ANSYS Workbench 2022/ LS-DYNA 非線性有限元分析實例指導教程

前言
第1章 CAE與ANSYS Workbench 簡介1
1.1 CAE技術及其優越性2
1.1.1 CAE技術流程2
1.1.2 CAE的優越性3
1.2 ANSYS Workbench概述3
1.2.1 ANSYS Workbench的特點4
1.2.2 ANSYS Workbench 應用程序分類4
1.2.3 ANSYS Workbench文檔管理5
1.3 ANSYS Workbench 2022的圖形界面7
1.3.1 工具箱8
1.3.2 項目原理圖8
1.3.3 系統和單元格9
1.3.4 單元格的類型10
1.3.5 了解單元格狀態11
1.3.6 項目原理圖中的鏈接12
第2章 ANSYS Workbench 2022/LS-DYNA基礎13
2.1 ANSYS Workbench/LS-DYNA簡介14
2.1.1 LS-DYNA的功能特點14
2.1.2 LS-DYNA的應用領域15
2.1.3 LS-DYNA的文件系統17
2.2 隱式與顯式時間積分18
2.3 ANSYS Workbench/LS-DYNA分析的一般流程20
2.4 ANSYS Workbench中創建LS-DYNA分析系統21
第3章 定義工程數據22
3.1 定義工程數據的流程23
3.1.1 材料庫23
3.1.2 添加庫中的材料24
3.1.3 添加新材料25
3.1.4 材料模型選擇要點26
3.2 彈性材料模型26
3.2.1 線性彈性材料模型26
3.2.2 超彈性材料模型28
3.2.3 黏彈性材料模型31
3.3 非彈性材料模型31
3.3.1 塑性材料模型31
3.3.2 成形塑性材料模型35
3.3.3 失效材料模型40
3.4 與狀態方程相關的材料模型42
3.4.1 體積模量材料模型43
3.4.2 剪切模量材料模型43
3.4.3 多項式EOS材料模型43
3.4.4 衝擊EOS線性材料模型44
3.4.5 衝擊EOS雙線性材料模型45
3.5 其他材料模型46
3.5.1 泡沫材料模型46
3.5.2 Eulerian材料模型47
3.5.3 LS-DYNA外部模型材料47
3.5.4 剛性體模型47
第4章 DesignModeler應用程序49
4.1 DesignModeler簡介50
4.1.1 建模前的規劃50
4.1.2 進入DesignModeler51
4.1.3 DesignModeler操作界面介紹51
4.1.4 DesignModeler和CAD類文件的交互55
4.2 DesignModeler的操作56
4.2.1 圖形的控制56
4.2.2 選擇過濾器57
4.2.3 快捷菜單58
4.3 繪製草圖60
4.3.1 創建新平面60
4.3.2 創建新草圖61
4.3.3 草圖工具箱62
4.3.4 繪製草圖輔助工具66
4.4 三維特徵建模67
4.4.1 擠出68
4.4.2 旋轉70
4.4.3 掃掠71
4.4.4 蒙皮/放樣71
4.4.5 薄/表面72
4.5 三維建模高級功能和工具73
4.5.1 幾何體轉換73
4.5.2 幾何體操作75
4.5.3 模式（陣列）76
4.5.4 Boolean（布爾）操作77
4.5.5 直接創建幾何體77
4.5.6 凍結和解凍體78
4.6 概念建模78
4.6.1 線操作78
4.6.2 面操作80
4.6.3 定義橫截面81
第5章 Mechanical應用程序84
5.1 啟動Mechanical應用程序85
5.2 Mechanical用戶界面85
5.2.1 Mechanical選項卡86
5.2.2 圖形工具欄88
5.2.3 輪廓窗格89
5.2.4 詳細信息窗格89
5.2.5 視圖區90
5.2.6 狀態欄91
5.2.7 快速啟動91
第6章 網格劃分93
6.1 網格劃分概述94
6.1.1 網格劃分流程94
6.1.2 分析類型94
6.2 網格劃分方法95
6.2.1 自動劃分方法95
6.2.2 四面體網格劃分方法96
6.2.3 六面體主導網格劃分方法97
6.2.4 掃掠網格劃分方法97
6.2.5 多區域網格劃分方法98
6.2.6 笛卡兒網格劃分方法99
6.3 全局網格控制99
6.3.1 分辨率99
6.3.2 全局單元尺寸99
6.3.3 初始尺寸種子100
6.3.4 平滑和過渡100
6.4 局部網格控制101
6.4.1 尺寸調整101
6.4.2 接觸尺寸102
6.4.3 加密102
6.4.4 面網格剖分102
6.4.5 匹配控制103
6.4.6 收縮103
6.4.7 膨脹103
6.5 網格工具104
6.5.1 生成網格104
6.5.2 截面105
6.5.3 創建命名選擇106
第7章 LS-DYNA的單元算法107
7.1 ANSYS Workbench/LS-DYNA的單元特性108
7.1.1 BEAM108
7.1.2 SHELL111
7.1.3 SOLID112
7.1.4 MASS114
7.2 定義單元算法114
7.3 縮減積分與沙漏115
7.3.1 縮減積分單元115
7.3.2 沙漏概述116
7.3.3 沙漏控制技術116
7.3.4 單元綜合要點117
第8章 載荷、約束、初始條件和連接118
8.1 施加載荷119
8.1.1 施加載荷的方法和載荷類型119
8.1.2 定義表格數據、載荷圖形121
8.2 施加約束122
8.3 施加初始條件123
8.4 “LSDYNA Pre”選項卡123
8.4.1 剛體工具124
8.4.2 條件124
8.4.3 接觸特性125
8.5 定義連接125
8.5.1 焊點126
8.5.2 彈簧127
8.5.3 梁127
8.6 接觸及其定義128
8.6.1 與接觸有關的基本概念128
8.6.2 LS-DYNA的接觸算法129
8.6.3 LS-DYNA的接觸類型130
8.6.4 定義接觸133
8.6.5 穿透問題及解決措施137
第9章 求解與求解控制139
9.1 求解基本參數設定140
9.1.1 計算時間控制140
9.1.2 輸出控制141
9.1.3 其他求解控制143
9.1.4 輸出k文件144
9.2 求解與求解監控145
9.2.1 求解過程描述145
9.2.2 求解監控148
9.2.3 求解中途退出的原因150
9.2.4 負體積產生的原因151
9.3 重啟動152
9.3.1 簡單重啟動152
9.3.2 小型重啟動153
9.3.3 完全重啟動154
9.4 LS-DYNA輸入數據格式154
9.4.1 關鍵字文件的格式155
9.4.2 關鍵字文件的組織關係156
第10章 ANSYS Workbench/LS-DYNA後處理158
10.1 ANSYS Workbench後處理159
10.1.1 添加結果對象159
10.1.2 查看結果159
10.2 LS-PrePost V4.7.7後處理165
10.2.1 LS-PrePost V4.7.7程序界面165
10.2.2 下拉菜單165
10.2.3 圖形繪製區166
10.2.4 圖形控制區166
10.2.5 動畫控制區168
10.2.6 主菜單169
10.2.7 鼠標和鍵盤操作176
第11章 產品的墜落測試分析177
11.1 墜落測試分析概述178
11.2 墜落測試模塊MechanicalDropTest178
11.2.1 MechanicalDropTest模塊的加載178
11.2.2 墜落測試分析基本流程178
11.2.3 墜落測試嚮導179
11.3 PDA墜落測試分析183
11.3.1 加載MechanicalDropTest模塊183
11.3.2 定義工程數據184
11.3.3 導入和編輯幾何模型186
11.3.4 定義表面幾何體厚度和分配材料188
11.3.5 網格劃分189
11.3.6 定義接觸190
11.3.7 定義單元算法194
11.3.8 啟動墜落測試嚮導195
11.3.9 觀察分析結果196
第12章 板料沖壓及回彈分析198
12.1 顯式-隱式序列求解199
12.1.1 通過LS-DYNA分析系統進行沖壓分析200
12.1.2 導出結果數據信息200
12.1.3 創建靜態結構分析系統並進行數據鏈接200
12.1.4 讀入厚度分佈數據201
12.1.5 讀入應力分佈數據201
12.1.6 通過靜態結構分析系統進行回彈分析202
12.2 板料沖壓成形模擬202
12.2.1 創建LS-DYNA分析系統202
12.2.2 定義工程數據203
12.2.3 創建幾何模型205
12.2.4 定義板料厚度和分配材料209
12.2.5 定義接觸210
12.2.6 網格劃分210
12.2.7 定義約束210
12.2.8 求解控制211
12.2.9 施加載荷212
12.2.10 定義單元算法並提交求解213
12.2.11 觀察分析結果並導出結果數據信息213
12.3 回彈分析218
12.3.1 創建靜態結構分析系統並進行數據鏈接218
12.3.2 讀入厚度分佈數據219
12.3.3 讀入應力分佈數據220
12.3.4 定義邊界條件223
12.3.5 進行隱式求解223
12.3.6 檢查回彈結果224
第13章 鳥撞發動機葉片模擬226
13.1 隱式-顯式序列求解227
13.1.1 創建隱式-顯式序列求解分析系統227
13.1.2 定義隱式求解參數227
13.1.3 預應力模式定義228
13.1.4 施加顯式分析所需的接觸、載荷條件229
13.1.5 進行隱式-顯式序列求解229
13.2 鳥撞發動機葉片模擬的設置及後處理229
13.2.1 創建隱式-顯式序列求解分析系統230
13.2.2 定義隱式求解參數230
13.2.3 預應力模式定義243
13.2.4 施加顯式分析所需的接觸、載荷條件243
13.2.5 進行隱式-顯式序列求解246
13.2.6 後處理247
第14章 金屬塑性成形模擬250
14.1 金屬塑性成形數值模擬251
14.1.1 金屬塑性成形數值模擬概述251
14.1.2 塑性成形有限元模擬優點251
14.1.3 塑性成形中的有限元方法251
14.2 楔橫軋軋製成形模擬252
14.2.1 創建LS-DYNA分析系統253
14.2.2 定義工程數據253
14.2.3 導入並修改幾何模型254
14.2.4 分配材料258
14.2.5 定義對稱259
14.2.6 網格劃分259
14.2.7 定義接觸262
14.2.8 定義約束263
14.2.9 求解控制設置263
14.2.10 定義載荷263
14.2.11 定義模具的質量中心265
14.2.12 設置沙漏控制266
14.2.13 求解及求解過程控制266
14.2.14 後處理268
第15章 衝擊動力學問題的分析272
15.1 薄壁方管屈曲分析273
15.1.1 創建LS-DYNA分析系統273
15.1.2 定義工程數據273
15.1.3 創建幾何模型274
15.1.4 定義方管厚度和材料模型276
15.1.5 定義對稱276
15.1.6 定義接觸277
15.1.7 網格劃分278
15.1.8 定義邊界條件279
15.1.9 求解控制設置279
15.1.10 施加衝擊載荷280
15.1.11 其他設置281
15.1.12 求解及求解過程控制282
15.1.13 後處理282
15.2 自適應網格方法概述287
15.2.1 H-adaptive方法287
15.2.2 R-adaptive方法289
15.2.3 創建自適應網格區域290
15.2.4 自適應網格控制290
15.3 薄壁方管的自適應屈曲分析291
15.3.1 將項目以新文件名存盤291
15.3.2 創建自適應網格區域292
15.3.3 自適應網格控制292
15.3.4 求解結果對比293
第16章 侵徹問題的分析295
16.1 LS-DYNA侵徹問題模擬概述296
16.1.1 侵徹問題的研究方法296
16.1.2 侵徹問題的數值模擬296
16.2 彈丸侵徹靶板分析297
16.2.1 創建LS-DYNA分析系統297
16.2.2 定義工程數據298
16.2.3 創建幾何模型300
16.2.4 分配材料304
16.2.5 定義對稱303
16.2.6 網格劃分304
16.2.7 定義接觸308
16.2.8 定義邊界條件308
16.2.9 定義彈丸初始速度309
16.2.10 求解控制設置309
16.2.11 求解及求解過程控制309
16.2.12 後處理311
第17章 ALE、SPH高級分析316
17.1 ALE算法317
17.1.1 拉格朗日、歐拉、ALE算法317
17.1.2 ALE算法理論基礎319
17.1.3 執行一個ALE分析322
17.2 無網格方法概述323
17.2.1 無網格方法基本思想324
17.2.2 無網格方法的發展歷程324
17.2.3 無網格方法的優缺點325
17.2.4 部分無網格方法簡介326
17.3 SPH方法328
17.3.1 SPH 方法的本質328
17.3.2 SPH方法的基本理論328
17.3.3 LS-DYNA中的SPH算法330
17.3.4 SPH主要的關鍵字說明332
附錄 LS-DYNA常用的關鍵字335