ANSYS 11.0/LS-DYNA基础理论与工程实践

随着计算机软、硬件技术的迅猛发展，CAD/CAM/CAE技术日趋成熟，计算机应用遍及各类工程和技术研究领域。有限元软件是数学、力学及计算机技术完美融合的结晶，在土木、机械、电子、能源、冶金、制造、国防军工、航空航天等诸多领域均得到极为广泛的使用。LS-DYNA是著名的非线性动力分析程序，在世界范围内拥有广泛的用户群。自从20世纪90年代引入国内以来，LS-DYNA在各个大学、科研院所和公司企业得到越来越广泛的应用。

目前国内LS-DYNA的中文参考资料较少。笔者从20世纪90年代中期开始，一直使用LS-DYNA从事教学和科研实践活动，对LS-DYNA有较为深入的学习和研究，积累了相当多的学习经验和心得。考虑到广大用户的需求，本着理论性丰富、可操作性好、实用性强、内容尽量广泛的原则，整理编写了本书。本书内容涵盖LS-DYNA用户关心的诸多工程领域，包括电路板受力分析、手机壳体振动分析、水下爆炸分析、汽车碰撞分析、气囊展开分析、水箱跌落分析、弹丸侵彻分析、自摩擦生热分析、振动模态分析、金属成形、薄板冲压等方面，所有计算实例都经过精心选择和设计，希望能为LS-DYNA有限元软件在国内工程界的应用推广起到一定的促进作用。

全书共分为10章，第1章对LS-DYNA软件功能进行简明扼要的介绍，第2章至第10章均针对LS-DYNA软件的特定功能进行理论介绍和实例分析，并对相关关键字进行详细解释，主要包括LS-DYNA的接触碰撞、隐式分析、热分析、流构耦合、不可压缩流体、重启动、自适应网格、SPH和EFG方法等内容，涉及到LS-DYNA软件的绝大部分功能。

LS-DYNA的学习基本上可以分为三个层次：

（1）掌握LS-DYNA求解的基本过程，能按照书中提示、求解步骤完成各计算实例的建模、求解、后处理。

（2）熟悉关键字含义、不同问题的求解思路、算法，能参照书中实例完成类似问题的求解。

（3）能熟练阅读、理解各类LS-DYNA参考文献，对各式新问题能形成自己的解题思路。

DYNA的使用涉及多方面的知识，过程繁复，需具有清晰的求解思路和较深厚的力学基础才能获取有意义的计算结果。初学者习惯于通过改写别人的K文件来完成自己的计算，这样极大降低了难度。这是常用的并且非常有效的一种DYNA学习方式，但前提是要能看懂别人的代码，面对具体问题知道哪些是可以利用的，哪些应该摒弃。对基本求解过程和单元算法、关键字含义的熟练掌握是应用DYNA解决实际问题的前提。

对初学者而言，不必贪多求快、贪大求全，一定要认真揣摩实例K文件的含义，学会改写K文件，为自己的算例求解提供方便，“真正的LS-DYNA用户自己编写K文件，聪明的LS-DYNA用户改写别人的K文件”。

扪心自问，我们本着严谨务实求真的态度进行写作，竭诚为读者服务是我们的第一目的和唯一目的。读者从书中得到的收益是对我们最好的鼓励和回报。

不少用户反映，DYNA极其难学。须知业精于勤荒于嬉，书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。希望广大读者踩着我们搭建的这个简易平台，采摘自己的DYNA成果。如果我们的著作能对读者应用DYNA解决实际问题偶有裨益，吾心足矣。

术业有专攻，谬误之处恳请读者斧正，因为读者是最好的老师。用户如有对有限元资料、软件的需求可email至pla414100@sina.com。

作者

2007年12月

前言
第1章 LS-DYNA简介 1
1.1 有限元思想 1
1.2 有限元软件概述 2
1.2.1 MSC 3
1.2.2 ANSYS 5
1.2.3 ADINA 14
1.2.4 Dynaform 15
1.2.5 其他软件 15
1.2.6 建模工具 17
1.3 LS-DYNA发展概况 19
1.4 LS-DYNA功能特点 20
1.5 ANSYS 11.0/LS-DYNA计算流程 35
1.5.1 前处理 37
1.5.2 求解 59
1.5.3 后处理 71
第2章 电子产品分析 81
2.1 电子产品分析概述 81
2.1.1 问题种类 82
2.1.2 典型分析 83
2.2 电视机壳体跌落分析 86
2.2.1 问题描述 86
2.2.2 求解分析 87
2.2.3 计算步骤 88
2.2.4 输入文件 95
2.2.5 后处理 99
2.3 手机壳体振动分析 102
2.3.1 问题描述 102
2.3.2 求解分析 103
2.3.3 输入文件 104
2.3.4 后处理 105
2.4 电路板受力分析 109
2.4.1 问题描述 109
2.4.2 求解分析 110
2.4.3 输入文件 111
2.4.4 后处理 115
第3章 接触碰撞分析 118
3.1 接触碰撞分析概述 118
3.1.1 接触碰撞的类型 118
3.1.2 接触碰撞的基本算法 119
3.1.3 接触界面定义及控制 124
3.1.4 接触分析注意事项 133
3.1.5 接触分析相关关键字 134
3.2 长杆弹体侵彻靶板分析 158
3.2.1 问题描述 158
3.2.2 求解分析 158
3.2.3 输入文件 159
3.2.4 后处理 162
3.3 简易汽车碰撞分析 165
3.3.1 问题描述 165
3.3.2 求解分析 166
3.3.3 输入文件 166
3.3.4 后处理 171
3.4 气囊展开分析 174
3.4.1 问题描述 174
3.4.2 求解分析 175
3.4.3 输入文件 175
3.4.4 后处理 182
第4章 隐式分析 186
4.1 LS-DYNA隐式分析概述 186
4.1.1 隐式分析的特点和功能 186
4.1.2 隐式分析理论基础 188
4.1.3 隐式分析相关关键字 197
4.1.4 隐式分析相关概念 209
4.2 汽车保险杠受撞分析 217
4.2.1 问题描述 217
4.2.2 求解分析 217
4.2.3 输入文件 219
4.2.4 后处理 223
4.3 手机壳体的特征值分析 227
4.3.1 问题描述 227
4.3.2 求解分析 228
4.3.3 输入文件 229
4.3.4 后处理 231
第5章 流构耦合分析 234
5.1 流构耦合分析概述 234
5.1.1 ALE方法简介 234
5.1.2 ALE方法理论基础 236
5.1.3 ALE方法相关关键字 246
5.2 金属挤压成形分析 273
5.2.1 问题描述 273
5.2.2 求解分析 273
5.2.3 输入文件 274
5.2.4 后处理 279
5.3 近水面爆炸效应分析 280
5.3.1 问题描述 280
5.3.2 求解分析 281
5.3.3 输入文件 282
5.3.4 后处理 288
5.4 水箱跌落分析 290
5.4.1 问题描述 290
5.4.2 求解分析 291
5.4.3 输入文件 291
5.4.4 后处理 294
第6章 热分析 297
6.1 热传导分析概述 297
6.1.1 如何应用LS-DYNA进行热传导分析 297
6.1.2 热传导基本理论 299
6.1.3 热传导分析相关的关键字 302
6.1.4 典型的热相关问题 315
6.2 热固耦合分析 318
6.2.1 问题描述 318
6.2.2 建模分析 318
6.2.3 求解步骤 319
6.2.4 输入文件 329
6.2.5 后处理 335
6.3 摩擦生热问题 339
6.3.1 问题描述 339
6.3.2 求解分析 340
6.3.3 输入文件 341
6.3.4 后处理 345
6.4 薄板冲压的热问题分析 348
6.4.1 问题描述 348
6.4.2 求解分析 348
6.4.3 输入文件 349
6.4.4 后处理 354
第7章 不可压缩流场分析 359
7.1 不可压缩流场分析概述 359
7.1.1 不可压缩流场分析特点 359
7.1.2 不可压缩流场分析理论基础 360
7.1.3 不可压缩流分析相关关键字 369
7.2 不可压缩流场实例分析 380
7.2.1 问题描述 380
7.2.2 求解分析 381
7.2.3 输入文件 381
7.2.4 后处理 388
7.3 管鞘流动分析 391
7.3.1 问题描述 391
7.3.2 求解分析 392
7.3.3 输入文件 392
7.3.4 后处理 396
第8章 重启动分析 398
8.1 重启动分析简介 398
8.2 简单重启动 399
8.3 小型重启动 399
8.4 完全重启动 400
8.5 重启动分析关键字 401
8.6 重启动分析实例 403
8.6.1 改变载荷 403
8.6.2 改变速度 406
8.6.3 增加新的材料 411
第9章 自适应网格方法 416
9.1 自适应网格方法简介 416
9.2 h-adaptive方法和r-adaptive方法 417
9.3 自适应网格划分实例 419
9.3.1 圆管碰撞 419
9.3.2 泰勒杆冲击 424
9.3.3 弹体侵彻 429
第10章 SPH和EFG方法 434
10.1 无网格方法简介 434
10.2 SPH方法的特点和基本理论 437
10.3 SPH方法实例分析 439
10.3.1 弹体侵彻靶板的FE/SPH耦合计算 439
10.3.2 两梁碰撞 461
10.4 EFG方法的特点和基本理论 465
10.5 EFG方法实例分析 467
附录1 单位制 471
附录2 LS-DYNA材料模型应力—应变数据类型 472
附录3 LS-DYNA ver.971接触类型一览 475
附录4 金属在大变形、高应变率和高温条件下的本构模型和数据 477
参考文献 478本书全面介绍了大型非线性有限元程序LS-DYNA的接触碰撞、隐式分析、热传递、流固耦合、不可压缩流场、自适应网格、重启动、SPH及EFG方法等功能的基本理论，详细解释了相关关键字的涵义和使用方法及注意事项，并对ANSYS/LS-DYNA在诸多工程领域的应用给出了相应的分析实例，内容涉及电路板受力分析、手机壳体振动分析、水下爆炸分析、汽车碰撞分析、气囊展开分析、水箱跌落分析、弹丸侵彻分析、摩擦生热分析、振动模态分析、金属成形、薄板冲压等。本书算例模型准确，步骤简明扼要，可操作性强，读者可以参照书中实例举一反三。
本书可作为理工科院校、科研院所相关专业高年级学生、研究生及教师学习使用ANSYS/LS-DYNA的教材或参考用书，也可作为汽车、国防军工、电子、航天航空、土木、机械等行业的工程技术人员学习ANSYS/LS-DYNA的参考资料。该书不仅可作为LS-DYNA新用户提供大量帮助，也可作为LS-DYNA中高级用户的参考用书。
本书实例的建模文件可直接到中国水利水电出版社网站（http://www.waterpub.com.cn/softdown/)免费下载。

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