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April 30, 1999 第 2 章 单元 本章目标 学完本章后, 学员应能够定义和应用ANSYS/LS-DYNA中的显式动力单元. 1. 了解显式动力单元家族 2. 描述简化积分单元和沙漏 3. 详细描述每种显式动力单元 4. 讲解使用显式动力单元的要点 5. 给出操作步骤, 做一个拉延例子 显式动力单元概述 ANSYS/LS-DYNA 有 7 种单元类型: LINK160: 显式 pin-jointed 桁架单元(similar to LINK8) BEAM161:显式梁单元(similar to BEAM4) SHELL163:显式薄壳单元(similar to SHELL181) SOLID164:显式块单元(similar to SOLID45) COMBI165:显式弹簧与阻尼单元 (similar to COMBIN14) MASS166:显式结构质量 (similar to MASS21) LINK167:显式缆单元 (similar to LINK10) 所有显式动力单元为三维的 显式动力单元概述（续） 显式单元族在以下方面与 ANSYS 隐式单元明显不同: 每种单元可用于几乎所有材料模型. 在ANSYS隐式分析中,不同的单元类型仅仅适用于特定的材料类型，如超弹材料 (HYPER56, 58, and 74) 和粘塑性材料 (VISCO106 and 108). 每种单元类型有几种不同算法. 如果ANSYS 隐式单元有多种算法，则具有多个单元名称 (如 SHELL43 和 63). 在 ANSYS/LS-DYNA中，每中单元类型可以具有 多种算法，如 SHELL163 最多有11种. 所有显式动力单元具有一个线性位移函数. 目前尚没有具有二次位移函数的高阶单元. 每种显式动力单元缺省为单点积分. 不具备带额外形函数和中间节点 的单元以及P单元. 单元支持 ANSYS/LS-DYNA中所有非线性选项. 简化积分单元 一个简化积分单元是 一个使用最少积分点的单元. 一个简化积分块单元具有在其中心的一个积分点；一个简化壳单元在面中心具有一个积分点 全积分块与壳单元分别具有8个和4个积分点. 在显式动力分析中最耗CPU的一项就是单元的处理. 由于积分点的个数与 CPU 时间成正比, 所有的显式动力单元缺省为简化积分. 除了节省 CPU, 单点积分单元在大变形分析中同样有效. ANSYS/LS-DYNA 单元能承受比标准 ANSYS 隐式单元更大的变形. 简化积分单元有两个缺点 : 出现零能模式 (沙漏). 应力结果的精确度与积分点直接相关. 沙漏 沙漏是一种以比结构全局响应高的多的频率震荡的零能变形模式. 沙漏模式导致一种在数学上是稳定的，但在物理上是不可能的状态。 它们通常没有刚度，变形呈现锯齿形网格. 单点积分单元容易产生零能模式. 沙漏的出现会导致结果无效，应尽量避免和减小. 如果总的沙漏能大于模型内能的 10%, 这个分析就有可能是失败的. 在 Chapter 8 (GLSTAT and MATSUM files)中将讨论沙漏能. 有时侯即使 5% 也是不允许的. 单元-沙漏模式 最小化沙漏 ANSYS/LS-DYNA 有以下方法控制沙漏: 1: 避免单点载荷 单点载荷容易激发沙漏. 2: 用全积分单元 全积分单元不会出现沙漏. 用全积分单元 (KEYOPTS) 定义模型的一部分或全部可以减少沙漏. 3: 全局调整模型体积粘性 沙漏变形可以通过结构体积粘性来阻止，可以通过使用EDBVIS命令控制线性和二次系数，从而增大模型的体积粘性。 最小化沙漏（续） 4: 全局增加弹性刚度 沙漏还可以通过增大弹性刚度来消除. 即用命令 EDHGLS 增加沙漏系数(HGCO) ： Solution: Analysis Options - Hourglass Ctrls - Bulk Viscosity 5: 局部增加弹性刚度 有时只需用 EDMP, HGLS 命令增加某些特定材料或区域单元的刚度即可达到目的. 定义显式动力单元 显式动力单元通过标准ANSYS步骤定义： Step 1: Select LS-DYNA Explicit for ANSYS GUI filtering Main Menu : Preferences: 选择LS-DYNA Explicit 将过滤单元表，方便定义单元. 显式与隐式单元不能同时在分析中出现. 定义显式动力单元（续） LINK160 Pin-Jointed Truss 单元 3D 圆杆单元用来承受轴向载荷. 用3个节点定义单元. 第3个节点用来定义杆的初始方向. BEAM161 梁单元 由于不产生应变，此 3D 梁适用于刚体旋转. 用3个节