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2-12022/11/12ANSYSAUTODYN基础培训二添加标题2-22022/11/12基础培训二•1、Lagrange求解器•2、模型生成•3、Lagrange之间的作用添加标题2-32022/11/12AUTODYN求解器类型LagrangeEulerALES

PHShellBeam添加标题2-42022/11/12拉格朗日求解器•节点与材料一起运动•通常用于固体求解T=0.0T>0.0添加标题2-52022/11/12•在初始计算中，通过对节点速度积分得到新节点位置；•通过新节点的坐标位置，计算新单元密度和单元应变率

。Dt拉格朗日求解器计算周期添加标题2-62022/11/12•通过应变，新的应力可以计算得到；•对于各向同性材料，单元变形能分成两个独立的部分。体积改变形状改变拉格朗日求解器计算周期添加标题2-72022/11/12拉格朗日求解器•体积改变是由球应力

张量引起；•形状改变是由于偏应力张量引起；•球应力由状态方程(EOS)求解；•偏应力是由胡克定律(弹性)和塑性屈服准则(本构关系)求解-即AUTODYN的强度模型；•再加上失效模型就构成了一个完整的材料模型。计算周期添加标题2-82022/11/12•一旦计算单元的内部应变率被决定，每

一个节点的受力能被计算；•在这个阶段，任何从边界条件或者与其它物体作用的外力作为最后的节点力；•知道节点力，可以计算节点加速度；•积分节点加速度可以得到节点新的速度；•完整的一个计算周期，重复这样的周期达到要求的求解时间或循环次数。拉格朗日求解器计算周期添加标题2-92022/11/1

2质量守恒能量守恒状态方程动量守恒积分积分S力S质量初始条件节点位移应变率，密度压力，内能偏应力节点力节点加速度节点速度外力(边界条件和相互作用力)拉格朗日求解器计算周期添加标题2-102022/11/12拉格朗日求解

器低速挤压碰撞添加标题2-112022/11/12拉格朗日求解器•结构求解器(V5和更早版本)；–2D体单元和壳单元–3D体单元、壳单元和杆单元•非结构求解器(V6和以后版本)；–3D体单元、壳单元和杆单元􀁑􀁑•结构和非结构求解器能用在同一个模型中；•非结

构化求解器特点：–求解更快–内存更小–适合更多的单元类型–可以方便地输入非结构网格•结构化网格能被转换成非结构化网格。结构和非结构求解器添加标题2-122022/11/12拉格朗日体单元求解器非结构求解器•单元和面连通性•数据存储满足精确要求结构求解器•基

于IJK空间•单元和面通过IJK空间定义(与数据存储一样)•数据存储直接与单元拓扑相连添加标题2-132022/11/12拉格朗日体单元求解器•8节点精确体积积分；•可选的8节点，近似单点高斯体积积分适合非结构求解器；–FE公式(Hallquist)–对于弯

曲变形，单元精度会有一些损失•使用人工粘性处理冲击问题；•使用沙漏控制保证稳定性；•五面体单元–退化六面体单元；•非结构六面体求解速度约为结构求解的两倍；•非结构求解需要的内存比结构求解少30%。六面体/五面体求解器添加标题

2-142022/11/12拉格朗日体单元求解器比较：内存(Mb)时间(Min)加速比结构4001.741.00非结构(Exact)3400.881.97非结构(Gauss)3400.622.803.2GhzPentiumIVProcessor,Wind

owsXP500,000单元效率内存速度六面体/五面体求解器添加标题2-152022/11/12拉格朗日体单元求解器六面体/五面体求解器结构六面体(IJK)非结构六面体(Exact)添加标题2-162022/11/12拉格朗日体单元求解器六面体

/五面体求解器Structured(IJK)UnstructuredExactUnstructuredGauss添加标题2-172022/11/12拉格朗日体单元求解器头盔碰撞添加标题2-182022/1

1/12拉格朗日体单元求解器结构非结构结构非结构头盔碰撞运行时间结构求解器：443分钟(36284cycles)非结构求解器：265分钟(37013cycles)添加标题2-192022/11/12拉格朗日体单元求解器非结构四面体求解器SCPTetAN

PTetstandardconstantpressureAverageNodalPressure添加标题2-202022/11/12拉格朗日体单元求解器非结构四面体求解器SCPTetANPTet添加标题2-212022/11/12拉格朗日壳单元求解器•2D采

用有限差分方法；•3D采用有限体积方法；•节点轨迹变形；•厚度是一个填充参数；•假设厚度方向为零应变；•时间步长由长/宽决定，不由厚度决定。添加标题2-222022/11/12拉格朗日壳单元求解器•非结构求解比结构求解器更有效•在相同的内存条件下，非结构

求解器存放的数据多于结构求解器四边形单元内存(Mbytes)时间(分钟)加速比结构5903.131.00非结构5951.162.703.2GhzPentiumIVProcessor,WindowsXP添加标题2-232022/11/12拉格朗日壳单元求解器四边形壳单

元结构VS非结构添加标题2-242022/11/12拉格朗日壳单元求解器结构非结构金属成型运行时间(65,000cycles)结构网格(IJK)3,814分钟非结构网格1,722分钟添加标题2-252022/11/12拉格朗日壳单元求解

器非结构主四边形壳单元金属冲压成型添加标题2-262022/11/12拉格朗日壳单元求解器四边形/三角形壳单元非结构(上面)、结构四边形(中间)、结构三角形(底部)位移时间添加标题2-272022/11/12拉格朗日壳单元求解器•用户定义层数；•每一层可以是各向同性

或异性材料；•每一层指定一个厚度。多层复合壳单元外层内层添加标题2-282022/11/12拉格朗日梁单元求解器•2节点的梁单元公式；•允许大的轴向应变。内存(Mbytes)时间(分钟)加速比IJK梁1500.441.00非结构梁1

650.251.763.2GhzPentiumIVProcessor,WindowsXP结构/非结构梁单元求解器效率(100,000梁单元)例子：添加标题2-292022/11/12拉格朗日梁单元求解器梁单元截面形状添加标题2-302022/11/12拉格朗日梁求解器弹簧单元添加标题2-

312022/11/12拉格朗日梁求解器弹簧单元速度与时间曲线添加标题2-322022/11/12拉格朗日梁求解器阻尼单元添加标题2-332022/11/12拉格朗日梁求解器弹簧&阻尼单元联合速度与时间曲线添加标题2-342022/11/12拉格朗日梁单元•单根梁•

多根梁•2D梁构架•3D梁构架梁求解器集合组名(类型，梁号[单元/梁])添加标题2-352022/11/12拉格朗日壳&梁求解器冲击波对结构中的影响添加标题2-362022/11/12拉格朗日求解器(3D)•兼容性：–模型•非结构和结构(IJK)求解器能在一个模型中使用；–接触•在任意非结构/结

构(IJK)之间使用；–连接•在任意非结构/结构(IJK)之间使用；–与3DFCT和多物质欧拉耦合•包括厚度壳单元；–并行•可用于结构求解器和非结构求解器。添加标题2-372022/11/12拉格朗日求解器•优势：–更少的循环计算时间(与Eule

r/SPH比较)；–清晰的材料界面和边界定义；–时间历史信息完整；–强度模型好；–较少的冲击扩散；–代码相对简单。•壳单元优势：–时间步长由单元面积决定，不是单元厚度。•梁单元优势：–时间步长由单元长度决定，不是横截面积。•不足：–单元变形导致时间步长变小；–单元变形导致网格混乱；–特殊的需要碰撞

/滑移界面。添加标题2-382022/11/12基础培训二•1、Lagrange求解器•2、模型生成•3、Lagrange之间的作用添加标题2-392022/11/12模型生成•结构化网格–用(I,J,K)指标空间；–网格在AUTODYN里生成；–通过ICEM-CFD或TrueGrid

输入结构化网格；–完全的Fill使用选项(用材料/初始条件)；–边界条件用指标空间，交互式或者组施加。•非结构化网格–使用单元/节点连通性；–目前，不能在AUTODYN中生成网格；–通过LS-DYNA.k文件和Nastran.dat文件输入非结构网格；–转换结构化网格为非结构化

网格；–有限的使用Fill选项；–边界条件用交互式或者组施加。添加标题2-402022/11/12结构求解器•对于每一个Part，一个结构化网格通过单元、节点和空间位置定义连通性；•网格可以看成两中空间：–指标空间（

I、J、K）–物理空间（X、Y、Z）•指标空间在节点之间定义连通性；•物理空间定义节点的空间坐标；•物理空间通常用来识别；•指标空间用来建立模型。添加标题2-412022/11/12结构求解器•指标空间–在AUTODYN里，每一个结构Part定义一个指标空间(i,j,k)，i,j,k是从1到N

的的整数–指标空间是矩形(2D)或立方体(3D)添加标题2-422022/11/12结构求解器•物理空间–在AUTODYN里，每一个结构Part也定义一个xyz空间，x,y,z是实数–在物理空间里，通常网格有一个形状i=1添加标题2-432022/11/12结构求解器•不用区域–不是所有在指

标空间定义的单元都需要定义物理空间-这就可以实现复杂几何模型划分网格不用的单元连接的节点指标空间物理空间添加标题2-442022/11/12结构求解器•Part向导(predef)允许自动划分预先确定几何的结构化网格：–2DVolume:Box，Quad，Circle，尖顶拱形，菱

形，三角形，楔形–3DVolume:Box,Hex,Cylinder,Sphere,尖顶拱形,Fragments/Bricks–Shells:Plate,Cylinder–Beams:Single,Multiple,2DFrame,3DFrame–网格转换AUTODYN里创建结构化网格输入结构

化网格：–ICEM-CFD–TrueGrid•手工生成结构网格：–点–边–面–体添加标题2-452022/11/12结构求解器生成Part向导三部曲定义几何定义网格填充材料添加标题2-462022/11/12结构求解器Part向导-Box

(2D)添加标题2-472022/11/12结构求解器Part向导-Circle(2D)添加标题2-482022/11/12结构求解器Part向导-2D楔形尖顶拱形四边形菱形三角形添加标题2-492022/11/12结构求解器Part向导-Box(3D)添加标题2-502022/11/

12结构求解器Part向导-Cylinder(3D)添加标题2-512022/11/12结构求解器Part向导-3D球六面体尖顶拱形砖块结构添加标题2-522022/11/12结构求解器•一步步的生成网格：–点–线–面–体–

拉伸手工生成网格添加标题2-532022/11/12结构求解器•生成节点：•节点的I、J和K的值；•节点坐标。手工生成网格添加标题2-542022/11/12结构求解器•生成线条：•I/J/K方向；•几何比例；

•直线或圆弧；•圆弧中心。手工生成网格添加标题2-552022/11/12结构求解器•生成平面：•I/J/K常数；•网格类型。手工生成网格添加标题2-562022/11/12结构求解器手工生成网格•生成体网

格：•生成方向；•网格比例。添加标题2-572022/11/12结构求解器网格过渡添加标题2-582022/11/12结构求解器Part向导-3D圆柱面平面添加标题2-592022/11/12结构求解

器•TrueGrid(XYZScientific)–在TrueGrid生成网格–输出AUTODYN-3D网格数据(.zon)–用“Import,TrueGrid”下拉菜单分别读入Part–能够定义块和壳单元–自动创建和填充多物质Part–输入的体单元能够用于拉格朗日、ALE和Fill求解器输入结

构网格添加标题2-602022/11/12结构求解器•ANSYS,ICEM-CFD–超强的六面体网格生成工具–直接连接CAD•CATIA，Pro/E，SDRCI-DEAS，SolidWorks，UG，……–提供

输入结构网格到AUTODYN•ICEMmultiblockmeshes(.geo文件)•输入过程输入结构网格添加标题2-612022/11/12拉格朗日求解器•除了初始条件，有的问题还需要边界条件。•AUTODYN中边界条件包括：–应力

–速度–力–传输–流动(Euler)•通过定义边界条件，然后通过指标空间施加，对于非结构网格通过Groups来施加。边界条件添加标题2-622022/11/12拉格朗日求解器•对于拉格朗日Part边界上的单元，缺省的边界条件是自由边界(压强=0.0)；•不用的

单元也定义边界条件。拉格朗日边界条件不用单元填充单元缺省边界条件添加标题2-632022/11/12常数t梯形t三角形t指数Pk=Pe-ktt用户子程序EXSTRt拉格朗日Part拉格朗日求解器应力边界条

件(Lagrange/ALE/Shells)添加标题2-642022/11/12拉格朗日求解器•X-Velocity常数；•Y-Velocity分段表示；•Z-Velocity限制在最大和最小之间；通过子程序EXVEL。•R-Velocit

y常数、指定中心或X/Y/Z轴•GeneralVelocity在X、Y、Z(3D)上固定常数和固定绕坐标轴的角速度速度边界条件(Lagrange/ALE/Shells/Beams/SPH)添加标题2-652022/11/12拉格朗日求解器•节点力边界条件：–

常数、分段、子程序EXFOR定义；–X、Y、Z和通常的方向。•单元力/单位长度边界条件：–常数、分段、子程序EXFOR定义；–X、Y、Z和通常的方向。力边界条件(Beams)添加标题2-662022/11/12拉格朗日求解器•传输波通过单元面；•仅仅为正

交分量传输；•可以指定边界的阻抗：•如果设置阻抗为零，使用临近单元的阻抗；•如果边界条件是近似的，不要在关心的区域设置。传输边界条件(Lagrange/ALE/Euler)添加标题2-672022/11/12时间步长控制时间步长的稳定

性0<∆T<∞0<∆T<∆X/CR=C.∆T隐示显示拉格朗日欧拉•其中Δx=单元尺寸，c=声速，v=速度添加标题2-682022/11/12时间步长控制•缺省通常OK；•如果初始步长小于零，时间步长取稳定时间步长的1/2；•如果最小时间步长小于零，时间步长取出是

时间步长的1/10；•对于拉格朗日计算问题，安全系数可以增大到0.9。时间步长选项添加标题2-692022/11/12阻尼选项•人工粘性•沙漏阻尼•静态阻尼添加标题2-702022/11/12阻尼选项•不连续(不稳定)•二次粘性•二次粘性+线性粘性人工粘性的作用

添加标题2-712022/11/12阻尼选项•“沙漏”是一种网格畸变，它引起没有应变或体积没有改变；•四边形(2D)/六边形(3D)使用单点积分产生沙漏；•一个阻尼选项用来抵制这种变形。沙漏阻尼添加标题2-

732022/11/12非结构求解器非结构化网格的单元/节点四面体多数四边形多数六面体添加标题2-742022/11/12非结构求解器•输入选项–LS-DYNA(.k)–MSC.Nastran(.dat)•通过第三

方软件输入：–网格–材料–边界条件–载荷–初始条件•目前不能产生非结构化网格•可以将结构化Parts(IJK)转变成非结构网格模型输入添加标题2-752022/11/12非结构求解器•使用‘Import’下拉菜单输入网格/模型：–ICEM-CFD(ANSYSAI*En

vironment)–TrueGrid–LS-DYNA–MSCNastran•选择‘ConvertIJKPartstoUnstructured’菜单转换拉格朗日、壳和杆结构化Parts成非结构化Parts。网格模型输入添加标题2-762022/11/

12非结构求解器•RetainLS-DYNApartdefinitions–选择该项，LS-DYNAparts/Nastran属性将要被转变成AUTODYNParts–不选择，AUTODYNParts通过连通性创建(如：六面体单元

与四面体单元的连接)•Mergeduplicatematerials–选择该项，使用相同模型和数据的材料将被合并•Checkshellorientation–选择该项，检查所有壳单元外法向方向的一致性(对流固耦合重要)网格模型输入输

入选项-LS-DYNA/MSC-Nastran添加标题2-772022/11/12非结构求解器输入后操作•材料–改变材料名字(选择)–添加材料数据(大多数材料)–可以增加刚性材料约束(如果需要的话)•P

arts、组件、边界条件和初始条件–重新命名(选择)网格模型输入添加标题2-782022/11/12非结构求解器•整个Parts进行的操作–复制–填充–删除–分区，平移非结构Parts操作•测量–单元/节点添加标题2-792022/11/12非结构

求解器•边界条件的施加•在屏幕创建多变形来选择节点，通过此来施加或删除边界条件非结构/结构Parts操作添加标题2-802022/11/12非结构求解器边界条件的施加：通过屏幕选择节点来施加和删除边界条件。非

结构/结构Parts操作添加标题2-812022/11/12非结构求解器•组的选择操作–用户定义节点、单元或面集合–交互式选择•通过多边形选取•通过面选取–施加/清除边界条件•节点边界条件•面边界条件–填充单元组•材料•速

度•初始条件非结构/结构Parts操作添加标题2-822022/11/12非结构求解器求解选项•六面体积分–有限体积公式：精确积分(缺省)–有限元公式：近似单点的高斯积分(快，精度不高)•六面体沙漏控制–AD标准(缺省)•求解速度快，需要内存少；–Flanagan-Belytsch

ko(用于大刚体转动)。•四面体压强积分–SCP(六面体网格为主)–ANP(仅仅四面体网格)添加标题2-832022/11/12非结构求解器_练习拉格朗日(3D非结构)头盔碰撞•输入LS-DYNA网格：–头盔–头–

空心圆柱•头盔用泡沫材料模型添加标题2-842022/11/12基础培训二•1、Lagrange求解器•2、模型生成•3、Lagrange之间的作用添加标题2-852022/11/12拉格朗日-拉格朗日连接

添加标题2-862022/11/12拉格朗日-拉格朗日连接•刚性连接可用于壳单元和梁单元(具有旋转和平动自由度)UYAURAUXAUYBURBUXB销连接UXA=UXBUYA=UYBURA≠URB刚性连接UXA=UXB

UYA=UYBURA=URB•用来指定Part与Part之间的连接方式•缺省方式为刚性连接–连接处节点一致添加标题2-872022/11/12拉格朗日-拉格朗日连接例子梁单元和壳单元连接添加标题2-882022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•用于材料的滑移或分离：–内部

破碎;–大剪切变形;–碰撞面接触;–靶板侵彻;–自身接触.接触作用添加标题2-892022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•间隙的定义–每一个面段被一个接触搜索区域包围•接触搜索区域的半径就叫做间隙尺寸接触逻辑拉格朗日壳单元添加标题2-902022/11/12拉格朗日-拉

格朗日接触•任何进入一个面断的接触搜索区域节点将受到一个反作用力，这个力的大小与该点进入接触搜索区域的深度成比例。3D中的接触搜索区域FRRRRFF添加标题2-912022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触3D中的接触搜索区域(分解图)添加标题2-92

2022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•可见间隙(2D&3D)–作用面必须用间隙尺寸分开可见/内部间隙•内部间隙(仅仅2D–不推荐)–作用面可能处于接触中添加标题2-932022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•外部间隙(2D&3D)–最大间隙尺寸为所

有作用面中最小边的一半•内部间隙(仅仅2D–不推荐)–最大间隙尺寸为所有作用面中最小单元尺寸的一半最大间隙尺寸添加标题2-942022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•如果只用点/面接触，有可能会接触失效；•这是

就需要edge/edge接触；•在Lag/Lag作用菜单上选择；•增加计算时间。Edge/Edge接触添加标题2-952022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触Edge/Edge接触梁壳拉格朗日WhatareEdges?添加标题2-9620

22/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•这个选项用来定义自身接触。•相应会增加计算时间。自身接触•当求解壳单元结构的时候，推荐设置间隙尺寸为壳单元厚度的一半比较好。壳单元添加标题2-972022/11/12侵蚀•通过删除退化单元和严重变形单元，避免拉格朗日网格的重新分区

；•侵蚀单元的内能被丢弃；•侵蚀单元的质量和动量可以被保留，也可以丢弃；•所有的材料模型都能与失效模型结合求解；•侵蚀是一个非物理过程。添加标题2-982022/11/12侵蚀带侵蚀作用Surfacefaces表面节点PartAPartB添加标题2-992022/11/12侵蚀Surfacefa

ces自由节点ErodedErodedPartAPartB表面节点带侵蚀作用添加标题2-1002022/11/12侵蚀侵蚀应变选项GeometricStrain(fromdeformations)EffectivePla

sticStrain-EPS(fromplasticmaterialflow)InstantaneousStrain推荐IncrementalStrain子程序EXEROD用来定义自己的侵蚀准则；对于小侵蚀情况，指定一个大侵

蚀应变，用来仅仅来删除退化单元。添加标题2-1012022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触子弹侵彻双层靶板；侵彻应变为150%；不需要重新划分网格，子弹完全侵彻第一层靶板；使用退化单元侵蚀。侵蚀碰撞

添加标题2-1022022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触长圆杆倾斜碰撞(四面体网格)非结构四面体网格由AI*Environment生成添加标题2-1032022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触子弹

碰撞(六面体/四面体网格)子弹模型用ANP-Tet单元网格，靶板模型用非结构六面体网格添加标题2-1042022/11/12拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触地雷爆炸对钢板的作用添加标题2-1052022/11/12拉格朗日-拉格朗

日带侵蚀接触钢筋混凝土拉格朗日(混凝土)+梁单元(钢筋)添加标题2-1062022/11/12拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触半穿甲弹打击目标添加标题2-1072022/11/12飞机撞世贸大厦(结构模型)拉格朗日-拉格朗日带

侵蚀接触核心由钢筋混凝土墙和钢柱组成到周围总共153根钢柱总共110层(包括屋顶)添加标题2-1082022/11/12飞机撞世贸大厦(飞机模型)拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触燃油450英里/时186吨(90

吨燃油)添加标题2-1092022/11/12飞机撞世贸大厦(碰撞计算)拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触添加标题2-1102022/11/12飞机撞世贸大厦(最后的材料状态)拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触材料失效燃料飞散添加标题2-111202

2/11/12拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触飞机撞世贸大厦(倒塌过程)添加标题2-1122022/11/12拉格朗日-拉格朗日带侵蚀接触对1m厚度防护墙的冲击（墙体完全洞穿）对3m厚度防护墙的冲击（没有穿过墙体）波音747碰撞钢筋混凝土墙添加标题2-1

132022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触拉格朗日作用(2D)铜铝Vx=900m/s传输边界条件添加标题2-1142022/11/12拉格朗日-拉格朗日接触•子弹侵彻–输入子弹的LS-DYNA四面体网格–将

靶板从结构化网格转成非结构网格拉格朗日作用(3D)添加标题2-115你只闻到我的香水，却没看到我的汗水。你否定我的现在，我决定我的未来！你嘲笑我一无所有，不配去爱，我可怜你总是等待。你可以轻视我们的年轻，我们会证明这是谁的时代。梦想是注定孤独的旅行，路上少不了质疑和

嘲笑，但那又怎样？哪怕遍体鳞伤，也要活得漂亮！