LS-DYNA单元就是用于进行显式动力学分析的单元。常用的有LINK160(显式三维杆单元)、BEAM161(显式三维梁单元)、SHELL163(显式结构薄壳)、SOLID164(显式三维结构实体)、PLANE162(显式三维实体)、COMBI165(显式弹簧-阻尼单元)、MASS166(显式三维结构质量)、LINK167(显式承拉杆单元)等。
(1)LINK160在每个节点上有3个自由度传递轴向力。本单元只用于显式动力学分析,如图12-1所示。
(2)BEAM161(见图12-2)有几个特征:应变采用客观增量应变(刚体旋转不生成应变),可模拟实际应用中存在的大变形;从计算效率和鲁棒性来说都很好;与块单元兼容;包含有限横向剪切应变。然而,用来维持这个应变组元所需增加的计算时间较长。Belytsch-ko-Schwer梁单元方程(KEYOPT(1)=2、4或5)是结构有限元家族的一部分,它用一种“共同旋转技术”来处理大旋转。本单元只用于显式动力学分析。
图12-1 LINK160单元示意图
图12-2 BEAM162单元示意图
(3)SHELL163是一个4-节点单元,具有弯曲和膜特征,可施加平面和法向荷载,如图12-3所示。本单元在每个节点上有12个自由度:在节点X、Y和Z方向的平动、加速度、速度和绕X、Y和Z轴的转动。本单元只用于显式动力学分析。
图12-3 SHELL163单元示意图
(4)SOLID164用于三维结构实体建模,几何模型如图12-4所示。该单元由8个节点定义,在每个节点上有下列自由度:在节点X、Y和Z方向的平动、速度、加速度。本单元只用于显式动力学分析。
(5)PLANE162单元是一个二维4节点的实体单元,它既可以用作平面(X-Y平面)单元,也可以用作轴对称单元(Y轴对称)。KEYOPT(3)用来指定单元的平面应力、轴对称和平面应变选项。对于轴对称单元,可以利用KEYOPT(2)指定面积或体积加权选项。PLANE162典型情况下为4节点单元。当然,也可以用3节点三角形选项,但是由于它太僵硬,所以不推荐使用。这个单元没有实常数。要注意的是,含有PLANE162单元的模型必须仅包含这种单元。ANSYS/LS-DYNA中不允许有二维和三维单元混合使用的有限元模型。
图12-4 SOLID164单元示意图
该单元可用的材料模型与KEYOPT(3)的设置有关。当KEYOPT(3)=0、1或2(平面应力、平面应变或轴对称)的,用户可以选择下列材料模型。
●各向同性弹性。
●正交各向异性弹性。
●Blatz-ko橡胶。
●Mooney-Rivlin橡胶。
●黏弹性。
●双线性各向同性。
●双线性随动强化。
●塑性随动强化。
●幂率塑性。
●应变率相关幂率塑性。
●应变率相关塑性。
●分段线性塑性。
●复合材料破坏。
●Johnson-Cook塑性。
●Bamman。
对平面应力选项(KEYOPT(3)=0),可以选择下列材料。
●3参数Barlat塑性。(www.daowen.com)
●Barlat各向异性塑性。
●横向正交各向异性弹塑性。
●横向正交异性FLD。
对轴对称和平面应变选项(KEYOPT(3)=1或2),可以选择下列材料。
●正交各向异性弹性。
●弹塑性流体动力。
●闭合多孔泡沫。
●低密度泡沫。
●可压缩泡沫。
●Honeycomb蜂窝材料。
●空材料。
●Zerilli-Armstrong。
●Steinberg。
●弹性流体。
(6)COMBI165是显式弹簧-阻尼单元。弹簧单元因位移产生一个力(也就是说,改变单元的长度产生力),力沿单元轴向加载。例如,拉力在节点1上是沿轴的正方向,而对节点2来说则是沿轴的负方向。默认时,单元轴的方向就是从节点1到节点2。当单元旋转时,力作用方向线也将随之而旋转。
阻尼单元可认为是弹簧单元的一种,可模拟线性黏性和非线性黏性阻尼。
也可使用旋转(扭转)弹簧-阻尼单元,这可以通过KEYOPT(1)来选择,其他输入部分和平移弹簧一样;给定的力-位移关系可认为是力矩-转角(单位为弧度)关系,力矩施加方向沿单元的轴向方向(顺时针为正)。旋转弹簧单元只影响其节点的旋转自由度——它们并不把节点铰接在一起。
COMBI165单元可和其他显式单元混合使用。然而,由于它没有质量,在分析中不能只有COMBI165一种类型单元。为了表达一个弹簧/质量系统,必须定义MASS166单元来加上质量。对于同一个COMBI165单元,不能同时定义弹簧-阻尼特性。但是,可以分别定义使用同样节点的弹簧-阻尼单元(也就是说,可以重叠两个COMBI165单元)。对于COM- BI165单元,可以使用下列材料模型。
●线弹性弹簧。
●线粘性阻尼。
●弹性塑性弹簧。
●非线性弹性弹簧。
●非线性黏性阻尼。
●通用非线性弹簧。
●麦克斯韦黏弹性弹簧。
●无弹性拉伸或仅压缩弹簧。
使用COMBI165单元时,应该给每一零件分别指定唯一的实常数、单元类型和材料特性(分别通过R、ET和TB命令来实现),从而保证每个零件都分别定义。
(7)MASS166质量单元由一个单节点和一个质量值定义。质量单元通常用于模拟一个结构的实际质量特性,而没有把大量实体单元和壳体单元包括进去。例如,在汽车碰撞分析中,质量单元可以模拟发动机部分,主要感兴趣的不是它的变形性质。采用质量单元将减少分析所需的单元数目,因而减少求解所需的计算时间。
(8)LINK167单元是仅能拉伸的杆,可以用于模拟索。它与弹性单元类似,由用户直接输入力与变形的关系。本单元需要用EDMP命令来定义索单元选项。
用户也可用MASS166单元来定义一个节点的集中转动惯量。如使用这一选项,可在MASS166单元定义中设置KEYOPT(1)=1并且通过单元实常数输入6个惯性矩值(IXX、IXY、IXZ、IYY、IYZ、IZZ)。这个选项不能输入质量值,所以必须在同一个节点定义第2个质量单元来说明质量(KEYOPT(1)=0)。
以下几种单元可被定义为刚性体:LINK160、BEAM161、PLANE162、SHELL163、SOLID164和LINK167。每个实体单元、壳单元和梁单元的质量都平均分配给单元的节点。在壳单元和梁单元中,每个节点还将附加一个转动惯量;只采用一个单值,其作用就是让质量围绕节点呈球形分布。
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