ANSYS/LS-DYNA动力分析方法与工程实例（第二版）

第二版前言

  LS-DYNA是功能齐全的显式动力分析软件，可以模拟各种复杂的非线性动态过程。本书第一版结合ANSYS前处理系统地介绍了LS-DYNA显式动力分析方法，包括软件操作、算法原理和工程应用等方面的问题。

  本书第一版出版以来，很多热心读者提出了很多宝贵意见和建议，这是促使我们进行这次修订的动力。本次改版保持了原书以LS-DYNA关键字为主线、内容安排上由浅入深等写作特点，在以下方面进行了改进：

1．考虑到LS-DYNA关键字的重要性，适当增加了关键字及其输入参数等方面的解释。这在本版的第6章、第8章等得到体现。

2．在第10章的材料模型部分增加了一些对相关参数的说明，提供了一些定义常用材料模型及其参数的范例。

3．删去了前一版过于简单的一些例题，重新设计了一些新的例题，适当增加了例题的复杂程度。

4．适当增加了一些软件操作技巧等方面的介绍。对于使用程序过程中可能出现的常见问题，在正文中以“注意”强调一些相关的要点。

5．对程序操作方面的知识点多采用列表的形式，以增加相关内容的系统性和条理性，使相关的章节更具可读性。

6．调整了附录中的部分内容。对第一版中文字录入等方面的错误作了更正。

  本版内容组织上仍然分为三篇，内容安排上由浅入深。

第1篇以ANSYS/LS-DYNA的基本操作过程作为主线，结合一个空心金属壳冲击刚性平台的演示性例子进行讲解。目的是帮助具有ANSYS使用基础的读者尽快掌握LS-DYNA显式动力分析的基本概念和方法。

第2篇是学习LS-DYNA的提高篇，旨在引导读者系统学习LS-DYNA的关键字文件，掌握LS-PREPOST后处理器的使用方法，进一步了解LS-DYNA程序的算法原理和分析选项、各类单元的特性以及各种材料模型。

第3篇为分析实例篇，向读者提供了一系列LS-DYNA显式动力分析的例题，内容涉及到金属结构冲击屈曲分析、打桩施工过程中桩身的动应力分析、高速弹丸侵彻厚钢板、框架结构的地震反应和连续倒塌分析、带泡沫包装电路板的跌落分析、岩土介质中的爆炸等具体问题。注意到初学人员学习中可能遇到的问题，书中例题的复杂程度都比较适中，这有助于初学者打好LS-DYNA分析的基础。

  在本书编写过程中参考了大量与非线性动力学理论和数值分析方面相关的书籍和资料，其中包括LS-DYNA的理论手册以及关键字手册。在书后的参考文献中列出了一些主要的参考资料，但还有很多未能专门列出，在这里一并向相关单位和个人的工作表示衷心的感谢。

  本版的修订工作主要由尚晓江、苏建宇、王化锋等完成，本书第一版的部分作者也积极参与了相关章节的修订工作，他们是魏久安、赵海峰、石伟兴、李文颖、聂慧萍、卢靖、蒋迪、袁志达、邱峰、杨海波、潘冠群、李德聪、史雪松、张永芳、王惠平、杨伟、刘金兴、张炯曦等。梁兴、王海彦、鲁小星等为本次修订提供了一些工程算例资料，乔继延博士后在本书编写过程中帮助作者解决了一些技术问题，龙丽平博士为本次修订提供了很好的建议，一并在此致谢。此外，还要感谢中国水利水电出版社的编辑人员为本书出版而付出的辛勤劳动。

  由于编写时间仓促和编写者认识水平的局限，书中不当或错误之处在所难免，欢迎读者朋友批评指正。编者联系方式E-mail：shj_cas@sina.com。

第二版前言
第一版前言
第1篇  基础学习篇
第1章  ANSYS/LS-DYNA基础知识 2
1.1  LS-DYNA程序的发展历程 2
1.2  LS-DYNA程序的分析能力与工程应用 3
1.2.1  LS-DYNA的分析能力概述 3
1.2.2  LS-DYNA的行业应用案例 4
1.3  LS-DYNA关键字文件的基本概念 9
1.3.1  什么是 LS-DYNA关键字文件 9
1.3.2  关键字文件的输入格式与组织关系 10
1.4  LS-DYNA显式算法的基本概念 10
1.5  ANSYS/LS-DYNA分析环境简介 12
1.5.1  ANSYS/LS-DYNA的启动及分析环境界面 12
1.5.2  ANSYS/LS-DYNA的两种操作方式和分析流程 14
1.5.3  ANSYS/LS-DYNA的程序组织和文件系统 15
第2章  显式动力分析模型的创建 19
2.1  显式分析建模流程及注意事项 19
2.1.1  显式建模的一般流程 19
2.1.2  建模需要注意的问题 20
2.2  显式分析建模的基本概念 21
2.2.1  组元、PART及PART集 21
2.2.2  刚体的概念 23
2.2.3  协调单位系统 24
2.3  单元及材料定义 24
2.3.1  定义单元类型及选项 25
2.3.2  定义分析所需的材料模型 27
2.4  几何模型的建立 28
2.4.1  ANSYS建模坐标系统及工作平面 28
2.4.2  由底向上建立几何模型 30
2.4.3  实体建模与各种实体操作 33
2.5  划分网格、建立PART及定义接触 39
2.5.1  网格的划分 39
2.5.2  PART及接触的定义 43
2.6  一个演示性的例子??模型的建立 45
2.6.1  问题描述与分析的规划 45
2.6.2  创建分析模型 46
2.6.3  定义接触面 49
第3章  载荷、约束与边界条件 53
3.1  显式分析载荷的施加 53
3.1.1  显式分析载荷的类型 53
3.1.2  载荷曲线及加载坐标系 54
3.1.3  施加显式分析的载荷 56
3.2  施加初始条件 58
3.3  施加边界条件 59
3.4  施加约束条件 62
3.5  一个演示性的例子（续）??加载 65
第4章  显式分析求解 68
4.1  分析的基本参数设定 68
4.1.1  设定LS-DYNA的计算终止条件 68
4.1.2  显式分析参数控制选项 69
4.1.3  计算过程中文件的输出控制 71
4.2  LS-DYNA求解过程与重启动 73
4.2.1  递交求解的方法 73
4.2.2  求解过程的监控 75
4.2.3  重启动 76
4.3  一个演示性的例子（续）??求解 78
第5章  ANSYS后处理 80
5.1  显式分析后处理概述 80
5.2  通用后处理器POST1的使用 81
5.3  时间历程后处理器POST26的使用 81
5.3.1  时间历程变量观察器 81
5.3.2  POST26的后处理过程 84
5.3.3  读取ASCII结果信息 86
5.4  报告生成器Report Generator的使用 87
5.5  一个演示性的例子（续）??后处理 87
第2篇  深入提高篇
第6章  常用LS-DYNA关键字简介 94
6.1  几何信息关键字 94
6.1.1  节点关键字 94
6.1.2  单元关键字 95
6.2  PART、材料及单元选项关键字 97
6.2.1  定义部件的关键字段 97
6.2.2  定义材料的关键字段 97
6.2.3  定义单元选项的关键字段 98
6.3  接触定义关键字 103
6.4  初始条件、边界条件与载荷关键字 104
6.5  约束以及焊点定义关键字 106
6.6  求解控制及其他常用关键字 107
6.7  关键字编辑与修改 108
6.8  关键字文件举例 109
第7章  LS-PREPOST后处理 114
7.1  LS-PERPOST概述与基本工作环境 114
7.1.1  LS-PREPOST功能概述 114
7.1.2  LS-PREPOST程序界面说明 115
7.1.3  鼠标键盘操作 116
7.2  下拉菜单的功能 116
7.3  图形绘制区域 118
7.4  常用的显示控制按钮 119
7.5  动画播放控制台的使用 120
7.6  主菜单的常用操作 121
7.6.1  Fcomp菜单 121
7.6.2  SelPar菜单 123
7.6.3  Ident菜单 124
7.6.4  History菜单 124
7.6.5  Color菜单 126
7.6.6  Splitw菜单 127
7.6.7  Output菜单 128
7.6.8  ASCII菜单 128
第8章  LS-DYNA常用算法及特殊分析选项 129
8.1  三维SOLID单元的基本显式算法 129
8.1.1  基本方程和控制条件 129
8.1.2  有限元空间离散 130
8.1.3  显式时间积分与时步控制 134
8.2  LS-DYNA的动态接触算法简介 135
8.2.1  基本概念及方法概述 135
8.2.2  各种接触类型的特性 137
8.3  沙漏以及积分步长的控制 138
8.3.1  沙漏控制技术 138
8.3.2  质量缩放与混合时间积分 139
8.4  ALE和Euler方法及流固耦合简介 140
8.5  自适应网格划分及SPH算法简介 143
第9章  LS-DYNA的单元特性 145
9.1  显式单元概述 145
9.2  杆件结构单元 146
9.3  2-D及3-D实体单元 149
9.4  薄壳单元 152
9.5  质量、弹簧以及阻尼单元 153
第10章  LS-DYNA的材料模型 157
10.1  ANSYS/LS-DYNA材料模型概述 157
10.2  弹性材料模型 158
10.2.1  线弹性材料模型 158
10.2.2  非线性弹性材料模型 160
10.3  塑性材料模型 162
10.4  状态方程及相关的材料模型 171
10.5  离散单元模型 173
10.5.1  弹簧的材料模型 173
10.5.2  阻尼器模型 177
10.5.3  索模型 178
10.6  刚性体模型 179
第3篇  分析实例篇
第11章  冲击动力问题的仿真分析 182
11.1  LS-DYNA分析冲击动力问题的注意事项 182
11.2  打桩过程中桩身的动应力分析 183
11.2.1  问题描述与分析过程规划 183
11.2.2  建模与计算 183
11.2.3  结果后处理及分析 191
11.3  薄壁钢管在轴向冲击作用下的屈曲 196
11.3.1  建立分析模型 196
11.3.2  分析选项设置与递交求解 202
11.3.3  结果观察与分析 206
第12章  侵彻动力问题的分析 208
12.1  LS-DYNA模拟侵彻问题的一般方法 208
12.2  分析实例：钢弹丸以一定角度斜侵彻厚钢板 209
12.2.1  问题描述与分析过程规划 209
12.2.2  建立分析模型 210
12.2.3  递交求解与结果分析 226
第13章  LS-DYNA建筑工程应用实例 235
13.1  LS-DYNA在建筑工程中的应用概述 235
13.2  多层框架结构的弹性时程分析例题 236
13.2.1  问题描述与分析过程规划 237
13.2.2  建模与加载 237
13.2.3  求解与结果分析 242
13.3  多层平面钢框架连续倒塌仿真算例 247
13.3.1  问题描述与分析过程规划 248
13.3.2  建模与求解 248
13.3.3  结果后处理及分析 259
第14章  工业产品的跌落过程仿真 262
14.1  跌落测试数值仿真概述 262
14.2  ANSYS/LS-DYNA跌落测试模块DTM 263
14.3  跌落分析例题??带泡沫包装电路板的跌落分析 266
14.3.1  建立对象模型 267
14.3.2  参数设置与计算 280
14.3.3  观察分析结果 283
第15章  工程爆破问题的仿真分析 286
15.1  爆炸问题数值模拟概述 286
15.2  土中爆炸扩腔过程的数值模拟 288
15.2.1  分析过程的规划 288
15.2.2  建模以及求解 289
15.2.3  观察分析结果 302
附录A  ED命令与LS-DYNA关键字的对应关系 305
附录B  常用ANSYS建模命令参考 308
附录C  APDL语言简介 318
附录D  常用材料模型及关键字 323
附录E  协调单位及导出方法 325
参考文献 326

1. Ansys Workbench结构分析热点解析 [牛海峰 ]
2. 由浅入深精通LS-DYNA（第二版） [辛春亮 李彦君 王 伟 李国杰]
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27. ANSYS Workbench 12基础教程与实例详解 [浦广益 编著]
28. ANSYS工程分析进阶实例（修订版） [包陈 王呼佳 主编]
29. ANSYS 10.0/LS-DYNA基础理论与工程实践 [李裕春 时党勇 赵远 编著]
30. ANSYS在机械与化工装备中的应用（第二版） [余伟炜 高炳军 主编 陈洪军 王呼]