ANSYS、LS学习笔记

1．绘制等值线

期刊上大都不用彩色，所以打出的云图一片模糊，无法识别，这时候可以选择出等值线图，但是等值线图也是彩色的，如何把它转成黑白的呢？开始是抓图后用Photoshop处理，太麻烦，ansys自己行不行呢？ 方法如下：

1 用命令jpgprf,500,100,1将背景变为白色；

2 plotctrls>device option中，把vector mode改为on,画出等值线图；

3 plotctrls>style>contour>contour labeling, 将key vector mode contour labels设为on every Nth ele,对N输入一个数值，值越大，图中的label越少；

4 plotctrls>style>colors>contour colors,将所有的系列都改为黑色;

5 如果不喜欢ansys给出的MX,MN标志，可以用plotctrls>window controls>window options把它们去掉，将MINM 后的Mix-Min Symbols改为off就可以了。 这时候，一幅清晰的黑白等值线图就出来了。

ansys如何美化你的输出

嗯,先拿个例子,如当你 list nodal solution时,可能会生成如下的结果 NODE UX

1 0.0000 2 -0.650E-02 3 0.52000E-05 4 -0.69579E-05 5 -0.40977E-04 6 -0.10699E-03 7 -0.22181E-03 8 -0.40028E-03 9 -0.65161E-03 10 -0.98022E-03 11 -0.13885E-02 12 -0.156E-02 13 -0.25216E-02 14 -0.32836E-02 15 -0.42876E-02 16 -0.55937E-02 17 -0.66142E-02 18 -0.68794E-02 19 -0.656E-02 20 -0.639E-02 21 -0.3E-02

***** POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 51 TIME= 0.69445E-02 LOAD CASE= 0 THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN GLOBAL

COORDINATES NODE UX 22 -0.636E-02 23 -0.636E-02

是不是感觉21结点之后的信息很烦啊,特别在结点很多的时候,而有时又要把这些结果导入第三方软件,如origin,怎么去除这些消息呢? 输入以下这条命令再LIST试试 /page,99999,132,99999,240 嗯,感觉很不错吧. 好好查查

/page的意思吧。

另外,再告诉大家两个命令, /header,on,on,on,on,on,on /format,7,g,17,9,99999

我给的参数是我比较喜欢的, 可以随便调。

嗯,大家可以好好看看这几个命令,

那么ansys的输出基本上还是可以做到随心所欲的, 建议大家把这几个命令做成一个宏,然后.......... 如何得到径向和周向的计算结果

在圆周对称结构中，如圆环结构承受圆周均布压力。要得到周向及径向位移，可在后处理/POST1中，通过菜单General Postproc>Options for Outp>Rsys>Global cylindric 或命令Rsys,1 将结果坐标系转为极坐标，则X方向位移即为径向位移，Y向位移即为周向位移。 在ANSYS中使用多窗口显示

在ANSYS里如何显示多个窗口，并在各窗口中显示不同的内容？在此，给出一个关于多窗口显示的初步的方法，作为抛砖引玉，为更进一步的探讨提供一个起点。 在ANSYS中进行多窗口显示的其主要步骤可归纳为如下四步。 1 设置窗口个数和窗口位置

(1) 在 Utility Menu中： Plotctrls -> MultiWindow layout 然后出现一个小窗口，内有两个操作：

a. Window Layout - 选择窗口布局。提供了6个选项，代表不同的窗口布局方式，分别为： One window - 一个窗口

Two - 两个窗口（左-右） Two - 两个窗口（上-下） Three <2Top/Bot> - 三个窗口（2上1下） Three - 三个窗口（1上2下） Four <2Top/2Bot> - 四个窗口（2上2下）

b. Display upon OK/Apply? - 在OK/Apply后的显示操作。提供了3个选项： No-re-display - 不重显示 (保持屏幕显示不变) Replot - 重画 (屏幕显示方式不变)

Multi-Plots - 多窗口显示 (根据设置进行多窗口重画) 要注意的是，在这个子菜单所设置的多窗口显示，其窗口个数和位置都是预先设置好的，且最多设置4个窗口。

实际上，在ANSYS中最多可以设置5个窗口，且窗口的位置和大小也是可变的。例如，上

述6个窗口布局中没有三个窗口（1左2右或2左1右）的情况，就可以自己进行设置。为此，需执行如下子菜单：

(2) 在 Utility Menu中： Plotctrls -> Window control 然后出现一个小窗口，内有6个操作： a. Window Layout - 选择窗口布局 b. Window Option - 窗口选项

c. Reset Window Option - 重置窗口选项 d. Window On or Off - 打开或关闭窗口 e. Copy Window Specs - 拷贝窗口特性 f. Delete Window - 删除窗口

其中与多窗口显示有关的部分分别叙述如下：

A. Window Layout - 选择窗口布局，内有两个操作： a. Window Layout - 设置不同窗口的位置、大小。 首先选择窗口号 WN WIndow number， 可以是1-5；

其次对指定窗口选择显示方式 Window geometry，有可选项： Square - 当前图形区中的最大正方形区域 Full - 全屏 Top half - 上半 Bottom half - 下半 Left half - 左半 Roght half - 右半

Top left quarter - 左上1/4 Top Right quarter - 右上1/4 Bottom left quarter - 左下1/4 Bottom Right quarter - 右下1/4

Three <2Top/Bot> - 三个窗口（2上1下） Three - 三个窗口（1上2下） Four <2Top/2Bot> - 四个窗口（2上2下） Picked - 人工点选

b. Replot upon OK/Apply? - 在OK/Apply后的显示操作，提供了2个选项：Do not replot or Replot

B. Window On or Off

将1-5号窗口中你需要显示的窗口设置为 On，不需要显示的窗口设置为Off。 C. Copy Window Specs - 拷贝窗口特性

出现两个小窗口，上面为源窗口 (copy from)，下面为目标窗口 (copy to)，执行该操作后，即将源窗口的设置拷贝到目标窗口中。 D. Delete Window - 删除窗口

被删除的窗口不能再用ON打开，需要时必须重新进行定义。 2 定义模型在各窗口中的显示大小和方位

如果不进行这一步，则除1#窗口外，其他窗口中所显示的模型大小和方位是一样的。 比较正规的方法是通过 Utility Menu 中 Plotctrl 下的 Viewing setting, WIndow option，style, Font controls 等子菜单来设置。可以对不同窗口中所显示的模型的大小、方位、实体颜色、说明文字的格式、位置、字体大小和格式等进行设置，但比较麻烦。

简单一些的做法是通过鼠标或 Pan-Zoom-Rotate 菜单直接在各窗口中对模型进行平移、缩放和旋转。为此，首先在Pan-Zoom-Rotate 菜单最上方的小窗口中选择要进行操作的窗口号

(1-5，或 all)，然后利用鼠标活该菜单的功能将模型调整到需要的大小和方位，至于说明文字的位置、字体等就不另设置了。如果你希望说明文字分别显示在各个窗口中 (特别当个窗口中显示的内容不一样时)，需要到：PlotCtrls -> window controls -> window options 下，将 INFO display of legend 设置为 Multi legend。 3 设置不同窗口中的显示内容

在 Utility Menu中：Plotctrl -〉 Multi-plot control 然后出现一个窗口，上半部用来选择所要设置的窗口的编号 WN，每次可以从1-5号窗口中任意选择一个；下半部选择该窗口的显示类型，有两个选项：实体显示 (Entity plot)和图形显示(Graph plot)，然后点击 Apply or OK，则进入 WN 窗口的设置。根据是实体显示 (Entity plot)还是图形显示(Graph plot)，可显示的内容是不同的。

如果选择实体显示(Entity plot)，将会弹出另一个窗口，它分为两部分，上半部用来选择要显示哪些实体类型 (keypoints,lines,areas,volumns,nodes and elements)，可以任意组合选择或全不选择 (显示结果时)；下半部只有在你调入result之后才会出现，根据计算类型出现所有可以显示的结果组供你选择。

例如，一个静力问题，可显示的结果组有：

no elements – 不显示单元 (也不显示其它结果)； elements - 显示单元 (不显示其它结果)； deformed shape - 变形形状 nodal solution - 节点解 element solution - 单元解 element table - 单元表

LineEle result - 线性单元结果 predefine Vect - 预定义矢量 Usrdefined Vect - 用户定义矢量

每一组中又提供若干选项，为可以显示的具体内容，因具体内容较多，这里不再详述。要说明的是：对每一个窗口只能选择一个具体显示内容，然后和上面选择的实体类型一起显示。 如果选择图形显示(Graph plot)，也会弹出一个窗口，内有5个选项： Matieral Plots - 绘制材料特性曲线 Path Plots - 绘制路径设置

Linearized Stress - 沿路径设置绘制线性化应力 Array Column - 绘制数组参数 Fatigue Stress - 疲劳应力

每一组中又提供若干选项，为可以显示的具体内容，这里不再详述。同样对每一个窗口只能选择一个具体显示内容。

关于梁、壳单元应力结果输出的说明

问题： 怎样显示梁单元径向和轴向的应力分布图（我作的梁单元结果只有变形图DOF SOLUTIN –Translation，但是没有stress等值线图，只有一种颜色）和壳单元厚度方向的应力、变形图（我们只能显示一层应力、变形，不知道是上下表层或中间层的结果）。 解答：

如果想显示梁单元的应力等值线图，请打开实际形状显示功能（PLotCtrl->Style->Size and Shape->/ESHAPE选为ON），然后即可绘制。注意梁单元（如BEAM188，BEAM1）的应力结果是在单元坐标系中显示的，即SXX为轴向正应力，SXY，SXZ为截面剪应力，没有其他应力分量。 另外，缺省情况下，只输出SXX，如果想观察SXY，SXZ，请将BEAM188或1的KEYOPT

（4）选为Include both（以这两个单元为例，其他单元可能不同，请看帮助文件，推荐使用BEAM188，BEAM1，这是功能最强的梁单元）。

至于壳的应力显示也类似，请打开实际形状显示功能，即可如同在实体上一样显示结果，您可以很清楚地看出不同位置、高度的应力值。当然如果你只想画出顶部、中部或底部的应力图也可以，以shell63为例，首先需关闭powergraphics（Toolbar上点POWRGRPH，选择OFF），然后进入General PostProc->Option for outp->SHELL中选择位置即可。

ANSYS/LSDYNA Training Manual摘记

显式与隐式方法对比： 隐式时间积分

——不考虑惯性效应（[C]and[M]）。

——在t＋△t时计算位移和平均加速度：{u}={F}/[K]。 ——线性问题时，无条件稳定，可以用大的时间步。

——非线性问题时，通过一系列线性逼近（Newton－Raphson）来求解；要求转置非线性刚度矩阵[k]；收敛时候需要小的时间步；对于高度非线性问题无法保证收敛。 显式时间积分

——用中心差法在时间t求加速度：{a}=([F(ext)]-[F(int)])/[M]。 ——速度与位移由：{v}={v0}+{a}t,{u}={u0}+{v}t ——新的几何构型由初始构型加上{X}={X0}+{U}

——非线性问题时，块质量矩阵需要简单的转置；方程非耦合，可以直接求解；无须转置刚度矩阵，所有的非线性问题（包括接触）都包含在内力矢量中；内力计算是主要的计算部分；无效收敛检查；保存稳定状态需要小的时间步。 关于文件组织：

jobname.k——lsdyna输入流文件，包括所有的几何，载荷和材料数据 jobname.rst——后处理文件主要用于图形后处理（post1），它包含在相对少的时间步处的结果。

jobname.his——在post26中使用显示时间历程结果，它包含模型中部分与单元集合的结果数据。

时间历程ASCII文件——包含显式分析额外信息，在求解之前需要用户指定要输出的文件，它包括：GLSTAT全局信息，MATSUM材料能量，SPCFORC节点约束反作用力，RCFORC接触面反作用力，RBDOUT刚体数据，NODOUT节点数据，ELOUT单元数据„„ 在显式动力分析中还可以生成下列文件： D3PLOT——类似ansys中jobname.rst

D3THDT——时间历程文件，类似ansys中jobname.his 关于单元：

ANSYS/LSDYNA有7中单元（所有单元均为三维单元）:

LINK160:显式杆单元；BEAM161：显式梁单元；SHELL163：显式薄壳单元；SOLID1：显式块单元；COMBI165：显式弹簧与阻尼单元；MASS166：显式结构质量；LINK167:显式缆单元

显式单元与ansys隐式单元不同：

——每种单元可以用于几乎所有的材料模型。在隐式分析中，不同的单元类型仅仅适用于特定的材料类型。

——每种单元类型有几种不同算法，如果隐式单元有多种算法，则具有多个单元名称。

——所有的显式动力单元具有一个线性位移函数，目前尚没有具有二次位移函数的高阶单元。

——每种显式动力单元缺省为单点积分。

——不具备额外形函数和中间节点的单元以及P单元。 ——单元支持ansys/lsdyna中所有的非线性选项。 简化积分单元的使用：一个简化积分单元是一个使用最少积分点的单元，一个简化积分块单元具有在其中心的一个积分点；一个简化壳单元在面中心具有一个积分点。全积分块与壳单元分别具有8个和4个积分点。

——在显式动力分析中最消耗CPU的一项就是单元处理。

——由于积分点的个数与CPU时间成正比，所有的显式动力单元缺省为简化积分。 ——简化积分单元有两个缺点：出现零能模式（沙漏）；应力结果的精确度与积分点直接相关。

沙漏：一种比结构响应高的多的频率震荡的零能变形模式。它在数学上是稳定的，但在物理上是不可能的状态。它们通常是没有刚度，变形时候呈现锯齿形网格。单点积分单元容易产生零能模式；它的出现会导致结果无效，应尽量避免和减小。如果总的沙漏能大于模型内能的10％，这个分析就有可能是失败的。

避免沙漏的方法：1，避免单点载荷，因为它容易激发沙漏。2，用全积分单元，全积分单元不会出现沙漏，用全积分单元定义模型的一部分或全部可以减少沙漏。3，全局调整模型体积粘性，可以通过使用EDBVIS命令来控制线性和二次系数，从而增大模型的体积粘性。4，全局增加弹性刚度，用命令EDHGLS增加沙漏系数。建议刚度系数不超过0.15。5，局部增加弹性刚度。有时只需要用EDMP，HGLS命令增加某些特定潮流或区域单元的刚度即可达到目的。

使用单元注意：

——避免使用小的单元，以免缩小时间步长。如果要用，则同时使用质量缩放。 ——减少使用三角形/四面体/棱柱单元。

——避免锐角单元与翘曲的壳单元，否则会降低计算精度。 ——需要沙漏控制的地方使用全积分单元，全积分六面体单元可能产生体积锁定（由于泊松比达到0.5）和剪切锁定（例如，简支梁的弯曲）。 关于PART：

一个PART是具有相同的单元类型，实常数和材料号组合的一个单元集。通常，Part是模型中的一个特定部分，在被赋予一个part ID号后，可以用于一些命令中。 一些需要应用part的操作：

——定义和删除两个实体之间的接触（EDCGEN和EDCDELE） ——定义刚体载荷与约束（EDLOAD与EDCRB） ——读取时间历程材料数据（EDREAD） ——向模型的组元施加阻尼（EDDAMP）

使用PART步骤：1，建立模型，直到遇到需要使用PART的命令。2，创建PART列表（EDPART,CREATE）并列出（EDPART,LIST）。3，使用列表中适当的PART号。4，在以后的模型中需要使用PART的命令时，先更新（EDPART,UPDATE）和列表（EDPART,LIST）当前的PART。5，对于所有用到PART号的命令时重复步骤4。 使用PART注意：

——如果使用EDPART，CREATE重复创建PART列表，PART列表被重复覆盖，这有可能对先前定义的一些参考PART命令产生影响（如接触等）。 ——为了避免这种情况，可以使用update更新part列表。

——更新后的part不会改变part顺序，它可以将新产生的单元加到相应的part组中。 ——用EDPART,UPDATE进行part更新。 关于材料模型

相对于隐式分析，ANSYS/LSDYNA提供了implicit中不具备的特性：1，应变率相关塑性模型。2，温度敏感塑性材料。3，应力和应变失效准则模型。4，空材料模型（如应用于鸟撞）。5，状态方程模型。 概述：

——Linear Elastic: isotropic(with Fluid Option),Orthotropic,Anisotropic ——Nonlinear Elastic: Blatz-Ko Rubber,Mooney-Riviln,Viscoelastic ——Plasticity: Rate Independent(3),Rate Sensitive(8) ——Foam: Isotropic,Orthotropic ——Composite Damage ——Concrete

——Equation of State: Temp.&strain rate dependent plasticity,Null materials ——Other: Rigid bodies,Cables,Fluid 线弹性： ——弹性（各向同性）：所有方向材料特性相同。大多数工程金属都是各向同性的（如钢铁）。简单由DENS,EX,NUXY定义。

——正交各向异性：特性具有3各相互垂直的对称面。一般用9各参数和DENS定义。定义需要根据特定的坐标系来定义。

——各向异性：材料中各个点处的特性是的。需要21个参数和DENS定义。 非线弹性：可以经受大的可恢复的弹性变形 ——Blatz-Ko:用于象橡胶一样的可压缩材料。泊松比ansys自动设置为0.463，只需要DENS和GXY。材料响应通过应变能量密度函数确定。

——Mooney Rivlin:用于定义不可压缩橡胶材料。需要输入DENS,NUXY和Mooney-Rivlin常数C10和C01。为了保证不可以压缩行为，NUXY的值设在0.49和0.5之间。材料响应通过应变能量密度函数确定。

——Viscoelastic:定义玻璃类材料。需输入G0,G,K等参数。 塑性：

——有11中塑性模型，模型选择取决于要分析的材料和可以得到的材料参数。要得到好的分析结果，需要使用精确的材料参数。 ——塑性模型可分为3大类

——位于不同的类别内的材料模型之间区别很大，但在一个类别内的材料模型差别不大，通常只是可获得的材料参数不同。

类别1：各向同性材料应变率无关塑性材料模型（3种）a，经典双线性随动硬化（BKIN）。b，经典双线性各向同性硬化（BISO）。c，弹性塑性流体动力（HYDRO）。

——这些模型都用弹性模量（EX）和切线模量(ETAN)来表示材料的应力－应变关系。 ——应变率无关的模型通常用于象板金成型一类的总的成型过程相对长的计算中。 ——所有3个模型可以用于大多数工程金属材料。 ——BKIN与BISO模型之间的唯一区别是硬化假设，随动硬化假定二次屈服在2σy时出现，而等向硬化出现在2σmax。它们输入参数类似：DENS,EX,NUXY,Yield Stress（σy），Tangent Modulus（Etan）

——HYDRO适用于经受大变形乃至失效的材料，如果没有指定有效的真实应力与应变，则认为是等向硬化，需要指定Yield Stress（σy），Tangent Modulus（Etan）。

类别2：各向同性应变率相关塑性模型（5种）。a，塑性随动（plastic kinematic）：带有失效应变的Cowper-Symonds模型。b，率敏感：带有强度和硬化系数的Cowper-SymondS模型。c，分段线性：带有多线性曲线和失效应变的Cowper-Symonds。d，率相关：用载荷曲线和失效应力定义的应变率。e，幂法则：用于超塑性成型的Ramburgh-Osgood模型。 ——模型a－c使用Cowper－Symonds模型在应变率的基础上缩比屈服应力。

——由于弹性模量，屈服应力，切线模量和失效应力都可以作为应变的函数输入，模型2d是最普通的应变率模型。

——模型a－d可以用于一般的金属和各向同性材料塑性成型分析。 ——模型e是专用于超塑性成型的特殊材料模型。 类别3：各向异性应变率相关塑性模型（3种）。 使用材料注意：

——对于每种单元类型，未必能够使用所有的材料模型，因此使用时要参考单元手册来确认可以用哪种模型。

——对于每种材料模型，并非所有的常数与选项都要输入。

——在定义材料属性时，确保使用一致的单位制，不正确的单位制不仅会影响材料的响应，而且会影响接触刚度的计算。

——不要低估准确材料数据对结果的重要性，尽量花费额外的时间与金钱去获得准确的材料数据。

关于边界条件，载荷与刚体 载荷与边界条件概述

——与大多数隐式分析不同，显式分析中所有的载荷都必须作为时间函数施加。因此，在显式分析中只能 通过定义数组参数来施加载荷，一列为时间值，另一列为载荷值。

——耦合（CP）与约束方程命令集（CE）在显式分析中仅对位移和旋转自由度有效，在大变形分析时使用CP和CE要注意。

——初始速度（EDIVELO）与刚体定义（EDMP,RIGID）是显式分析所独有的。

——施加载荷时，如果不定义时间与载荷轴，可以使用预先定义的载荷曲线LCID（via EDCURVE）来定义载荷。

——可以使用SCALE系数对载荷数据进行放缩。 ——定义完载荷曲线后，可以用EDPL画一下确认。 ——可以通过solution>loading options。。得到载荷的参考号。 ——与隐式不同，lsdyna区分零约束与非零约束，所有的非零约束被处理为载荷（EDLOAD）。 ——只有零约束可以使用D命令，因为它被用来固定模型的一部分。

——除了标准的节点约束，可以用EDNROT命令施加旋转节点坐标约束。constrains>apply>rotated nodal

——用EDBOUND命令可以使用滑移和循环对称，能大大减少模型尺寸。

——需要一个无限域时候，为模型规模，可使用非反射边界条件来表示（只能用SOLID1）。非反射边界阻止应力波从模型的边界反射。

——要定义非反射边界时，首先创建物体外表面节点的组元，然后EDNB命令施加非反射边界，可以指定沿着指定的组元是否消除膨胀波与剪切波的反射。solution>constraints>apply>non-refl bndry...

——瞬态动力问题，需要定义初始速度时候，用EDIVELO命令施加旋转与平动速度于节点组元上。注意：在相同节点组元上用EDIVELO命令定义初速度会覆盖以往的定义。 刚体

——定义模型中较硬的部分能够大大减少显式动力分析的计算时间。，所有的刚体将自由度

耦合在质心，因此无论有多少节点，单个刚体PART只有6个自由度。 ——质量，质心和惯性矩由程序根据刚体的体积与单元密度自动计算。 ——作用在刚体上的力与力矩在每个时间步由各节点值相加而成。刚体的运动首先在质心处计算，然后转换到各个节点上。 ——刚体不需要网格连续。

——由于要计算接触刚度，刚体材料参数值要用实际的值。

——由于约束应该施加在刚体的质心，所以输入正确的转动与平动约束值是非常重要。 ——利用EDLOAD给刚体施加位移和速度，但是所有的刚体载荷施加在part号上，而不是节点组元。

——两个刚体可以利用EDCRB合并，使其行为一致。注意不要多次具有相同参考号的EDCRB命令。当合并两个刚体时，从刚体则属于主刚体，任何以后对从刚体的参考都没有意义。

——与ansys隐式不同，不用大的EX值来硬化某一部分，而使之成为刚体。需要输入准确的材料特性来计算接触刚度。

——不能在刚体上的节点处施加约束（D命令）。所有的约束必须施加在刚体的质心。 ——两个刚体不能共节点。但可用EDCRB命令来连接刚体。

——对模型中变形结果不重要的部分使用刚体，从而能够大量地节约CPU时间。 阻尼

——阻尼是在显式动力分析中阻止非真实震荡的方法。

——质量加权（alpha）和刚度加权（beta）阻尼可以用EDDAMP命令施加。

——当part=all或指定了曲线ID时，模型自动使用alpha damping。与质量成比例的阻尼对于低频率十分有效。

——当Curve ID=O并且指定了阻尼常数，beta阻尼被用于特定的part。刚度阻尼对于高频震荡有效。 点焊

——类似于具有旋转惯性的两个节点之间的约束方程。节点之间的连接是无质量和刚性的。节点不能重合，而且不能再有任何其他的约束。

——可以用来模拟联接失效。preprocessor>lsdyna optns>spotwelds 关于接触

——ansys/lsdyna不使用单元定义接触，使用接触面定义。

——有22种的接触类型，为了选择合适的接触类型，往往需要对接触集合和算法有深入的理解。

——接触算法是程序用来处理接触面的方法。有3种：1，singel surface contact.2,nodes to surface contact.3,surface to surface contact

——一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合。有9种：1,general 2,automatic 3,rigid 4,tied 5,tied with failure 6,eroding 7,edge 8,drawbead 9,forming

——单面接触用于当一个物体外表面与自身接触或和另一个物体的外表面接触时使用。是最通用的接触类型。程序会搜索模型中的所有外表面，检查其间是否相互发生穿透。不需要定义接触面与目标面。

——大多数冲击与碰撞问题需要定义单面接触。当接触面之间的穿透超过接触单元厚度40％时，单面接触自动释放接触，对下面问题造成威胁。如：超薄部分，具有低刚度的软体，高速运动物体之间的接触。

——单面接触在ASCII rcforc文件中不记录所有的接触反作用力，如果需要接触反力，可以使用点到面或面到面的接触。

——点面接触发生在一个接触节点碰到目标面时。由于它是非对称的，所有是最快的算法，只考虑冲击目标面的节点。

——对于点面接触，必须指定接触面与目标面的节点组元或PART号。

——当使用点面接触时，注意：平面与凹面为目标面，凸面为接触面。粗网格为目标面，细网格为接触面。对于drawbead接触，压延筋总是节点接触面，工件为目标面。

——当一个面穿透另一个物体的面时，使用面面接触算法。它完全对称，因此接触面与目标面选择时任意的。也是要用节点组元和PART号来定义接触面和目标面的。节点可以从属多个接触面。

——自动接触与普通接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同。普通接触在计算接触力时不考虑壳的厚度。自动接触允许接触出现在壳元的两侧。 ——侵蚀接触时当单元可能失效时候使用。目的是保证在模型外部的单元失效被删除后，剩下的单元依然可以能够考虑接触。

——刚体接触时，接触RNTR和ROTR与NTS和OSTS类似，除了前者是用线性刚度来阻止穿透，后者是采用用户定义的力－变形曲线来阻止穿透。

——变形体与刚体之间的接触必须用automatic或eroding contacts。 ——edge contact用于壳单元的法线与碰撞方向正交时。用EDCGEN，SE自动选择所有的边线。

——固连接触是接触被粘在一起，当网格互相不匹配时使用。经常用于销栓连接。

——drawbead拉延筋接触通常用于板料成型，用于约束板料的运动。在类似冲板的板料成型过程中，通常会出现工件与模具之间失去接触（如起皱）。它允许使用弯曲和摩擦阻力，用于确保工件在整个冲压过程中与压延筋始终保持接触。

——钣金成型类接触中FNTS,FSTS,FOSS是首选类型。对于这些，冲头与模具通常定义为目标面，而工件则定义为接触面。对于这些接触类型中的模具无需网格贯通，因此减小接触定义的复杂性。使用时，模具网格方向必须一致。

接触四步骤：1，选择合适的接触类型。2，标定接触实体（对于单面接触不需要）。3，指定需要的额外参数。4，指定高级接触控制。

——画接触面可以使用接触定义号以及EDPC命令。用EDLIST命令列出接触，然后用接触参考号和EDPC命令画出接触对。 高级接触控制选项：

option1:controlling the contact search method option2:controlling contact depth option3:controlling contact stiffness

option4:contact surface birth and death times(EDCGEN command) option1:控制接触搜索方法 ——两种方法:网格连贯性搜索（default for NTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS）,块方法（default for all other types）

——在网格连贯搜索中，接触算法使用相邻单元共用的节点进行搜索，当一个目标面与一个接触节点脱离接触后，相邻的面被检查。

——mesh connectivity方法非常快，但要求接触面的网格是连续的。

——在bucket sort方法中，由接触面所占据的三维空间被分为许多立方体（buckets）。节点可以接触同一立方体中的任何部分或者相邻的bucket。接触节点可接触在相同的bucket中或相邻的bucket中接触任何目标面的部分。 ——bucket sort算法功能十分强大，但是在某种程度上比mesh connectivity tracking要慢，尤其对于大的模型。

option2：控制接触搜索深度

——对于STS,NTS和OSTS的普通选项，ansys/lsdyna假定搜索的接触深度为10的10次方，当接触点穿过目标面时，就会产生一个与接触深度成比例的接触力。 ——当模型的组件处于连续的相对运动时由于产生假接触，从而带来不稳定，如果接触深度很大，伪接触力会呈现无穷大。如果节点出现（滑到）在目标面的后面，它会很快滑到物体外的空间中。

——为了控制接触深度，使用EDCONTACT命令中的PENCHK。GUI:preprocessor>lsdyna options>contact>andvanced controls option3：控制接触刚度

——由于penalty method用来计算接触力。在penalty method中，F=Kδ。k－接触界面刚度。δ－界面穿透量。理想的情况下，在接触过程中两个面之间应该没有穿透，这意味着接触面刚度k＝∞，导致数值不稳定。ansys/lsdyna在材料参数基础上自动计算接触刚度和接触段的大小，由此提供的界面刚度一般会得到理想的接触效果。

——接触刚度通过一个比例因子SFSI进行改变，从而调整K。SFSI的缺省值为0.1，为提高接触刚度，可以增加SFSI。但是同时应该防止收敛的不稳定。建议SFSI不超过1.0。 ——在缺省接触刚度时，ansys/lsdyna使用材料参数和接触面与目标面的单元尺寸。 ——如果模型的接触面之间的材料属性相差太大（如钢撞击泡沫），或单元尺寸相差太大，会产生不稳定性或非真实的响应。 此时，程序会自动调整到比较相近。 option4：接触面生死时间 ——在指定有效时间内，定义的接触面处于有效状态，直到失效时间，它的生死由EDCGEN命令中的BTIME和DTIME进行控制。 使用接触注意：

——接触面之间的初始穿透不允许。如果程序检查到面之间有初始穿透，将自动将重合部分从接触面中移走。

——要使用真实的材料参数与壳单元厚度。材料参数和接触面的几何尺寸用来确定K ——不要在相同的PARTS之间定义多个接触。

——如果事先不知道具体接触情况，可以使用单面接触。 ——在求解之前列出定义的接触面，从而确保正确定义。

——如果一个分析在开始运行后很快发散，下面的ASCII输出文件可以用来检查是否是接触出现了问题。GLSTAT：总能量分布。MATSUM：PARTID对应的能量。SLEOUT：接触能量输出。

模态分析

模态分析主要用于确定结构或机器部件的振动特性，同时也是其他动力学分析的基础，如谐响应分析、瞬态动力学分析及谱分析等。模态分析主要包括以下4个步骤： >建立模型 >加载及求解 >扩展模态 >观察结果

下面进行详细阐述. 1.建立模型

模态分析的建模过程与其他分析的建模过程相类似，但在模态分析建模应注意以下两个问

题：

1) 模态分析属于线性分析，即在模态分析过程中只有线性行为是有效的，如果在分析中指定了非线性单元，程序在计算过程中将忽略非线性行为，并将该单元作为非线性单元处理。例如，如果分析中包含接触单元，则刚度矩阵在分析过程中处于初始状态并保持不变。 2) 在模态分析中，材料的性质可以是线性的、非线性的、恒定的或与温度相关的。在分析中必须指定弹性模量EX和密度DENS，但非线性将忽略。 2.加载并求解 (1)进入求解器

(2)指定分析类型和分析选项

> New Analysis[ANTYPE]:选择新的分析选项

> Analysis Type:Modal[ANTYPE]:用此选项指定分析类型为模态分析。 > Mode Extraction Method[MODOPT]:可以选择不同的模态提取方法 。

> Number of Modes to Extract[MODOPT]:该选项对除Reduced法以外的所有模态提取方法都是必须设置的。

> Number of Modes to Expand[MXPAND]:此选项只在采用Reduced法，Unsymmetric法和Damped法时要求设置。但如果想得到单元的求解结果，则不论采用何种模态提取方法都需打开“Calculate elem results”项。

> Mass Matrix Formulation[LUMPM]:使用该选项可以选定采用缺省的质量矩阵形成方式（和单元类型有关）或者几种质量阵进死方式。我们建议在大多情况下应采用缺省形成方式。但对有些包含“薄膜”结构的问题，如细长量或非常薄的壳，采用几种质量矩阵近似经常产生较好的结果。另外，采用几种质量阵求解时间短，需要内存少。

> prestress Effects Calculation[PSTRES]:选用该选项可以计算有预应力结构的模态。缺省的分析过程不包括预应力，即结构是出于预应力状态。

其他模态分析选项：完成了模态分析选项对话框中的选项后，单击ok按钮。一个相应于指定的模态提取的对话框将会出现。

(3)定义自由度。只有采用模态提取法时要求做。 (4)在模型上加载荷在典型的模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束（如果在某个DOF处指定了一个非零位移约束，程序将以零位移约束替代该DOF处的位置）。可以施加出位移约束之外的其他载荷，但他们将被忽略。在未加约束的方向上，程序将解算缸体运动（零频）以及高频（非零频）自由体模态。载荷可以加在实体模型（点，线，面）上或加在有限元模型（点和单元）上。

说明：其他类型的载荷（力，压力，温度，加速度等）可以在模态分析中指定，但模态提取时将被忽略。程序会计算出相应于所有载荷的载荷向量，并将这些向量写到振型文件Jobname.Mode中以便在模态叠加法谐响应分析或瞬态分析中使用。在分析过程中，可以增加，删除载荷或进行载荷列表，载荷间运算。

(5)指定载荷步选项：时模态分析中可用的载荷步选项如下所示： 模态提取法时有效（在其他模态提取法中阻尼将被忽略）。如果包含阻尼，且采用模态提取法，则计算的特征值时复数解。 (6)存储文件

(7)开始求解计算。 (8)退出求解器 3.扩展模态

从严格意义上来说，“扩展”这个词意味着将减缩解扩展到完整的dof集上。“缩减解”常用主dof表达。而在模态分析中，我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说，

“扩展模态”不仅适用于reduced模态提取方法得到的减缩振型，而且也适用于其他模态提取方法得到的完整振型。因此，如果想在后处理器中查看振型，必须先扩展之（也就是将振型写入结果文件）。

几个施力小技巧

施加函数变化的表面载荷

首先选定所要施加函数变化表面载荷的表面上的节点，利用ANSYS的参数数组和嵌入函数知识写一简单的命令流，定义好相应节点位置的面载荷值，然后通过在节点上施加面载荷来完成。

下面以在一圆柱表面施加函数变化载荷为例： /prep7 et,1,45

cyl4,,,0.5,,,,3 vsweep,all

asel,s,loc,y,0.01,1 nsla

*get,nmax,node,,num,max, *get,nmin,node,,num,min, *afun,deg

*dim,t1,array,nmax,1,1, csys,1

*do,k,nmin,nmax *if,nsel(k),eq,1,then t1(k)=1000*sin(ny(k)) *else t1(k)=0 *endif *enddo

sffun,pres,t1(1) sf,all,pres,0

给面施加一个非零的法向位移约束

给面施加非零的法向位移约束的过程如下:

1) 在面上施加一个对称约束条件 (DA,2,SYMM)

2) 将实体模型上的载荷传递到有限元模型 (SBCTRAN) 3) 选择需要施加约束条件的面(ASEL,S,,,2) 4) 选择附在面上的节点 (NSLA,S,1)

5) 创建节点组元 (CM,AREA2_N,NODE)

6) 删除面上的对称约束条件 (DADELE,2,SYMM) 7) 删除节点上的零位移约束(DDELE,AREA2_N,UY)

8) 在节点组元上施加一个非零的法向位移约束(D,AREA2_N,UY,.05) 9) 图示节点验证约束是否正确 (NPLOT) 任意面施加任意方向任意变化的压力 在某些特殊的应用场合，可能需要在结构件的某个面上施加某个坐标方向的随坐标位置变化

的压力载荷，当然，这在一定程度上可以通过ANSYS表面效应单元实现。如果利用ANSYS的参数化设计语言，也可以非常完美地实现此功能，下面通过一个小例子描述此方法。 !在执行如下加载命令之前,请务必用选择命令asel将需要加载的几何面选择出来 finish /prep7

et,500,shell63 press=100e6 amesh,all esla,s nsla,s,1

! 如果载荷的反向是一个特殊坐标系的方向,可在此建立局部坐标系,并将所有节点坐标系旋转到局部坐标系下.

*get,enmax,elem,,num,max dofsel,s,fx,fy,fz

fcum,add !将力的施加方式设置为\"累加\而不是缺省的\"替代\" *do,i,1,enmax

*if,esel(i),eq,1,then

*get,ae,elem,i,area !此命令用单元真实面积，如用投影面积，请用下几条命令

! *get,ae,elem,i,aproj,x !此命令用单元X投影面积，如用真实面积，请用上一条命令 ! *get,ae,elem,i,aproj,y !此命令用单元Y投影面积 ! *get,ae,elem,i,aproj,z !此命令用单元Z投影面积 xe=centrx(i) !单元中心X坐标(用于求解压力值) ye=centry(i) !单元中心Y坐标(用于求解压力值) ze=centrz(i) !单元中心Z坐标(用于求解压力值)

! 下面输入压力随坐标变化的公式,本例的压力随X和Y坐标线性变化. p_e=(xe-10)*press+(ye-5)*press f_tot=p_e*ae esel,s,elem,,i nsle,s,corner

*get,nn,node,,count f_n=f_tot/nn *do,j,1,nn

f,nelem(i,j),fx,f_n !压力的作用方向为X方向 ! f,nelem(i,j),fy,f_n !压力的作用方向为Y方向 ! f,nelem(i,j),fz,f_n !压力的作用方向为Z方向 *enddo *endif esla,s *enddo aclear,all

fcum,repl !!!将力的施加方式还原为缺省的\"替代\" dofsel,all allsel

如何正确理解ANSYS的节点坐标系

节点坐标系用以确定节点的每个自由度的方向，每个节点都有其自己的坐标系， 在缺省状态下，不管用户在什么坐标系下建立的有限元模型，节点坐标系都是与总体笛卡尔坐标系平行。节点力和节点边界条件（约束）指的是节点坐标系的方向。时间历程后处理器 /POST26 中的结果数据是在节点坐标系下表达的。而通用后处理器/POST1中的结果是按结果坐标系进行表达的。

例如: 模型中任意位置的一个圆，要施加径向约束。首先需要在圆的中心创建一个柱坐标系并分配一个坐标系号码(例如CS,11)。这个局部坐标系现在成为激活的坐标系。然后选择圆上的所有节点。通过使用 \"Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS\选择节点的节点坐标系的朝向将沿着激活坐标系的方向。未选择节点保持不变。节点坐标系的显示通过菜单路径Pltctrls>Symbols>Nodal CS。这些节点坐标系的X方向现在沿径向。约束这些选择节点的X方向，就是施加的径向约束。

注意：节点坐标系总是笛卡尔坐标系。可以将节点坐标系旋转到一个局部柱坐标下。这种情况下，节点坐标系的X方向指向径向，Y方向是周向（theta)。可是当施加theta方向非零位移时，ANSYS总是定义它为一个笛卡尔Y位移而不是一个转动（Y位移不是theta位移）。 有限元分析中的很多相关量都是在节点坐标系下解释的，这些量包括： 输入数据： 1 自由度常数 2 力

3 主自由度 4 耦合节点 5 约束方程等 输出数据：

1 节点自由度结果 2 节点载荷 3 反作用载荷等

但实际情况是，在很多分析中，自由度的方向并不总是与总体笛卡尔坐标系平行，比如有时需要用柱坐标系、有时需要用球坐标系等等，这些情况下，可以利用ANSYS的“旋转节点坐标系”的功能来实现节点坐标系的变化，使其变换到我们需要的坐标系下。具体操作可参见ANSYS联机帮助手册中的“分析过程指导手册->建模与分网指南->坐标系->节点坐标系”中说明的步骤实现。 附：ANSYS坐标系总结 工作平面（Working Plane）

工作平面是创建几何模型的参考(X,Y)平面，在前处理器中用来建模(几何和网格) 总体坐标系

在每开始进行一个新的ANSYS分析时，已经有三个坐标系预先定义了。它们位于模型的总体原点。三种类型为: CS,0: 总体笛卡尔坐标系 CS,1: 总体柱坐标系 CS,2: 总体球坐标系

数据库中节点坐标总是以总体笛卡尔坐标系，无论节点是在什么坐标系中创建的。 局部坐标系

局部坐标系是用户定义的坐标系。局部坐标系可以通过菜单路径Workplane>Local CS>Create

LC来创建。

激活的坐标系是分析中特定时间的参考系。缺省为总体笛卡尔坐标系。当创建了一个新的坐标系时，新坐标系变为激活坐标系。这表明后面的激活坐标系的命令。菜单中激活坐标系的路径 Workplane>Change active CS to>。 节点坐标系

每一个节点都有一个附着的坐标系。节点坐标系缺省总是笛卡尔坐标系并与总体笛卡尔坐标系平行。节点力和节点边界条件（约束）指的是节点坐标系的方向。时间历程后处理器 /POST26 中的结果数据是在节点坐标系下表达的。而通用后处理器/POST1中的结果是按结果坐标系进行表达的。

例如: 模型中任意位置的一个圆，要施加径向约束。首先需要在圆的中心创建一个柱坐标系并分配一个坐标系号码(例如CS,11)。这个局部坐标系现在成为激活的坐标系。然后选择圆上的所有节点。通过使用 \"Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS\选择节点的节点坐标系的朝向将沿着激活坐标系的方向。未选择节点保持不变。节点坐标系的显示通过菜单路径Pltctrls>Symbols>Nodal CS。这些节点坐标系的X方向现在沿径向。约束这些选择节点的X方向，就是施加的径向约束。

注意：节点坐标系总是笛卡尔坐标系。可以将节点坐标系旋转到一个局部柱坐标下。这种情况下，节点坐标系的X方向指向径向，Y方向是周向（theta)。可是当施加theta方向非零位移时，ANSYS总是定义它为一个笛卡尔Y位移而不是一个转动（Y位移不是theta位移）。 单元坐标系

单元坐标系确定材料属性的方向（例如，复合材料的铺层方向）。对后处理也是很有用的，诸如提取梁和壳单元的膜力。单元坐标系的朝向在单元类型的描述中可以找到。 结果坐标系

/Post1通用后处理器中 (位移, 应力，支座反力）在结果坐标系中报告，缺省平行于总体笛卡尔坐标系。这意味着缺省情况位移，应力和支座反力按照总体笛卡尔在坐标系表达。无论节点和单元坐标系如何设定。要恢复径向和环向应力，结果坐标系必须旋转到适当的坐标系下。这可以通过菜单路径Post1>Options for output实现。 /POST26时间历程后处理器中的结果总是以节点坐标系表达。 显示坐标系

显示坐标系对列表圆柱和球节点坐标非常有用(例如, 径向，周向坐标)。建议不要激活这个坐标系进行显示。屏幕上的坐标系是笛卡尔坐标系。显示坐标系为柱坐标系，圆弧将显示为直线。这可能引起混乱。因此在以非笛卡尔坐标系列表节点坐标之后将显示坐标系恢复到总体笛卡尔坐标系。

ANSYS的几种动画模式

Q: ANSYS中有好几种动画模式，但并非同时可用。那么有哪几种类型，何时可用呢？ A: ANSYS中有四种动画模式：Bitmap，AVI，Display List，Pixmap。该种模式是否可用取决于运行环境是UINX还是PC,以及是使用二维还是三维显示设备。可以通过选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Device Options(或键入适当的命令)来制作动画。下面是该命令选项的小结：

二维显示设备的PC： Bitmap（命令－/device,anim,bmp） AVI（命令－/device,anim,avi）

三维显示设备的PC： Bitmap（命令－/dv3d,anim,1） AVI（命令－/dv3d,anim,2）

Display List（命令－/dv3d,anim,0）

二维显示设备的UNIX：Pixmap（缺省，无相应命令） 三维显示设备的UNIX：Pixmap（命令－/dv3d,anim,1） Display List（命令－/dv3d,anim,0） Q: 这些动画模式的区别是什么？

A: Display List选项（三维设备可用）与其他方式的不同在于：

Display List允许在播放动画的过程中对模型进行动态操作（如放大缩小等），而其它模式不能；

播放器不同：Bitmap，Display List，Pixmap动画模式在ANSYS图形窗口进行播放，可以通过ANSYS动画控制器面板控制动画；AVI（只在PC上）用WINDOWS媒体播放器播放。 需注意在ANSYS5.5中缺省的动画模式为AVI，播放器为媒体播放器。而在ANSYS5.6中二维设备的缺省动画模式为Bitmap，三维设备的缺省动画模式为Display List，动画在ANSYS图形窗口播放。

Q: 如何存储在ANSYS中创建的动画？

A: 对于PC环境，Bitmap或AVI模式的动画会自动存储为jobname.avi（jobname是你指定的分析名称）。Display List动画在PC上不会自动存储，必须通过菜单Utility Menu> PlotCtrls >Animate>Save Animation指定存储，典型格式为jobname.anim。 对于UNIX环境，Pixmap及Display List都只能按ANSYS指定的格式进行存储，方法同上。 Q: A用Bitmap模式存储的.avi文件与用AVI模式存储的.avi文件有何不同？

A: Bitmap模式的文件比AVI模式的文件要小，因为采用Bitmap模式存储的 .avi文件不包括回放的画面，它在ANSYS动画控制器中播放，可以向前或向后显示。而WINDOWS媒体播放器没有forward/backward选项，回放的画面必须包括在AVI动画文件中，因此文件较大。

Q: UNIX上制作的动画能否在PC上播放？

A: 可以。可以使用ANSYS ANIMATE程序（ANIMATE.exe）在PC上播放.anim或.avi文件。还可以将.anim文件转变为.avi文件。所有的ANSYS产品都提供 ANIMATE程序，该程序位于ANSYS安装盘的根目录中。

Q: ANIMATE是否能读入所有的动画文件？

A: 不能。ANIMATE程序接受UNIX上的Pixmap

如何提取模态质量

模态分析过程中打开振型型则化开关(MODOPT命令的Nrmkey设置为ON)，ANSYS程序将自动将每阶模态的最大位移单位化，就可以提取模态质量。计算方法如下： 1、利用SSUM对ETABLE 动能数据求和获得结构总动能； 2、利用结构总动能得到m。

下面是《ANSYS Verification Manual》中VM.DAT稍加修改后提取模态质量的例子： /PREP7

/TITLE, VM, NATURAL FREQUENCIES OF A TWO-MASS-SPRING SYSTEM

C*** VIBRATION THEORY AND APPLICATIONS, THOMSON, 2ND PRINTING, PAGE 163,EX 6.2-2

ET,1,COMBIN14,,,2 ET,2,MASS21,,,4

R,1,200 ! SPRING CONSTANT = 200

R,2,800 ! SPRING CONSTANT = 800 R,3,.5 ! MASS = .5 R,4,1 ! MASS = 1 N,1 N,4,1 FILL

E,1,2 ! SPRING ELEMENT (TYPE,1) AND K = 200 (REAL,1) TYPE,2 REAL,3

E,2 ! MASS ELEMENT (TYPE,2) AND MASS = .5 (REAL,3) TYPE,1 REAL,2

E,2,3 ! SPRING ELEMENT (TYPE,1) AND K = 800 (REAL,2) TYPE,2 REAL,4

E,3 ! MASS ELEMENT (TYPE,2) AND MASS = 1 (REAL,4) TYPE,1 REAL,1

E,3,4 ! SPRING ELEMENT (TYPE,1) AND K = 200 (REAL,1) M,2,UX,3

OUTPR,BASIC,1 D,1,UY,,,4 D,1,UX,,,4,3 FINISH /SOLU

ANTYPE,MODAL

MODOPT,subspa,2,,,2,ON MXPAND,2,,,YES SOLVE FINISH /post1 set,1,1

etabl,kene,kene ssum

*get,keneval1,ssum,,item,kene *get,freqval1,mode,1,freq

eigen1=(2*3.14159*freqval1)**2 pmass1=2*keneval1/eigen1 set,1,2

etabl,kene,kene ssum

*get,keneval2,ssum,,item,kene *get,freqval2,mode,2,freq

eigen2=(2*3.14159*freqval2)**2

pmass2=2*keneval2/eigen2 finish

耦合及约束方程讲座之一 耦合

当需要迫使两个或多个自由度取得相同（但未知）值，可以将这些自由度耦合在一起。耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个其它自由度。 典型的耦合自由度应用包括： ?模型部分包含对称；

?在两重复节点间形成销钉、铰链、万向节和滑动连接； ?迫使模型的一部分表现为刚体。 如何生成耦合自由度集

1.在给定节点处生成并修改耦合自由度集 命令：CP

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs

在生成一个耦合节点集之后，通过执行一个另外的耦合操作（保证用相同的参考编号集）将更多节点加到耦合集中来。也可用选择逻辑来耦合所选节点的相应自由度。用CP命令输入负的节点号来删除耦合集中的节点。要修改一耦合自由度集（即增、删节点或改变自由度标记）可用CPNGEN命令。（不能由GUI直接得到CPNBGEN命令）。 2.耦合重合节点。

CPINTF命令通过在每对重合节点上定义自由度标记生成一耦合集而实现对模型中重合节点的耦合。此操作对“扣紧”几对节点（诸如一条缝处）尤为有用。 命令：CPINTF

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Coincident Nodes

3.除耦合重复节点外，还可用下列替换方法迫使节点有相同的表现方式：

o如果对重复节点所有自由度都要进行耦合，常用NUMMRG命令（GUI：Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items）合并节点。

o可用EINTF命令（GUI：Main Menu> Preprocessor>Create> Elements >At Coincid Nd）通在重复节点对之间生成2节点单元来连接它们。

o用CEINTF命令（GUI：Main Menu>Preprocessor> Coupling/Ceqn >Adjacent Regions）将两个有不相似网格模式的区域连接起来。这项操作使一个区域的选定节点与另一个区域的选定单元连接起来生成约束方程。 生成更多的耦合集

一旦有了一个或多个耦合集，可用这些方法生成另外的耦合集：

1.用下列方法以相同的节点号但与已有模式集不同的自由度标记生成新的耦合集。 命令：CPLGEN

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same Nodes

2.用下列方法生成与已有耦合集不同（均匀增加的）节点编号但有相同的自由度标记的新的耦合集：

命令：CPSGEN

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Gen w/Same DOF 使用耦合注意事项

1.每个耦合的节点都在节点坐标系下进行耦合操作。通常应当保持节点坐标系的一致性。 2.自由度是在一个集内耦合而不是集之间的耦合。不允许一个自由度出现在多于一个耦合集

中。

3.由D或共它约束命令指定的自由度值不能包括在耦合集中。

4.在减缩自由度分析中，如果主自由度要从耦合自由度集中选取，只有主节点的自由度才能被指定为主自由度。

5.在结构分析中，耦合自由度以生成一刚体区域有时会引起明显的平衡破坏。不重复的或不与耦合位移

耦合及约束方程讲座之二.约束方程

约束方程提供了比耦合更通用的联系自由度的方法。有如下形式：

这里U（I）是自由度，N是方程中项的编号。 如何生成约束方程 1.直接生成约束方程 直接生成约束方程： 命令：CE

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn

下面为一个典型的约束方程应用的例子，力矩的传递是由BEAM3单元与PLANE42单元（PLANE42单元无平面转动自由度）的连接来完成的：

图12-1建立旋转和平移自由度的关系

如果不用约束方程则节点2处表现为一个铰链。下述方法可在梁和平面应力单元之间传递力矩，自由度之间满足下面的约束方程： ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10 0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2 相应的ANSYS命令为：

CE,1,0,3,UY,1,1,UY,-1,2,ROTZ,-10 修改约束方程

在PREP7或SOLUTION中修改约束方程中的常数项： 命令：CECMOD

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Modify ConstrEqn Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>Modify ConstrEqn Main Menu>Solution>Other>Modify ConstrEqn

如果要修改约束方程中的其它项，必须在求解前在PREP7中用使CE命令（或相应GUI途径）。

2.自动生成约束方程 生成刚性区域

CERIG命令通过写约束方程定义一个刚性区域。通过连接一主节点到许多从节点来定义刚性区。（此操作中的主自由度与减缩自由度分析的主自由度是不同的） 命令：CERIG

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Rigid Region 将CERIG命令的Ldof设置为ALL（缺省），此操作将为每对二维空间的约束节点生成三个方程。这三个方程在总体笛卡尔空间确定三个刚体运动（UX、UY、ROTZ）。为在二维模型上生成一个刚性区域，必须保证X─Y平面为刚性平面，并且在每个约束节点有UX、UY和ROTZ三个自由度。类似地，此操作也可在三维空间为每对约束节点生成六个方程，在每个约束节点上必须有（UX、UY、UZ、ROTX、ROY和ROTZ）六个自由度。

输入其它标记的Ldof域将有不同的作用。如果此区域设置为UXYZ，程序在二维（X，Y）空间将写两个约束方程，而在三维空间（X、Y、Z）将写三个约束方程。这些方程将写成从节点的平移自由度和主节点的平移和转动自由度。类似地，RXYZ标记允许生成忽略从节点的平移自由度的部分方程。其它标记的Ldof将生成其它类型的约束方程。

总之，从节点只需要由Ldof标记的自由度，但主节点必须有所有的平移和转动自由度（即二维的UX、UY和ROTZ；三维的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）。对由没有转动自由度单元组成的模型，应当考虑增加一个虚拟的梁单元以在主节点上提供旋转自由度。 将疏密不同的已划分网格区域连在一起

可将一个区域（网格较密）的已选节点与另一个区域（网格较稀）的已选单元用CEINTF命令（菜单途径Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Adjacent Regions）连起来生成约束方程。

这项操作将不相容网格形式的区域“系”在一起。在两区域的交界处，从网格稠密的区域选择节点A，从网格粗糙区域选择单元B，用区域B单元的形函数，在相关的区域A和B界面的节点处写约束方程。ANSYS允许这些节点位置使用两公差准则。节点在单元之外超过第一公差就认为节点不在界面上。节点贴近单元表面的距离小于第二公差则将节点移到表面上，见下图。

对CEINTF命令有些：应力或热通量可能会不连续地穿过界面。界面区域的节点不能指定位移。可用每节点有六个自由度的单元接合6自由度实体。 从已有约束方程集生成约束方程集

可用CESGEN命令从已有约束方程集生成约束方程。那么已有约束方程集内的节点编号将增加以生成另外的约束方程集。另外约束方程集的标记和系数保持与原集的一致。 命令：CESGEN

GUI: Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn >Gen w/same DOF 使用约束方程的注意事项

?所有的约束方程都以小转动理论为基础。因此，它应用在大转动分析中〔NLGEOM〕应当在约束方程所包含的自由度方向无重大变化的情况。 ?约束方程的出现将产生不可预料的反力和节点力结果。

?由于相邻区域网格疏密不同，边界上的相容性仍然存在。但是当网格越密，这种不相容的危害就越小。

ANSYS 查询函数（Inquiry Function）

在ANSYS操作过程或条件语句中，常常需要知道有关模型的许多参数值，如选择集中的单

元数、节点数，最大节点号等。此时，一般可通过*GET命令来获得这些参数。现在，对于此类问题，我们有了一个更为方便的选择，那就是查询函数 — Inquiry Function。 Inquiry Function类似于ANSYS的 *GET 命令，它访问ANSYS数据库并返回要查询的数值，方便后续使用。ANSYS每执行一次查询函数，便查询一次数据库，并用查询值替代该查询函数。

假如你想获得当前所选择的单元数，并把它作为*DO循环的上界。传统的方法是使用*GET命令来获得所选择的单元数并把它赋给一个变量，则此变量可以作为*DO循环的上界来确定循环的次数

*get, ELMAX,elem,,count *do, I, 1, ELMAX „ „ *enddo

现在你可以使用查询函数来完成这件事，把查询函数直接放在*DO循环内，它就可以提供所选择的单元数

*do, I, ELMIQR(0,13) „ „ *enddo

这里的ELMIQR并不是一个数组，而是一个查询函数，它返回的是现在所选择的单元数。括弧内的数是用来确定查询函数的返回值的。第一个数是用来标识你所想查询的特定实体（如单元、节点、线、面号等等），括弧内的第二个数是用来确定查询函数返回值的类型的（如选择状态、实体数量等）。

同本例一样，通常查询函数有两个变量，但也有一些查询函数只有一个变量，而有的却有三个变量。

查询函数的种类和数量很多，下面是一些常用、方便而快速快捷的查询函数 1 AREA—arinqr(areaid,key)

areaid—查询的面，对于key=12,13,14可取为0； key—标识关于areaidr的返回信息 =1， 选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数 =-1，材料号 =-2，单元类型 =-3，实常数 =-4，节点数 =-6，单元数 „

arinqr(areaid,key)的返回值 对于key=1

=0, areaid未定义 =-1，areaid未被选择 =1， areaid被选择

„

2 KEYPOINTS—kpinqr(kpid,key)

kpid—查询的关键点，对于key=12,13,14为0 key —标识关于kpid的返回信息 =1，选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数目 =-1，数料号 =-2，单元类型 =-3，实常数

=-4，节点数，如果已分网 =-7，单元数，如果已分网 kpinqr(kpid,key)的返回值 对于key=1 =-1,未选择 =0，未定义 =1， 选择

3 LINE—lsinqr(lsid,key)

lsid—查询的线段，对于key=12,13,14为0 key—标识关于lsid的返回信息 =1， 选择状态 =2, 长度

=12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数 =-1，材料号 =-2，单元类型 =-3，实常数 =-4，节点数 =-6，单元数 „

4 NODE—ndinqr(node,key)

node—节点号，对于key=12,13,14为0 key—标识关于node的返回信息 =1， 选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数 =-2，超单元标记 =-3，主自由度 =-4，激活的自由度 =-5，附着的实体模型 ndinqr(node,key)的返回值

对于key=1 =-1,未选择 =0，未定义 =1， 选择

5 VOLUMES—vlinqr(vnmi,key)

vnmi—查询的体，对于key=12,13,14为0 key—标识关于vnmi的返回信息 =1，选择状态 =12，定义的数目 =13，选择的数目 =14，定义的最大数目 =-1，数料号 =-2，单元类型 =-3，实常数 =-4，节点数 =-6，单元数 =-8，单元形状 =-9，中节点单元 =-10，单元坐标系

vlinqr(vnmi,key)的返回值 对于key=1 =-1,未选择 =0，未定义 =1， 选择

如何定制Beam188/1单元的用户化截面

ANSYS提供了几种通用截面供用户选用，但有时不能满足用户的特殊需求。为此，ANSYS提供了用户创建截面（库）的方法。如果你需要创建一个非通用横截面，必须创建一个用户网格文件。具体方法是，首先创建一个2-D实体模型，然后利用SECWRITE命令将其保存(Main Menu>Preprocessor>Sections> -Beam-Write Sec Mesh)。 该过程的细节如下：

1.创建截面的几何模型（二维面模型）。

2.对所有线设置单元份数或者单元最大尺寸 (Main Menu>Preprocessor> -Meshing-Size Cntrls>-Lines-Picked Lines或使用MeshTool)。记住：保证模型中的区格（cell）数目不能超过250个。

3.选择菜单Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Write Sec Mesh，弹出一个拾取窗口，单击Pick All拾取包含区格的所有面。

4.ANSYS自动在所有面上创建区格。在划分网格时，ANSYS可能显示单元形状差的消息，也可以被忽略不显示，但是总能看到一条消息“Unable to mesh area....”。如果已经完成上述工作，你清除所有面上的单元(Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Clear> Areas)，并重复第2、3、4步，即必须重新控制网格密度。

5.如果第4步成功则弹出Write Section Library File对话框，File Name域填入一个未用过SECT文件名，Drives域指定一个截面文件存放驱动器，Directories域指定一个截面文件存

放目录，然后单击按钮OK，完成用户截面文件建立。如果在第3步中给线指定太多单元份数，区格和节点的数目可能超过范围，必须清除所有面上的单元2~4步，直到获得合适数量的区格和节点。

一旦完成上述工作，用户可以在以后分析中读取用户网格文件 (Main Menu > Preprocessor > Sections > -Beam-Read Sect Mesh)，定义成适当的截面ID号，就与通用梁完全一致。要想检查用户截面，只要绘制截面（网格）图（Main Menu>Preprocessor>Sections>Plot Section）或者列表截面属性（Main Menu>Preprocessor>Sections>List Sections）。

接触分析

接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。

接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。 一般的接触分类

接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，半柔体─柔体的接触，在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。 ANSYS接触能力

ANSYS支持三种接触方式：点─点，点─面，平面─面，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。

为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于ANSTS使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。 点─点接触单元

点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）

如果两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─面的接触问题的典型例子。 点─面接触单元

点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。 如果通过一组结点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面的接触单元来模拟面─面的接触问题，面即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的一个典型例子是插头到插座里。

使用这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格，并且允许有大的变形和大的相对滑动。

Contact48和Contact49都是点─面的接触单元，Contact26用来模拟柔性点─刚性面的接触，对有不连续的刚性面的问题，不推荐采用Contact26因为可能导致接触的丢失，在这种情况下，Contact48通过使用伪单元算法能提供较好的建模能力。 面─面的接触单元

ANSYS支持刚体─柔体的面─面的接触单元，刚性面被当作“目标”面，分别用Targe169和Targe170来模拟2─D和3—D的“目标”面，柔性体的表面被当作“接触”面，用Conta171,Conta172,Conta173,Conta174来模拟。一个目标单元和一个接单元叫作一个“接触对”程序通过一个共享的实常号来识别“接触对”，为了建立一个“接触对”给目标单元和接触单元指定相同的实常的号。

与点─面接触单元相比，面─面接触单元有好几项优点， ·支持低阶和高阶单元

·支持有大滑动和摩擦的大变形，协调刚度阵计算，单元提法不对称刚度阵 的选项。 ·提供工程目的采用的更好的接触结果，例如法向压力和摩擦应力。 ·没有刚体表面形状的，刚体表面的光滑性不是必须允许有自然的或网格离散引起的表面不连续。

·与点─面接触单元比，需要较多的接触单元，因而造成需要较小的磁盘空间和CPU时间。 ·允许多种建模控制 ·绑定接触 ·渐变初始渗透

·目标面自动移动到补始接触

·平移接触面（老虎梁和单元的厚度） ·支持死活单元

使用这些单元，能模拟直线（面）和曲线（面），通常用简单的几何形状例如圆、抛物线、球、圆锥、圆柱采模拟曲面，更复杂的刚体形状能使用特殊的前处理技巧来建模。 执行接触分析

不同的接触分析类型有不同的过程，下面分别讨论 面─面的接触分析

在涉及到两个边界的接触问题中，很自然把一个边界作为“目标”面而把另一个作为“接触”面，对刚体─柔体的接触，“目标”面总是刚性的，“接触”面总是柔性面，这两个面合起来叫作“接触对”使用Targe169和Conta171或Conta172来定义2-D接触对，使用Targe170和Conta173或Conta174来定义3-D接触对，程序通过相同的实常收号来识别“接触对”。 接触分析的步骤：

执行一个典型的面─面接触分析的基本步骤列示如下： 1． 建立模型，并划分网格 2． 识别接触对 3． 定义刚性目标面 4． 定义柔性接触面

5． 设置单元关键字和实常的 6． 定义／控制刚性目标面的运动 7． 给定必须的边界条件 8． 定义求解选项和载荷步 9． 求解接触问题 10．查看结果

Lagrange、Euler、ALE三种方法的简单介绍

ALE、Lagrange、Euler是数值模拟中处理连续体的广泛应用的三种方法 Lagrange方法多用于固体结构的应力应变分析，这种方法以物质坐标为基础，其所描述的网格单元将以类似“雕刻”的方式划分在用于分析的结构上，即是说采用Lagrange方法描述的网格和分析的结构是一体的，有限元节点即为物质点。采用这种方法时，分析结构的形状的变化和有限单元网格的变化完全是一致的（因为有限元节点就为物质点），物质不会在单元与单元之间发生流动。这种方法主要的优点是能够非常精确的描述结构边界的运动，但当处理大变形问题时，由于算法本身特点的，将会出现严重的网格畸变现象，因此不利于计算的进行。

Euler方法以空间坐标为基础，使用这种方法划分的网格和所分析的物质结构是相互的，网格在整个分析过程中始终保持最初的空间位置不动，有限元节点即为空间点，其所在空间的位置在整个分析过程始终是不变的。很显然由于算法自身的特点，网格的大小形状和空间位置不变，因此在整个数值模拟过程中，各个迭代过程中计算数值的精度是不变的。但这种方法在物质边界的捕捉上是困难的。多用于流体的分析中。使用这种方法时网格与网格之间物质是可以流动的。

ALE方法最初出现于数值模拟流体动力学问题的有限差分方法中。这种方法兼具Lagrange方法和Euler方法二者的特长，即首先在结构边界运动的处理上它引进了Larange方法的特点，因此能够有效的跟踪物质结构边界的运动；其次在内部网格的划分上，它吸收了Euler的长处，即是使内部网格单元于物质实体而存在，但它又不完全和Euler网格相同，网格可以根据定义的参数在求解过程中适当调整位置，使得网格不致出现严重的畸变。这种方法在分析大变形问题时是非常有利的。使用这种方法时网格与网格之间物质也是可以流动的

利用ansys/ls-dyna仿真计算

ansys/ls-dyna的前后处理器是ansys/pre-post,求解器ls-dyna，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。ls-dyna在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（lawrence livermore national laboratory）j.o.hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。ls-dyna的源程序曾在北约的局域网pubic domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。从理论和算法而言，ls-dyna是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。 1988年，j.o.hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（livermore software technology corporation），ls-dyna开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。1996年功能强大的ansys前后处理器与ls-dyna合作，命名为ansys/ls-dyna，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。 ansys/ls-dyna的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。 ansys/ls-dyna强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。 下面仅就ls-dyna在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明： 1. 冲压

薄板冲压过程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和压料板）的共同作用下，板料发生大变形，板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功，而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。由此可见，对于成形过程的模拟，软件的接触（contact）算法的理论和精度决定程序的可靠性，除此之外，由于板料的位移和变形很大，用来模拟板料的单元类型应满足这一要求。进行一定的假设：模具为刚体，模具的运动可直接作为冲压系统的位移边界条件。将冲压过程的物理模型转化为力学模型，即动量方程、边界条件、初始条件。可描述为：在给定的模具位移条件下，求得板料的位移函数，并在任意时刻同时满足动量方程、边界条件和初始条件。这已经是一般性的力学问题，可采用有限元的方法进行求解。 ls-dyna在分析冲压时模具定义为刚体，因此板料和模具都应用壳单元进行离散。ls-dyna的单元都采用lagrange增量方法进行描述。其壳单元算法共有16种，可用于板成形分析使用的单元有11中，可分类为四节点和三节点单元；单点积分、多点积分单元和缩减积分（select-reduced）单元。单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动。使用单点积分的求解速度很快，一般都可得到可靠的结果。当单元的翘曲和弯曲变形较大时，可通过增加沿壳厚度方向的积分点数目保证精度。用于板料成形的材料模式是各种弹塑性材料，可考虑各向异性、强化特征。强化类型包括指数强化、随动强化、等向强化、混合强化以及应变率对材料强化的影响。应变率的影响归结为两种方式，1.采用cowper-symonds模型；2.以表格方式给定任意应变率下的应力-应变曲线。部分材料模式引用hill或barlat的各向异性屈服假设，并假定壳单元的平面应力状态，因此几乎专用于板成形模拟。并且还能够通过给定材料的fld（flow limit dia.）判断板料在拉延过程中局部开裂现象。 ls-dyna目前的接触类型有30余种，适于板成形分析的有12种，都采用罚函数方法（penalty），在接触计算过程中考虑壳单元厚度及其变化。值得说明的是：1.拉延筋与板料接触（contact-drawbead），可认为是非线性弹簧算法，需给定单位长度拉延筋的对板料的阻力变化曲线。2.ls-dyna 新增加三种接触类型（forming类型接触）专用于板成形模拟，这些接触类型降低了对模具网格的连续性要求，并且计算速度更快。 ls-dyna进行板成形分析时可选择使用3d adaptive mesh功能，可在计算过程中对板料网格进行局部加密，网格加密的准则可选择为：1.板厚变化；2.曲率变化；3.单步长接触穿透深度值。 2. 锻压

锻压过程是金属体积成形过程，与板成形相比，其物理描述和力学模型中相同，但单元、材料、模具定义不同。在锻压过程中往往考虑模具的变形，单元采用实体单元，材料在多数情况下经历较大的温度变化，为热塑性材料。ls-dyna的实体单元可分为三大类：1.结构单元；2.ale单元（包括euler流体单元）；3.声单元。进行锻压分析时要采用结构实体单元，这些单元可分为单点积分、多点积分和缩减积分（select-reduced）单元；节点带旋转自由度（nodal rotations）和不带旋转自由度单元。单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动，并在应力更新中采用jaumann应力率，避免因刚体运动产生应力。在剪切变形较大时，可选择使用green-naphdi应力率。变形结构单元为8节点6面体，可退化为6节点5面体或4节点4面体。 ls-dyna的热塑性材料通过列表给定不同温度下的材料性质，例如常用的一种各向同性热塑性材料可将整个温度范围分成7段，每个温度段内可定义不同弹性模量、泊松比、屈服应力、硬化模量、热膨胀系数等参数，这种材料采用线性硬化模式。材料的热性能（比热、导热系数等）可为各向同性或各向异性。 在ls-dyna中结构材料和热材料的定义是分开的，并且在接触传热分析中定义相关热接触界面，因此可进行结构和热场的耦合分析。 在多数锻压分析中，随着金属件成形过程的继续，初始网格的变形逐渐加大，将导致单元精度降低甚至发生畸变，因此必须使用网格重新划分功能（remeshing）。网格重划分包括以下几个步骤：1.检查网格的变形程度，若超过规定的变形度停止计算，保存结果；2.检查需要改变位置的节点，调整节点位置，保证材料边界不变，材料内部节点可自由移动。

3.将保存的结果映射到新的网格上。4.重新对网格初始化并进行计算。ls-dyna对于二维与三维网格，皆提供重划分网格的功能。另外，ls-dyna早已采用一种更为先进的网格ale，即任意拉格朗日-欧拉网格。ale网格进行rezoning的目的和过程与remeshing基本相同，但两者的网格描述存在本质差异（后者是拉格朗日网格）。ale结合拉格朗日和欧拉网格各自的优点，已广泛用于结构材料的极度变形。有关ale的技术在下面详细说明。 3．浇注

前面已经提到，结构单元运动描述采用lagrange方法，这是因为lagrange描述中始终以初始构形为求解的参考构形，由材料点（material point，在total lagrange中是初始构形的x0 ，在updated lagrange描述中参考构形是上一个积分步的构形，即x n-1）来确定动量方程、运动-应变关系、应变-应力关系。由此可见，任一单元的积分点在整个过程当中可以保持不变，即为同一材料点，这对于求解历史相关的变形问题是极为重要的，因为对于固体结构材料而言，正是如此。对流体介质，ls-dyna采用euler描述，即以当前构形（通常记为spatial point x），来确定动量方程、变形-应变关系、应变-应力关系，因此不同时步单元积分点不是相同的材料点，即物质可以在euler网格间输运，由物质的运动导致压力和能量在euler区传播。 lagrange和euler 是对物质运动的两种表述，这两种方法本质上是一样的，但由于采用的自变量（其自变量分别为x，t和x,t）不同，各自具备特点。在形式上，前者的网格节点与材料点在物质运动过程中一一对应；而后者节点不动，材料点在euler网格中移动。在前者，任意材料点的历程都可以得到，在后者，只能得到t时刻euler节点处材料点的特性，在下一时刻是另外一个材料点的特性，而处于此节点处的材料从何处来到那里去难以确定。此外，在物理描述上，lagrange和euler在确定动量方程、质量方程、和能量方程时存在较大的不同，通常euler方程采用保守形式，而lagrange方程往往应用工程假设采用简化格式，这一点在质量方程的表达上尤为明显。 总之，lagrange和 euler是对连续介质运动的两种描述，由于参考构形的选择不同（或者说是观测者位置不同），导致对物质运动的观测和描述的侧重点存在差异。 ale方法最早是由noh(19)以耦合欧拉-拉格朗日的术语提出的，至80年代末90年代初才形成成熟理论并在少数分析程序中出现。在ale描述中，网格点可以随物质点一起运动，但也可以在空间中固定不动，甚至网格点可以在一个方向上固定，而在另一个方向上随物体一起运动。ale中，有限单元的剖分是对参考构形进行的，网格点就是参考点，网格是于物体和空间运动的，亦即参考构形是已知的，初始构形和现时构形是待求解的。 由于任意拉格朗日-欧拉(ale)方法综合了纯拉格朗日和纯欧拉描述的优点，克服了各自的缺点，成为目前非线性连续介质力学中大变形分析的十分先进有效的方法。早在91年，dyna程序中就成功地引入ale算法，在流体动力学、流体-结构相互作用、加工成型、碰撞、爆炸冲击、接触等大变形问题中得到了广泛的应用，如海啸、坝的决口、容器中流体的大幅度晃动和液体泄露、液体中高压气泡的扩展、水下爆炸、超高速碰撞、成型装药、鸟撞飞机、锻压等等。 ansys/ls-dyna的算法除拉格朗日和ale外，还包括欧拉和多物质流体求解。欧拉构形主要有三种：一阶精度的donor cell；二阶精度的van leer；二阶精度的van leer +half index shift。多物质流体的单元构形主要有二种：流体+空材料和全空材料；多种材料的混合单元(压力平衡)。 这些模型都可以和通用的固体结构单元如solid、shell、brick和beam等单元自动耦合，不需要滑移界面。同时，此类求解器的加入，使ansys/ls-dyna具有了可压缩流体流动分析的能力，可求解如自由界面流动、波浪破碎、任意管道流动、流体混合、复合材料等的注塑成型、金属构件浇注成型、高速高压气体注入等复杂的流体和流体-结构耦合问题。 ls-dyna在进行浇注模拟时，模具的空腔定义为euler区，并将其材料定义成空（void）或任何物质（如空气），浇口处单元定义为euler源（euler ambient），即物质由此进入euler区，物质运动的动力是压力和（或）重力。 ls-dyna的流体介质定义为流体动力材料，其性质主要包括密度和粘性，单元的压力以及可压缩性由附带的状态方程决定（状态方程即压力方程，

其自变量包括密度、温度、内能）。 随着物质由浇口流入euler区，空腔和浇口的压力差逐渐降低，最终达到平衡，模拟即可终止。 在浇注分析中可考虑热扩散，ls-dyna中可方便施加温度边界条件和热生成。 总之，ls-dyna时间积分器采用中心差分格式，对未知量显式求解。由于质量矩阵进行对角化处理，可进一步加快求解速度。例如一般的冲压、锻压、铸造等问题合理控制有限元规模，在pc机上运行5-20小时能得到理想结果，这样的效率是其它程序难以相比的。

ansys复杂几何模型网格划分技术

众所周知，对于有限元分析来说，网格划分是其中最关键的一个步骤，网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。在ANSYS中，大家知道，网格划分有三个步骤：定义单元属性（包括实常数）、在几何模型上定义网格属性、划分网格。在这里，我们仅对网格划分这个步骤所涉及到的一些问题，尤其是与复杂模型相关的一些问题作简要阐述。 一、 自由网格划分

自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它在面上（平面、曲面）可以自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。通常情况下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技术（SMARTSIZE命令）来自动控制网格的大小和疏密分布，也可进行人工设置网格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及选择分网算法等（MOPT命令）。对于复杂几何模型而言，这种分网方法省时省力，但缺点是单元数量通常会很大，计算效率降低。同时，由于这种方法对于三维复杂模型只能生成四面体单元，为了获得较好的计算精度，建议采用二次四面体单元（92号单元）。如果选用的是六面体单元，则此方法自动将六面体单元退化为阶次一致的四面体单元，因此，最好不要选用线性的六面体单元（没有中间节点，比如45号单元），因为该单元退化后为线性的四面体单元，具有过刚的刚度，计算精度较差；如果选用二次的六面体单元（比如95号单元），由于其是退化形式，节点数与其六面体原型单元一致，只是有多个节点在同一位置而已，因此，可以利用TCHG命令将模型中的退化形式的四面体单元变化为非退化的四面体单元，减少每个单元的节点数量，提高求解效率。在有些情况下，必须要用六面体单元的退化形式来进行自由网格划分，比如，在进行混合网格划分（后面详述）时，只有用六面体单元才能形成金字塔过渡单元。对于计算流体力学和考虑集肤效应的电磁场分析而言，自由网格划分中的层网格功能（由LESIZE命令的LAYER1和LAYER2域控制）是非常有用的。 二、 映射网格划分

映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，其原始概念是：对于面，只能是四边形面，网格划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形；对于体，只能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致；形成的单元全部为六面体。在ANSYS中，这些条件有了很大的放宽，包括：

1 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。对于四边以上的多边形，必须用LCCAT命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划分而言，仍然是三角形或四边形；或者用AMAP命令定义3到4个顶点（程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条）来进行映射划分。 2 面上对边的网格划分数可以不同，但有一些条件。 3 面上可以形成全三角形的映射网格。

4 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以上的多面体，必须用ACCAT命令将某些面联成一个面，以使得对于网格划分而言，仍然是四、五或六面体。 5 体上对应线和面的网格划分数可以不同，但有一些条件。

对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用ANSYS布尔运算功能，将其切割成一系列

四、五或六面体，然后对这些切割好的体进行映射网格划分。当然，这种纯粹的映射划分方式比较烦琐，需要的时间和精力较多。 面的三角形映射网格划分往往可以为体的自由网格划分服务，以使体的自由网格划分满足一些特定的要求，比如：体的某个狭长面的短边方向上要求一定要有一定层数的单元、某些位置的节点必须在一条直线上、等等。这种在进行体网格划分前在其面上先划分网格的方式对很多复杂模型可以进行良好的控制，但别忘了在体网格划分完毕后清除面网格（也可用专门用于辅助网格划分的虚拟单元类型－MESH200－来划分面网格，之后不用清除）。 三、 拖拉、扫略网格划分

对于由面经过拖拉、旋转、偏移（VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令）等方式生成的复杂三维实体而言，可先在原始面上生成壳（或MESH200）单元形式的面网格，然后在生成体的同时自动形成三维实体网格；对于已经形成好了的三维复杂实体，如果其在某个方向上的拓扑形式始终保持一致，则可用（人工或全自动）扫略网格划分（VSWEEP命令）功能来划分网格；这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。通常，采用扫略方式形成网格是一种非常好的方式，对于复杂几何实体，经过一些简单的切分处理，就可以自动形成规整的六面体网格，它比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性。 四、 混合网格划分

混合网格划分即在几何模型上，根据各部位的特点，分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式，以形成综合效果尽量好的有限元模型。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。通常，为了提高计算精度和减少计算时间，应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格，这种网格既可以是线性的（无中节点）、也可以是二次的（有中节点），如果无合适的区域，应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域（尤其是对所关心的区域或部位）；其次，对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域，采用带中节点的六面体单元进行自由分网（自动退化成适合于自由划分形式的单元），此时，在该区域与已进行扫略或映射网格划分的区域的交界面上，会自动形成金字塔过渡单元（无中节点的六面体单元没有金字塔退化形式）。ANSYS中的这种金字塔过渡单元具有很大的灵活性：如果其邻接的六面体单元无中节点，则在金字塔单元四边形面的四条单元边上，自动取消中间节点，以保证网格的协调性。同时，应采用前面描述的TCHG命令来将退化形式的四面体单元自动转换成非退化的四面体单元，提高求解效率。如果对整个分析模型的计算精度要求不高、或对进行自由网格划分区域的计算精度要求不高，则可在自由网格划分区采用无中节点的六面体单元来分网（自动退化成无中节点的四面体单元），此时，虽然在六面体单元划分区和四面体单元划分区之间无金字塔过渡单元，但如果六面体单元区的单元也无中节点，则由于都是线性单元，亦可保证单元的协调性。 五、 利用自由度耦合和约束方程 对于某些形式的复杂几何模型，可以利用ANSYS的约束方程和自由度耦合功能来促成划分出优良的网格并降低计算规模。比如，利用CEINTF命令可以将相邻的体在进行的网格划分（通常是采用映射或扫略方式）后再\"粘结\"起来，由于各个体之间在几何上没有联系，因此不用费劲地考虑相互之间网格的影响，所以可以自由地采用多种手段划分出良好的网格，而体之间的网格\"粘结\"是通过形函数差值来进行自由度耦合的，因此连接位置处的位移连续性可以得到绝对保证，如果非常关注连接处的应力，可以如下面所述再在该局部位置建立子区模型予以分析。再如，对于循环对称模型（如旋转机械等），可仅建立一个扇区作为分析模型，利用CPCYC命令可自动对扇区的两个切面上的所有对应节点建立自由度耦合条件（用MSHCOPY命令可非常方便地在两个切面上生成对应网格）。 六、 利用子区模型等其它手段

子区模型是一种先总体、后局部的分析技术（也称为切割边界条件方法），对于只关心局部

区域准确结果的复杂几何模型，可采用此手段，以尽量小的工作量来获得想要的结果。其过程是：先建立总体分析模型，并忽略模型中的一系列细小的特征，如导角、开孔、开槽等（因为根据圣维南原理，模型的局部细小改动并不特别影响模型总的分析结果），同时在该大模型上划分较粗的网格（计算和建模的工作量都很小），施加载荷并完成分析；其次，（在与总体模型相同的坐标系下）建立局部模型，此时将前面忽略的细小特征加上，并划分精细网格（模型的切割边界应离关心的区域尽量远），用CBDOF等系列命令自动将前面总体模型的计算结果插值作为该细模型的边界条件，进行求解计算。该方法的另外好处是：可以在小模型的基础上优化（或任意改变）所关心的细小特征，如改变圆角半径、缝的宽度等；总体模型和局部模型可以采用不同的单元类型，比如，总体模型采用板壳单元，局部模型采用实体单元等。

子结构（也称超单元）也是一种解决大型问题的有效手段，并且在ANSYS中，超单元可以用于诸如各种非线性以及装配件之间的接触分析等，有效地降低大型模型的求解规模。 巧妙地利用结构的对称性对实际工作也大有帮助，对于常规的结构和载荷都是轴对称或平面对称的问题，毫无疑问应该利用其对称性，对于一些特殊情况，也可以加以利用，比如：如果结构轴对称而载荷非轴对称，则可用ANSYS专门用于处理此类问题的25、83和61号单元；对于由多个部件构成装配件，如果其每个零件都满足平面对称性，但各对称平面又不是同一个的情况下，则可用多个对称面来处理模型（或至少可用此方法来减少建模工作量：各零件只需处理一半的模型然后拷贝或映射即可生成总体模型）。

总之，对于复杂几何模型，综合运用多种手段建立起高质量、高计算效率的有限元模型是极其重要的一个步骤，这里介绍的注意事项仅仅是很少一部分，用户自己通过许多工程问题的不断摸索、总结和验证才是最能保证有效而高效地处理复杂模型的手段。

应力刚化和几何刚度

一、应力刚化

ANSYS程序通过生成和使用一个称作“应力刚化矩阵”的辅助刚度矩阵来考虑应力刚化效应。

在大变形分析中何时使用应力刚化：

1、对于大多数实体单元，应力刚化的效应是与问题相关的；在大变形分析中的应用可能提高也可能降低收敛性。在大多数情况下，应该首先尝试一个应力刚化效应OFF的分析，如果遇到收敛困难时，则尝试打开应力刚化。

2、应力刚化不适应于包含由于状态改变、刚度上经历突然的不连续变化的非线性单元的结构。对于这样的结构，当应力刚化效应打开时，结构刚度上的不连续性很容易导致求解的“胀破”

3、对于梁和壳元，在大挠度分析中通常应该使用应力刚化。实际上，在应用这些单元进行非线性屈曲和后屈曲分析时，只有打开应力刚化才能得到精确的解。但当应用杆、梁或者壳单元来模拟刚性连杆、耦合端或者结构刚度的大变化时，不应该使用应力刚化效应。 4、无论何时使用应力刚化，务必定义一系列实际的单元实常数。使用不是人为的放大和缩小的实常数将影响对单元内部应力的计算，且将相应地降低那个单元的应力刚化效应，结果将是降低解的精度。 二、几何刚度

几何刚度矩阵表示结构在变形状态下的刚度变化，与施加的荷载有直接的关系。任意构件受到压力时，刚度有减小的倾向；反之，受到拉力时，刚度有增大的倾向。考虑几何非线性的大变形结构分析，屈曲分析等都要考虑几何刚度矩阵。例如求临界荷载P（特征值）的屈曲

分析平衡方程：([K0]+P*[Kg])*{U}={0}? ? [K0] ： 结构的弹性刚度矩阵 ? ? [Kg] ： 结构的几何刚度矩阵

要使{U}有非0解，{U}的系数行列式为0，即|[K]+P*[Kg]|＝0 几何刚度矩阵又称为初应力刚度矩阵，与Ansys中称之为应力硬化的现象有关。对于梁杆体系而言，应力硬化实际上就是P-Δ效应。

应力硬化具体可参见ANSYS, Inc. Theory Reference中的3.3. Stress Stiffening。这里简述如下：应力硬化(亦称为几何硬化、增量硬化、初应力硬化和微分硬化)，是由于结构的应力状态引起结构的强化或者软化。通常存在于弯曲刚度相对轴向刚度很小的薄结构，如索、膜、梁、壳等。该效应亦可能是由大应变或者大变形引起。几何刚阵是通过前一个平衡迭代的应力状态来计算的，因此至少要迭代2次。 从上可知，引起应力硬化的情况都要考虑几何刚度，如小变形条件下的P-Δ效应等。大变形情况下一般要考虑几何刚度，当然也不是必须的，Ansys中大变形打开(NLGEOM,ON)时，同时会打开应力硬化(SSTIF,ON)，但用户也可以选择关闭。 应力硬化理论假定单元的转动和应变是微小的，在某些结构的系统中，硬化应力仅可以通过进行大绕度分析得到。有些系统中，也可以采用小绕度或线性理论得到。如果采用小绕度或线性理论则必须在第一个载荷步中使用命令SSTIF ON。ANSYS程序通过生成和使用一个称作“应力硬化矩阵”的辅助刚度矩阵来考虑应力硬化效应。尽管刚度矩阵是使用线性理论得到的，但由于应力或应力矩阵在每次迭代之间是变化的，因此它仍旧是非线性的。在ANSYS程序的大应变和大绕度处理中，一般都考虑到初始应力效应的影响，将其作为大应变和大绕度理论的一个子集。对于许多实体单元和壳单元来说，当大变形效应被激活时，程序将自动包括初始硬化效应。在大变形分析中应力硬化效应的加入，是通过把应力刚度矩阵加到主刚度矩阵上以在具有大应变或大绕度性能的多数单元中产生一个“近似”的协调切向刚度矩阵。

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