。
壳单元需要至少3－5个积分点，这样才能捕捉到塑性效应。
solution：output control:Integ Pt Storage…3：EDRST,EDHTIME 将时间步结果写入到.rst和.his文件的个数。
.rst文件记录了整个模型的结果，可供通用后处理器使用，一般典型的输出步数为10－100个（缺省为100）。
.his文件记录了模型的一个子组的结果，可供时间历史后处理器使用。
一般输出步数为1000－1000000（缺省为1000）——除写出.his和.rst二进制结果文件以外，还可以用EDOPT命令确定写出结果文件d3plot和d3thdt。
——用户还可以输出一系列包含特定信息的ASCII文件：GLSTAT全局模型数据，BNDOUT边界条件力与能量，RWFORC刚性墙力，DEFORC离散单元力，MATSUM材料能量，NCFORC节点界面力，RCFORC界面反作用力，DEFGEO变形几何数据，SPCFORC 单点约束力，SWFORC节点约束反力（点焊），RBDOUT刚体数据，GCEOUT几何接触实体，SLEOUT滑移面能量，JNTFORC节点数据，ELOUT单元数据。
——使用三种高级求解控制选项：1，CPU控制：说明CPU限制。
2，质量缩放：调整单元质量，增加时间步长。
3，子循环：调整模型以减少CPU时间（不推荐）。
——通过调整每个单元的密度，质量缩放（根据单元的大小调整任何单元的密度）从而对每个单元调整合适的时间步。
——初始的时间步长与最小的单元有关，使用质量缩放初始时间步长加长，CPU 计算时间减少68％，具有质量误差，质心坐标也会发生变化。
泡沫铝lsdyna参数
泡沫铝lsdyna参数
摘要：
1.泡沫铝的概述
2.lsdyna 参数的含义和作用
3.泡沫铝lsdyna 参数的具体设置方法
4.泡沫铝lsdyna 参数对模拟结果的影响
5.结论
正文：
一、泡沫铝的概述
泡沫铝是一种具有优良性能的材料，它具有较低的密度、良好的力学性能、优异的隔热性能以及较高的耐腐蚀性。
由于其独特的结构，泡沫铝在航空航天、汽车、建筑等领域有着广泛的应用。
二、lsdyna 参数的含义和作用
lsdyna 是一种常用的动力学分析软件，它能够模拟材料的动态性能，如冲击、振动等。
在泡沫铝的模拟中，lsdyna 参数的设置至关重要，它直接影响到模拟结果的准确性。
三、泡沫铝lsdyna 参数的具体设置方法
在设置泡沫铝lsdyna 参数时，需要考虑以下几个方面：
1.模型的建立：根据泡沫铝的实际结构，建立相应的模型。
2.材料属性的设置：根据泡沫铝的实际性能，设置其弹性模量、泊松比、密度等材料属性。
3.边界条件的设置：根据泡沫铝的实际应用环境，设置相应的边界条件。
4.载荷的施加：根据泡沫铝的实际受力情况，施加相应的载荷。
四、泡沫铝lsdyna 参数对模拟结果的影响
泡沫铝lsdyna 参数的设置对模拟结果有着重要的影响。
例如，不同的材料属性设置会导致模拟结果的硬度、强度等性能指标的不同；不同的边界条件设置会影响模拟结果的应力分布；不同的载荷施加方式会影响模拟结果的应力- 时间曲线。
五、结论
泡沫铝lsdyna 参数的设置对于模拟结果的准确性至关重要，需要根据泡沫铝的实际性能和使用环境进行设置。
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通过中间结构的力分析
»固连的节点set (节点必须坐标一致) »可有多个节点 （大于2） (如4个壳的角节点）
» 可变形的薄壳和honeycomb材料的体单元
» 基于塑性应变的失效
刚体的Part连接 刚体
» 由动力学方程控制运动
»无失效准则 » 允许转动
*CONSTRAINED_EXTRA_NODES
*CONSTRAINED_JOINT *CONSTRAINED_NODEL_RIGID_BODY
*CONSTRAINED_RIGID_BODIES
其他的 Part 连接技术
一致的节点 » 扭曲的几何体
» 无失效准则
» 不容易分离parts (如操作，重划分) » 接触厚度冲突
梁
»更复杂的定义 »影响时间步计算
接触 (更新)
» 固连(N2S, S2S) » 固连失效 (N2S, S2S)
横截面分析
» 防止沙漏模式
避免阶跃载荷 要求一载荷曲线
载荷能缩放
载荷
*LOAD_BEAM *LOAD_BODY
沿梁单元局部轴(r,s,t)定义 牵
引载荷
施加指定的体载荷
» 重力加速度 – 概念上是加速指定的坐标系，所以 ，施加在模型上的惯性载荷是反方向 的 – 因重力产生的预应力，与动力松弛 结合 » 角速度 自由度： X, Y, Z, RX, RY, RZ 所有的节点或系列 parts
Butt Weld
对于Butt 焊，节点 的顺序和局部坐标 系的方向如图
Part 连接 *CONSTRAINED_NODE_SET
»两节点或更多节点的平动约束
» x, y, z, 或任意组合 » 失效时间
Part 连接
*CONSTRAINED_SHELL_TO_SOLID » 在壳边和体单元间定义固连
梁单元或系列梁单元
每单位长度上的力
载荷
*LOAD_NODE 和*LOAD_RIGID_BODY 施加一载荷于一节点，系列节点或刚体上 x, y, or z 力 x, y, or z 力矩 Follower 力 或力矩 »力作用方向为平面的法向 坐标系可为总体坐标或局部坐标
载荷
分布压力载荷： 施加一个分布压力载荷于一个表面:
»系列节点外的节点
» 定义的box中的所有节点
*INITIAL_VELOCITY_NODE
» 单个的节点
爆炸球的例子 *KEYWORD 400000000
*TITLE
an exploding sphere $ $$$$$$ An explosive material is placed inside of a sphere. $$$$$$ The explosive is lit, expands, and impacts the sphere. $$$$$$ The sphere expands, reaches yield, seam lines fail and fragments $$$$$$ fly apart. $$ John D. Reid 6/4/98
第二章
概要 初始条件 例子：爆炸球 边界条件 载荷：例子：对称失效/加载 刚墙 约束 横截面分析
概 述
• 若FEA模型已具有节点，单元，材料特性和 parts等。则可以： »施加：初始条件、边界条件、载荷和约束 束 »必须具有：boxes，曲线，sets，矢量等 • 当parts间发生碰撞，或与其它问题撞击时： » 刚墙 » 接触 (第三章) • 怎样测定载荷/动量 »接触力 »横截面分析
»段 (*LOAD_SEGMENT)
»系列段(*LOAD_SEGMENT_SET) » 壳 (*LOAD_SHELL_ELEMENT)
» 系列壳(*LOAD_SHELL_SET)
正的压力值作用方向为壳/ 段的法向的反方向 压力的激活时间
示例
相关关键字 *BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE
接触实体的应用： 冲压成型：凸模和凹模表面 几何实体作为几何表面刚体输入 处理刚体假人和可变形体如气囊和驾驶面板的接触 •耦合刚体假人模型软件 MADYMP a rts 之间的自由度 » 铆接和焊接 »约束壳与壳 »约束壳与体
»各种刚体约束
节点坐标不能一致
失效时间
焊接失效
焊接失效 失效时间 » 在指定的时间自动失效
拉伸失效
» 因塑性应变
有效节点塑性应变> 失效塑性应变
» 焊点外的金属板撕裂失效，因为塑性发生在焊接 处周围的材料中
焊接失效 脆性失效 » 点焊 Sn = 失效的法向力 Ss =失效的剪切力 fn = 法向界面力 fs =剪切界面力 f = 失效应力 = 失效参数
壳单元节点与坐标相同的体单元节点约束
体单元节点（线矢量）是线性约束 » 节点刚体可以完成相同的功能
破裂单元 *CONSTRAINED_TIE-BREAK
»壳边对壳边界面
»作为塑性应变的一个函数局部失效 » 模拟沿预先定义的线（如缝合线或结构铰）失效的结果
*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE
可以在局部坐标系中定义
» 力 vs 变形
» 速度vs 时间
边界条件
局部坐标系的定义： *DEFINE_COORDINATE 定义一局部坐标系
指定坐标系ID号(CID)
*DEFINE_COORDINATE_NODES » 3节点: 局部坐标系原点，沿x轴, 局部 x-y 平面内
*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM
» 边界处的应力梯度为零
» 边界随冲击波移动 *BOUNDARY_SLIDING_PLANE
» 约束一系列节点在一任意方位的平面或 矢量上移动 *BOUNDARY_SYMMETRY_FAILURE
» 约束节点于一定义的平面上 » 当周围的单元达到定义的拉应力时节点 成为自由节点
边界条件
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION 对节点、系列节点或刚体施加节点运动(平动或转动) 可适用的自由度运动： » 位移 »速度 »加速度 载荷曲线描述的运动 起始和结束的时间
*CONSTRAINED_GENERALIZED_WELD 方式：
SPOT, FILLET, BUTT, CROSS_FILLET, COMBINED
节点坐标可以相同
输出可以指定于一局部坐标系中
点焊
节点的顺序和局部 坐标系的方向对于 决定焊点失效是很 重要的
Fillet 角焊
对于Fillet 焊，节点 的顺序和局部坐标系的 方向如图
$$ Units: unknown - possibly gm, cm, micros, 1E7N, Mbar, 1E7Ncm
$
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
爆炸球的例子
边界条件
*BOUNDARY_OPTION 目的：定义施加在边界节点上的运动 » 对流、通量、辐射和温度 » 循环对称 » 无反射边界、滑动边界和具有失效准则的 对称 (固体) » 强制运动载荷 » SPC约束
» 每行定义8个节点
*SET_NODE_COLUMN »每行定义1个节点
初始条件
*INITIAL_VELOCITY 对节点和体施加一个初始的平 动和转动速度 » 系列节点
*INITIAL_VELOCITY_GENERATION »对于平动和转动的体 – parts – 系列 parts – 系列节点 » 与前两个初始速度的施加方法不能同 时使用
» fillet－角焊, butt－对接焊缝
n = 法向应力 n = 焊接方向剪切力
t =焊接方向法向剪切力
*CONSTRAINED_SPOTWELD 两节点点焊
刚性无质量梁
不能传输壳的法向转动刚度 节点坐标不能一致
焊点连接的节点不能是其他约束设置 中的节点，如约束相同的自由度，固连 的界面，或刚体
初始条件
起爆点和动量
初始应力/ 应变 初始温度
初始速度
缺省状态下初始应力、温度和速度为零 边界条件高于初始条件
初始条件
*INITIAL _DETONATION 和*INITIAL_MOMENTUM 用于模拟施加在体单元上的一种脉冲载荷 起爆点:引爆炸药材料(parts)
»
动量: 单元上施加一个初始动量
定义横截面 通过指定定义横截面： »横截面的节点 » 在这些节点上计算力所使用的单元 传送力的符号由这些单元位于这些节点的哪一边来决定 自动 » *DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE 用户指定 » *DATABASE_CROSS_SECTION_SET 指定输出频率 » *DATABASE_SECFORC
»固定
»运动: 速度或位移、载荷曲 线、矢量
多个几何体墙可以定义，用来 模拟多种几何体的结合
*CONTACT_ENTITY 一般的具有任意表面的刚体及运动 几何实体 » 圆柱、平板、球、圆环、椭圆、VDA 性能改进 » 对接触实体和可变形体间的接触进行封闭形状接 触计算 精度改进 » 表面与网格划分无关
初始条件
*SET – 节点 定义节点组 » set ID号(SID) » 节点的ID号 (NID’s) *SET_NODE_LIST
*DEFINE_BOX 定义一个BOX形状的体， BOX 内的任何事物都可以作为输入 BOX的ID号 (BOXID) 定义BOX 的范围： » Xmin - Xmax » Ymin - Ymax » Zmin - Zmax