LS-DYNA3D理論基礎(chǔ)與實(shí)例分析

前言

　　LS-DYNA3D是功能齊全的幾何非線性（大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)和大應(yīng)變）、材料非線性（140多種材料動(dòng)態(tài)模型）以及摩擦和接觸分離等界面狀態(tài)非線性有限元數(shù)值計(jì)算軟件。它以Lagrange算法為主，兼有ALE和Euler算法；以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結(jié)構(gòu)分析為主，兼有熱分析、流固耦合功能；以非線性動(dòng)力分析為主，兼有靜力分析功能。凡是涉及接觸一碰撞、爆炸、穿甲與侵徹、應(yīng)力波傳播、金屬加工、流固耦合等問(wèn)題，LS-DYNA3D都可以進(jìn)行求解。目前，該軟件在全球擁有1000多家用戶，遍布世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和工業(yè)部門，在航空航天、汽車、國(guó)防、石油、核工業(yè)、電子、船舶、建筑、體育器材等領(lǐng)域中均獲得了廣泛的應(yīng)用。本書共分為10章。第1章和第2章是全書最重要、最基礎(chǔ)的兩章。第l章介紹了LS.DY_NA3D的歷史及與ANSYS軟件的關(guān)系，同時(shí)，介紹了該軟件能做哪些事情，這對(duì)于試圖使用該軟件解決本行業(yè)問(wèn)題的工程師、研究人員有著重要的參考價(jià)值。第2章是本書的入門章節(jié)。如果讀者以前沒(méi)有接觸過(guò)非線性有限元軟件，可以按照提示做完這樣一個(gè)題目——彈性桿的撞擊，同時(shí)對(duì)本題目進(jìn)行反復(fù)研究。第3章為理論基礎(chǔ)，簡(jiǎn)要介紹了彈性靜力學(xué)、彈性動(dòng)力學(xué)、大變形理論、塑性與粘性材料、接觸一碰撞問(wèn)題的基本理論、數(shù)值計(jì)算方法（有限元離散）、求解過(guò)程與關(guān)鍵技術(shù)，以及上述內(nèi)容在Ls.DYNA3D中的具體應(yīng)用形式（理論所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字）。非線性有限元理論的學(xué)習(xí)與掌握是軟件操作者進(jìn)階的必經(jīng)之路。第4章介紹鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋模擬，通過(guò)全面考察有限元模型的單元類型、結(jié)構(gòu)尺寸、材料本構(gòu)、邊界條件等內(nèi)容，分析如何建立一個(gè)優(yōu)秀可信的數(shù)值計(jì)算模型。第5章介紹了爆炸的三種數(shù)值模擬方法。第6章給出了三種用戶材料子程序及其算例驗(yàn)證。用戶材料子程序的使用擴(kuò)展了軟件的使用范圍，使之能夠適應(yīng)科研與工程問(wèn)題中更復(fù)雜的材料本構(gòu)模擬。第7章介紹了剛體一彈性體轉(zhuǎn)換、剛性墻以及接觸實(shí)體等功能。在大規(guī)模計(jì)算問(wèn)題中使用剛體可以適當(dāng)簡(jiǎn)化模型，加快計(jì)算速度。第8章與第9章介紹了一些高級(jí)技術(shù)與高級(jí)應(yīng)用，包括自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、殼一體單元之間的連接、裂紋擴(kuò)展的模擬、沙漏控制、侵徹分析、熱力耦合分析、SPH算法、隱式求解特征值分析、旋壓加工等內(nèi)容。第10章全面介紹了后處理軟件LS.PREPOST’的功能、使用方法與使用技巧。附書光盤中包含了書中全部的實(shí)例源代碼（關(guān)鍵字文件）以及后處理動(dòng)態(tài)結(jié)果（AVI格式），還包含了第10章所有圖的彩圖。限于篇幅，書中有些問(wèn)題沒(méi)有詳盡展開(kāi)，讀者可以閱讀相關(guān)軟件理論手冊(cè)、用戶手冊(cè)與關(guān)鍵字手冊(cè)，這些手冊(cè)在LS’I？C的官方網(wǎng)站（www.1stc.com）上可以付費(fèi)獲得。

內(nèi)容概要

LS-DYNA3D軟件是功能齊全的幾何非線性、材料非線性以及摩擦和接觸分離等界面狀態(tài)非線性有限元數(shù)值計(jì)算程序，是軍用和民用相結(jié)合的通用結(jié)構(gòu)分析非線性有限元程序。    本書通過(guò)實(shí)例詳細(xì)闡述了非線性力學(xué)理論、有限元離散方法及其在LS-DYNA3D軟件中的具體實(shí)現(xiàn)；分析了軟件操作步驟，系統(tǒng)講解了有限元模擬過(guò)程以及相關(guān)注意事項(xiàng)；由淺入深地幫助讀者理解分析非線性有限元的基本思想，積累實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，以便不斷提高分析處理問(wèn)題的能力。    本書可供汽車、航空航天、國(guó)防軍工、巖士工程、土木工程、電子、石油、船舶以及建筑等行業(yè)的科技人員進(jìn)行力學(xué)分析與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)使用，也可以作為大學(xué)本科與研究生學(xué)習(xí)非線性力學(xué)及有限元課程的參考教材。

書籍目錄

第1章 LS-DYNA3D簡(jiǎn)介 1.1 LS-DYNA3D發(fā)展歷程 1.2 LS-DYNA3D能做哪些事情 1.3 LS-DYNA3D的基本概念 1.4 ANSYS與LS—DYNA3D的關(guān)系第2章 彈性桿的撞擊 2.1 概述 2.2 ANSYS建模過(guò)程 2.3 ANSYS源程序分析 2.4 LS-DYNA3D計(jì)算輸入文件分析 2.5 求解 2.6 計(jì)算結(jié)果后處理 2.7 總結(jié)第3章 LS-DYNA3D理論基礎(chǔ) 3.1 概述 3.2 彈性靜力學(xué)基本方程與數(shù)值計(jì)算方法 3.3 彈性動(dòng)力學(xué)基本方程與數(shù)值計(jì)算方法 3.4 大變形動(dòng)力學(xué)基本方程與數(shù)值計(jì)算方法 3.5 材料非線性理論及其數(shù)值計(jì)算方法 3.6 接觸一碰撞的數(shù)值計(jì)算方法 3.7 鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋控制方程與數(shù)值計(jì)算方法 3.8 總結(jié)第4章 鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋 4.1 概述 4.2 ANSYS源程序分析 4.3 LS-DYNA3D關(guān)鍵字文件分析 4.4 求解與后處理 4.5 總結(jié)第5章 爆炸模擬  5.1 概述 5.2 方法1：共用節(jié)點(diǎn)算法模擬爆炸 5.3 方法2：接觸耦合算法模擬爆炸 5.4 方法3：流固耦合算法模擬爆炸 5.5 不同方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比 5.6 幾種被爆炸物本構(gòu)模型第6章 用戶材料子程序 6.1 概述 6.2 子程序的輸入與輸出“變”量 6.3 汁算輸入文件關(guān)鍵字定義 6.4 有限單元的破壞 6.5 用戶材料實(shí)例1：各向同性線彈性材料 6.6 用戶材料實(shí)例2：各向同性強(qiáng)化雙線性彈塑性材料 6.7 用戶材料實(shí)例3：帶失效模式的概率型材料本構(gòu) 6.8 總結(jié)第7章 剛體與剛性墻 7.1 概述 7.2 剛體一彈性體轉(zhuǎn)換 7.3 剛性墻 7.4 接觸實(shí)體 7.5 總結(jié)第8章 高級(jí)應(yīng)用(一) 8.1 概述 8.2 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分 8.3 殼單元與體單元之間的連接 8.4 裂紋擴(kuò)展模擬 8.5 沙漏控制第9章 高級(jí)應(yīng)用(二) 9.1 概述 9.2 侵徹分析 9.3 熱力耦合分析 9.4 SPH方法 9.5 隱式求解特征值分析 9.6 旋壓分析第10章 后置處理軟件LS-PREPOST 10.1 LS-PREPOST簡(jiǎn)介 10.2 下拉菜單 10.3 圖形顯示區(qū)及鼠標(biāo)操作 10.4 圖形控制區(qū) 10.5 命令輸入?yún)^(qū)與操作歷史文本框 10.6 主菜單參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

　　4.5 總結(jié)　　鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，風(fēng)擋材料、結(jié)構(gòu)形式、邊界條件、撞擊點(diǎn)與撞擊速度、角度、鳥(niǎo)體質(zhì)量、接觸剛度甚至環(huán)境溫度、濕度等因素都會(huì)影響風(fēng)擋的響應(yīng)及其強(qiáng)度性能。采用有限元數(shù)值計(jì)算方法可以任意組合各種參數(shù)的變化，觀察各參數(shù)對(duì)風(fēng)擋撞擊過(guò)程的影響?！　∫氲玫揭粋€(gè)可信的數(shù)值模擬結(jié)果，必須對(duì)數(shù)值模擬的全過(guò)程詳細(xì)考察。首先需要考察軟件的計(jì)算能力：在　　第3章中考察了Ls-DYNA3D在結(jié)構(gòu)非線性、材料非線性以及接觸非線性中的算法，本書第2章中考察了LS-DYNA3D求解彈性桿碰撞問(wèn)題時(shí)計(jì)算解與理論解的對(duì)比，上述過(guò)程證明了Ls-DYNA3D的計(jì)算精度與可靠性。其次，我們需要對(duì)鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋模型的各個(gè)部分詳細(xì)考察，包括模型的單元類型、結(jié)構(gòu)尺寸、材料模型、邊界條件等，最后還要通過(guò)與實(shí)際鳥(niǎo)撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，修正模型中部分參數(shù)。　　在本實(shí)例有限元模型中鳥(niǎo)體的結(jié)構(gòu)外形由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不可更改；而風(fēng)擋的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)圖建模，下面考察模型的單元類型以及邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響?！　?.5.1 鳥(niǎo)體單元類型的選擇

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