LS-DYNA 有限元建模、分析和優化設計

本書分為四大部分，分別介紹了ANSYS LST公司的4款主打軟件：LS-PrePost、LS-DYNA、LS-OPT和LS-TaSC。書中結合多位ANSYS LST公司技術專家的成果和作者多年在相關領域的經驗，詳細闡述了這4款軟件的使用方法，全書包括LS-PrePost幾何建模、網格劃分、有限元建模、後處理方法、二次開發，LS-DYNA基本功能、各類算法、關鍵字介紹，LS-OPT和LS-TaSC聯合LS-DYNA優化設計等，並給出了相關算例詳解，以引導讀者掌握解決工程實際問題的能力。 本書理論與實踐相結合，適合理工科院校的教師、本科高年級學生和研究生作為有限元課程學習教材，也可以作為國防軍工、航空航天、汽車碰撞、材料加工、生物醫學、電子產品、結構工程、採礦、船舶等行業工程技術人員的力學分析和產品優化設計參考手冊，還可為國內自主軟件開發提供借鑒。

 

 

目錄

第1章緒論

 

1.1求解微分方程的常用數值計算方法簡介

 

1.1.1有限差分法

 

1.1.2有限元法

 

1.1.3有限體積法

 

1.1.4邊界元法

 

1.1.5離散元法

 

1.1.6光滑粒子流體動力學法

 

1.2求解微分方程的常用數值計算軟件介紹

 

1.2.1ANSYS

 

1.2.2LSDYNA

 

1.2.3AUTODYN

 

1.2.4ABAQUS

 

1.2.5MSC.Dytran

 

1.3支持LSDYNA的主流前後處理軟件

 

1.3.1TrueGrid

 

1.3.2LSPrePost 

 

1.3.3HyperMesh

 

1.3.4ANSYS Workbench

 

1.3.5ETA PreSys

 

1.3.6ANSA

 

1.4參考文獻

 

第2章LSPrePost基本功能和用戶界面簡介

 

2.1LSPrePost圖形用戶界面

 

2.1.1界面佈局

 

2.1.2F功能鍵

 

2.1.3鼠標操作

 

2.2下拉菜單欄

 

2.2.1File子菜單

 

2.2.2Misc.子菜單

 

2.2.3View子菜單

 

2.2.4Geometry子菜單

 

2.2.5FEM子菜單

 

2.2.6Application子菜單

 

2.2.7Settings子菜單

 

2.2.8Help子菜單

 

2.3右端工具欄

 

2.4底部工具欄

 

2.5通用工具和應用實例

 

2.5.1通用選擇面板

 

2.5.2動畫控制

 

2.5.3關鍵字管理器

 

2.5.4測量標尺

 

2.5.5設置模型旋轉中心

 

2.5.6剖析D3hsp文件

 

2.6參考文獻

 

第3章LSPrePost幾何建模

 

3.1LSPrePost幾何特徵

 

3.2幾何建模實例

 

3.2.1瓶子三維幾何建模

 

3.2.2修補模型

 

3.2.3抽取中面

 

3.2.4幾何清理

 

3.2.5由單元生成面

 

3.2.6由單元生成多個面

 

3.3參考文獻

 

 

 

 

 

第4章LSPrePost有限元建模

 

4.1網格劃分

 

4.1.1網格劃分基礎

 

4.1.2常用殼單元網格劃分方法

 

4.1.3網格劃分工具欄

 

4.2模型和Part

 

4.3單元工具

 

4.4Solution Explorer

 

4.5有限元建模實例

 

4.5.1抽取實體單元中面

 

4.5.2生成柱坐標系邊界條件

 

4.5.3Part替換

 

4.5.4模型比較

 

4.5.52DMesh生成網格實例

 

4.5.6單元編輯實例

 

4.5.7曲線和曲面網格劃分實例

 

4.5.8通過ElGen界面生成單元

 

4.5.9生成並細化同幾何分析NURBS單元

 

4.5.10氣囊折疊

 

4.5.11復合材料層壓板建模

 

4.6參考文獻

 

第5章LSPrePost後處理

 

5.1POST後處理

 

5.1.1POST基本功能

 

5.1.2顯示模型應力

 

5.1.3繪制力位移曲線

 

5.1.4曲線和動畫同時顯示

 

5.2MS POST後處理

 

5.2.1MS POST基本功能

 

5.2.2生成切片

 

5.2.3生成等值面

 

5.2.4生成流線

 

5.3參考文獻

 

第6章LSPrePost二次開發

 

6.1LSPrePost命令文件

 

6.2腳本命令語言

 

6.2.1基於C語言的SCL API函數

 

6.2.2幾何實體類型

 

6.2.3基於C語言的SCL幾何相關函數

 

6.2.4基於C語言的SCL與C語言的差異

 

6.2.5運行SCL

 

6.2.6數據中心參數列表

 

6.2.7SCL編程實例

 

6.3LSReader語言

 

6.3.1API函數

 

6.3.2D3P_Parameter和BINOUT_Parameter

 

6.3.3編程實例

 

6.4自定義按鈕

 

6.5Keyword Reader

 

6.6參考文獻

 

第7章LSDYNA基礎

 

7.1軟件基本功能

 

7.1.1材料模型

 

7.1.2狀態方程

 

7.1.3單元類型

 

7.1.4接觸類型

 

7.1.5初始條件、載荷和約束定義

 

7.1.6沙漏控制

 

7.1.7拉格朗日算法

 

7.1.8自適應網格重分方法

 

7.1.9歐拉和ALE算法

 

7.1.10SPH法

 

7.1.11無單元伽遼金方法

 

7.1.12邊界元方法

 

7.1.13剛體動力學功能

 

7.1.14隱式算法

 

7.1.15熱分析

 

7.1.16不可壓縮流求解器

 

7.1.17時空守恆元解元求解器

 

7.1.18微粒法

 

7.1.19離散元法

 

7.1.20電磁場模塊

 

7.1.21近場動力學方法

 

7.1.22光滑粒子伽遼金算法

 

7.1.23擴展有限元法

 

7.1.24結構化ALE方法

 

7.1.25NVH、疲勞和頻域分析

 

7.1.26同幾何分析

 

7.1.27轉子動力學

 

7.1.28*DEFINE_OPTION_FUNCTION函數定義功能

 

7.1.29二次開發

 

7.1.30汽車行業的專門功能

 

7.1.31板料成形行業的專門功能

 

7.1.32多功能控制選項

 

7.1.33支持的硬件平臺

 

7.2應用領域

 

7.3關鍵字輸入格式

 

7.3.1關鍵字輸入數據格式的特點

 

7.3.2關鍵字用戶手冊卡片格式說明

 

7.4資源網站

 

7.5參考文獻

 

第8章拉格朗日算法

 

8.1小球撞擊平板計算算例

 

8.1.1計算模型概況

 

8.1.2LSPrePost建模

 

8.1.3關鍵字文件講解

 

8.1.4數值計算結果

 

8.2氣囊展開計算算例

 

8.2.1計算模型概況

 

8.2.2LSPrePost建模

 

8.2.3關鍵字文件講解

 

8.2.4數值計算結果

 

8.3S型管件撞擊剛性牆計算算例

 

8.3.1計算模型概況

 

8.3.2LSPrePost建模

 

8.3.3關鍵字文件講解

 

8.3.4數值計算結果

 

8.4參考文獻

 

第9章ALE算法

 

9.1ALE算法簡介

 

9.1.1ALE算法步驟

 

9.1.2ALE多物質

 

9.2邊界條件

 

9.3流固耦合

 

9.4水下爆炸二維計算算例

 

9.4.1計算模型概況

 

9.4.2關鍵字文件講解

 

9.4.3數值計算結果

 

9.5參考文獻

 

第10章SALE算法

 

10.1原有ALE求解器的缺點

 

10.2SALE算法優點

 

10.3SALE算法簡介

 

10.4SALE並行計算

 

10.4.1SMP並行計算

 

10.4.2MPP並行計算

 

10.4.3MPP HYBRID並行計算

 

10.5SALE主要關鍵字

 

10.5.1*ALE_STRUCTURED_MESH

 

10.5.2*ALE_STRUCTURED_MESH_CONTROL_POINTS

 

10.5.3*ALE_STRUCTURED_MESH_MOTION

 

10.5.4*ALE_STRUCTURED_MESH_VOLUME_FILLING

 

10.5.5*ALE_STRUCTURED_FSI

 

10.5.6*ALE_STRUCTURED_MESH_REFINE

 

10.5.7*ALE_STRUCTURED_MESH_TRIM

 

10.6SALE邊界條件定義

 

10.7炸藥定義

 

10.7.1炸藥的TNT當量折算方法

 

10.7.2起爆點定義關鍵字

 

10.8空氣中爆炸計算算例

 

10.8.1計算模型概況

 

10.8.2關鍵字文件講解

 

10.8.3數值計算結果

 

10.9參考文獻

 

第11章NVH、疲勞和頻域分析

 

11.1信號處理基礎

 

11.2關鍵字和結果數據處理

 

11.3模態分析

 

11.3.1模態分析關鍵字

 

11.3.2懸臂梁預應力模態分析算例

 

11.4頻率響應函數

 

11.4.1關鍵字和後處理

 

11.4.2平板頻響函數分析算例

 

11.5穩態振動

 

11.5.1關鍵字和後處理

 

11.5.2平板強迫振動分析

 

11.5.3等效輻射功率計算

 

11.6邊界元聲學

 

11.6.1聲學計算基礎

 

11.6.2邊界元聲學計算公式和方法

 

11.6.3關鍵字和後處理

 

11.6.4平板振動噪聲計算算例

 

11.6.5遠場水下爆炸聲固耦合計算

 

11.7有限元聲學

 

11.7.1關鍵字和後處理

 

11.7.2簡化汽車車腔聲學計算算例

 

11.8隨機振動

 

11.8.1關鍵字和後處理

 

11.8.2壓力作用下平板隨機振動計算算例

 

11.9隨機振動疲勞

 

11.9.1如何定義SN曲線

 

11.9.2米勒線性累積疲勞理論

 

11.9.3疲勞分析方法

 

11.9.4關鍵字和後處理

 

11.9.5鋁板疲勞分析算例

 

11.10時域疲勞

 

11.10.1關鍵字和後處理

 

11.10.2基於應力的時域疲勞分析算例

 

11.10.3基於應變的時域疲勞分析

 

11.11響應譜分析

 

11.11.1輸入響應譜

 

11.11.2響應譜分析理論基礎

 

11.11.3振型組合方法

 

11.11.4關鍵字和後處理

 

11.11.5高層建築框架結構響應譜分析算例

 

11.12統計能量分析法

 

11.13參考文獻

 

第12章SPH法

 

12.1SPH法簡介

 

12.2SPH近似算法

 

12.3核函數

 

12.4相關關鍵字

 

12.5時間步長

 

12.6人工黏性

 

12.7活動粒子和不活動粒子

 

12.8材料模型和狀態方程

 

12.9邊界條件

 

12.10SPH熱學計算

 

12.11SPH與其他Part的作用

 

12.12SPH粒子生成和顯示

 

12.12.1SPH粒子生成

 

12.12.2SPH粒子顯示

 

12.13容器內水流計算算例

 

12.13.1計算模型概況

 

12.13.2關鍵字文件講解

 

12.13.3數值計算結果

 

12.14參考文獻

 

第13章EFG算法

 

13.1EFG算法簡介

 

13.2*SECTION_SOLID_EFG

 

13.3通用無網格法和最大熵近似函數法

 

13.4EFG三維自適應網格重分

 

13.5金屬鍛造計算算例

 

13.5.1計算模型概況

 

13.5.2關鍵字文件講解

 

13.5.3數值計算結果

 

13.6參考文獻

 

第14章SPG算法

 

14.1SPG算法基本理論

 

14.2主要關鍵字

 

14.2.1*SECTION_SOLID_SPG

 

14.2.2*CONSTRAINED_IMMERSED_IN_SPG

 

14.3傳熱分析

 

14.4雙重尺度計算

 

14.5SPG粒子顯示

 

14.6三點彎曲計算算例

 

14.6.1計算模型概況

 

14.6.2關鍵字文件講解

 

14.6.3數值計算結果

 

14.7參考文獻

 

第15章離散元法

 

15.1DES基礎

 

15.1.1DES單元受力

 

15.1.2DES計算流程

 

15.1.3DES鍵接模型

 

15.2DES粒子生成

 

15.3主要關鍵字

 

15.3.1*CONTROL_DISCRETE_ELEMENT_{OPTION}

 

15.3.2*DEFINE_DE_BOND

 

15.3.3*DEFINE_DE_INJECTION_{OPTION}

 

15.3.4*DEFINE_DE_TO_SURFACE_COUPLING

 

15.3.5*ELEMENT_DISCRETE_SPHERE_{OPTION}

 

15.4離散元塊體運動計算算例

 

15.4.1計算模型概況

 

15.4.2關鍵字文件講解

 

15.4.3數值計算結果

 

15.5參考文獻

 

第16章近場動力學方法

 

16.1近場動力學方法簡介

 

16.2主要關鍵字

 

16.2.1*SECTION_SOLID_PERI

 

16.2.2*MAT_ELASTIC_PERI

 

16.2.3定義層壓復合材料的PD關鍵字

 

16.3復合材料平板拉伸計算算例

 

16.3.1計算模型概況

 

16.3.2關鍵字文件講解

 

16.3.3數值計算結果

 

16.4參考文獻

 

第17章CESE算法

 

17.1CESE算法簡介

 

17.2CESE主要應用

 

17.3CESE流固耦合

 

17.4CESE算例建模計算流程

 

17.5CESE主要關鍵字

 

17.5.1*CESE_BOUNDARY_AXISYMMETRIC

 

17.5.2*CESE_BOUNDARY_NON_REFLECTIVE_OPTION

 

17.5.3*CESE_BOUNDARY_PRESCRIBED_OPTION

 

17.5.4*CESE_CONTROL_LIMITER

 

17.5.5*CESE_CONTROL_MESH_MOV

 

17.5.6*CESE_CONTROL_SOLVER

 

17.5.7*CESE_CONTROL_TIMESTEP

 

17.5.8*CESE_DATABASE_ELOUT

 

17.5.9*CESE_DATABASE_FSIDRAG

 

17.5.10*CESE_DRAG

 

17.5.11*CESE_EOS_IDEAL_GAS

 

17.5.12*CESE_FSI_EXCLUDE

 

17.5.13*CESE_INITIAL

 

17.5.14*CESE_INITIAL_CHEMISTRY

 

17.5.15*CESE_INITIAL_OPTION

 

17.5.16*CESE_MAT_000

 

17.5.17*CESE_MAT_001(_GAS)

 

17.5.18*CESE_PART

 

17.5.19*MESH_VOLUME_PART

 

17.6化學反應流子模塊

 

17.6.1化學反應流子模塊介紹

 

17.6.2主要關鍵字

 

17.7隨機顆粒流子模塊

 

17.7.1隨機顆粒流子模塊介紹

 

17.7.2主要關鍵字

 

17.8DUALCESE算法

 

17.9氣炮發射彈丸計算算例

 

17.9.1計算模型概況

 

17.9.2關鍵字文件講解

 

17.9.3數值計算結果

 

17.10參考文獻

 

第18章ICFD算法

 

18.1ICFD網格自動生成

 

18.2水平集方法

 

18.3流固耦合

 

18.4邊界條件

 

18.4.1周期性邊界條件

 

18.4.2滑移網格邊界條件

 

18.5穩態解與多物理場耦合快速計算方法

 

18.6沉浸界面

 

18.7ICFD算例建模計算流程

 

18.8主要關鍵字

 

18.8.1*ICFD_BOUNDARY_CONJ_HEAT

 

18.8.2*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP

 

18.8.3*ICFD_BOUNDARY_FSI

 

18.8.4*ICFD_BOUNDARY_FSI_EXCLUDE

 

18.8.5*ICFD_BOUNDARY_GROUND

 

18.8.6*ICFD_BOUNDARY_NONSLIP

 

18.8.7*ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_PRE

 

18.8.8*ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_TEMP

 

18.8.9*ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_VEL

 

18.8.10*ICFD_CONTROL_CONJ

 

18.8.11*ICFD_CONTROL_DEM_COUPLING

 

18.8.12*ICFD_CONTROL_FSI

 

18.8.13*ICFD_CONTROL_GENERAL

 

18.8.14*ICFD_CONTROL_MESH

 

18.8.15*ICFD_CONTROL_TIME

 

18.8.16*ICFD_DATABASE_DRAG_{OPTION}

 

18.8.17*ICFD_INITIAL

 

18.8.18*ICFD_INITIAL_LEVELSET

 

18.8.19*ICFD_INITIAL_TURBULENCE

 

18.8.20*ICFD_MAT

 

18.8.21*ICFD_MODEL_NONNEWT

 

18.8.22*ICFD_PART

 

18.8.23*ICFD_PART_VOL

 

18.8.24*ICFD_SECTION

 

18.8.25*MESH_BL

 

18.8.26*MESH_EMBEDSHELL

 

18.8.27*MESH_INTERF

 

18.8.28*MESH_SURFACE_ELEMENT

 

18.8.29*MESH_SURFACE_NODE

 

18.8.30*MESH_VOLUME

 

18.9潰壩計算算例

 

18.9.1計算模型概況

 

18.9.2關鍵字文件講解

 

18.9.3數值計算結果

 

18.10參考文獻

 

第19章電磁場求解器

 

19.1電磁場求解器的特點

 

19.2渦流計算模塊

 

19.3感應加熱計算模塊

 

19.4電阻加熱計算模塊

 

19.5其他特性

 

19.6主要關鍵字

 

19.6.1*EM_2DAXI

 

19.6.2*EM_CIRCUIT

 

19.6.3*EM_CIRCUIT_ROGO

 

19.6.4*EM_CONTROL

 

19.6.5*EM_SOLVER_BEM

 

19.6.6*EM_SOLVER_FEM

 

19.7電池內部短路計算算例

 

19.7.1計算模型概況

 

19.7.2關鍵字文件講解

 

19.7.3數值計算結果

 

19.8參考文獻

 

第20章其他算法

 

20.1二次拉格朗日實體單元

 

20.2厚殼單元

 

20.2.1厚殼單元介紹

 

20.2.2厚殼單元建模

 

20.3同幾何分析

 

20.3.1基於NURBS的同幾何分析概念

 

20.3.2薄壁方管穩態振動分析算例

 

20.4微粒法

 

20.5參考文獻

 

第21章LSDYNA二次開發

 

21.1原有的二次開發環境及應用

 

21.2新的二次開發環境

 

21.2.1用戶子程序

 

21.2.2用戶子程序的編譯和鏈接

 

21.2.3用戶子程序的動態鏈接庫的調用

 

21.2.4二次開發的其他新增功能

 

21.3材料模型的二次開發過程

 

21.3.1線彈性材料模型

 

21.3.2LSDYNA用戶子程序開發和調試

 

21.3.3材料模型的驗證

 

21.3.4關鍵字輸入文件

 

21.4用戶關鍵字的二次開發

 

21.4.1模型自動建模

 

21.4.2材料參數的自動轉換

 

21.5參考文獻

 

第22章LSOPT優化設計、參數辨識和概率分析

 

22.1軟件功能簡介

 

22.2主要術語

 

22.3尺寸優化算例

 

22.3.1優化模型概況

 

22.3.2優化建模

 

22.3.3優化結果

 

22.4材料參數識別算例

 

22.4.1優化模型概況

 

22.4.2優化建模

 

22.4.3優化結果

 

22.5參考文獻

 

第23章LSTaSC拓撲優化和形狀優化

 

23.1軟件功能介紹

 

23.1.1基本功能

 

23.1.2拓撲優化

 

23.1.3自由錶面形狀優化

 

23.1.4軟件使用

 

23.2主要術語

 

23.3用戶界面

 

23.4拓撲優化算例

 

23.4.1優化模型概況

 

23.4.2優化建模

 

23.4.3優化結果

 

23.5參考文獻