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April 30, 1999 显式动力学与 ANSYS/LS-DYNA 第一章 概述 本章目标 1. 了解ANSYS/LS-DYNA的背景 2. 讨论 ANSYS/LS-DYNA 的应用 比较隐式与显式求解技术 定义显式分析中的时间步 了解 ANSYS/LS-DYNA的文件组织 关于本课程 参加课程的要求: 1. 对ANSYS建模技术有一定了解 2. 具备用ANSYS求解非线性问题的经验 3. 具有非线性瞬态问题的知识 期望目标: 1. 具备区分一个问题该用显式还是隐式分析的能力. 2. 了解用ANSYS/LS-DYNA 求解问题的全部步骤 3. 获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验. 什么是 ANSYS/LS-DYNA? 通用显式动力有限元程序 用于求解高度非线性问题 有效处理多种接触问题 高级材料本构 高效解决大变形问题 ANSYS 与 LS-DYNA 的无缝集成 LS-DYNA 求解器在 ANSYS中的完全集成 所有前后处理采用标准ANSYS界面 GUI 与 其他ANSYS模块类似 支持隐式 -- 显式顺序求解 ANSYS/LS-DYNA的优点 显式技术与隐式技术的完美组合 ANSYS 前后处理: 所有显式动力特定命令以 EDxx 为前缀 定制的ANSYS GUI能够对显式问题有效求解 支持所有 ANSYS 实体建模与布尔操作 允许从 IGES, Pro/E, ACIS, Parasolid中直接读入模型. 支持所有 ANSYS 自动划分网格功能 具有APDL和设计优化 支持所有后处理与动画宏功能 特定的时间历程后处理 LS-DYNA Solver 市场中最快的显式求解器 具有比其他显式代码更多特性 LS-DYNA 的完整版本(气囊,安全带, 炸药等 ) LS-TAURUS 后处理器完整版本 ANSYS/LS-DYNA 的应用 碰撞安全性 ANSYS/LS-DYNA: 整车碰撞 汽车部件分析 所有交通工业的碰撞分析 轿车 卡车 巴士 火车 轮船 飞机 ANSYS/LS-DYNA 的应用（续） 制造过程模拟 拉延 液压 超塑成型 滚压 挤压 冲压 加工 钻孔 几乎所有成型过程都可以用 LS-DYNA模拟 ANSYS/LS-DYNA 的应用（续） 接触/碰撞 跌落测试 钟摆碰撞 喷气发动机叶片包容 大范围的接触类型分析 ANSYS/LS-DYNA 的应用（续） 非线性弯曲 突然弯曲（失稳） 声波传播 失效分析 显式与隐式方法对比 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: 线性问题: 当 [K]是线性时，无条件稳定 可以用大的时间步 非线性问题: 通过一系列线性逼近 (Newton-Raphson)来获取解 要求转置非线性刚度矩阵 [K] 收敛需要小的时间步 对于高度非线性问题无法保证收敛 显式与隐式方法对比 显式时间积分 用中心差分法在时间 t 求加速度: {Ftext} 为施加外力和体力矢量, {Ftint} 为下式决定的内力矢量: Fhg 为沙漏阻力 (见 单元 一章) ；Fcont 为常量力. 速度与位移用下式得到: 显式与隐式方法对比 显式时间积分（续）: 新的几何构形由初始构形加上 {xo}获得: 非线性问题: 块质量矩阵需要简单转置 方程非耦合，可以直接求解 (显式) 无须转置刚度矩阵，所有非线性（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. 无须收敛检查 保持稳定状态需要小的时间步 稳定限制 隐式时间积分 对于线性问题，时间步可以任意大（稳定）。 对于非线性问题，时间步由于收敛困难变小 显式时间积分 当时间步小于临界时间步时稳定 当wmax = 最大自然角频率 由于时间步小，显式分析仅仅对瞬态问题有效 临界时间步长 杆件的临界时间步长 自然频率: 临界时间步长: Courant-Friedrichs-Levy准则 Δt 为波传播杆长 l需要的时间 ANSYS/LS-DYNA 时间步长 ANSYS/LS-DYNA 在计算所需时间步时检查所有单元. 为达到稳定采用一个比例因子（缺省为0.9）调节: 特征长度 l 和波速 c 取决于单元类型: 文件组织（续） Jobname.k LS-DYNA 输入流文件，在用ANSYS的SOLVE命令时自动产生. 包括所有几何、载荷和材料数据 与 LS-DYNA 940版本完全兼容 可以用 EDWRITE 命令手工生成: Preprocessor: LS-DYNA Options Input File/Parts File