所属分类
- 所属分类：自动化技术、计算机技术
所属分类：自动化技术、计算机技术
书 名：万水ANSYS技术丛书--ANSYS/LS-DYNA动力分析方法与工程实例
丛 书 名：万水ANSYS技术丛书
著 译 者：尚晓江,苏建宇
出 版 社：中国水利水电出版社
书 号：
ISBN 7-5084-3440-4
图书编号：B10031699印刷日期：2006-01-01
出版日期：2006-01-01上架时间：2006-01-05
规 格：
平装16开,309页
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原 价：
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元
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元折扣：82 折节省：￥6.50
元
图书简介
前 言
LS-DYNA是功能齐全的显式动力分析软件，可以模拟各种复杂的非线性动态过程。其基本显式算法以及多物质ALE等高级算法特别适合于分析各类高度非线性的结构动力学问题，还可以求解各种流体以及流固耦合非线性动力学问题。
本书是一本系统介绍LS-DYNA显式动力分析方法的书。由于ANSYS分析环境应用的广泛性，本书在分析实例的建模过程中主要以ANSYS作为建模工具，这对于熟悉ANSYS建模的读者来说无疑是非常方便的。
本书的一个写作特色就是以LS-DYNA的关键字为线索，串联相关章节的内容。这是因为，无论是采用ANSYS或者别的前处理程序进行建模，归结到最后，都是向LS-DYNA计算程序递交一个格式完全相同的关键字信息输入文件。
本书分为三篇，内容安排上由浅入深，包括软件操作、算法原理和工程应用三方面，兼顾到初学者、一般使用者以及科研和工程高级分析人员的实际需要。
第1篇以ANSYS~S-DYNA的基本操作过程作为主线，结合一个空心金属壳冲击刚性平台的演示性例子进行讲解。目的是帮助具有一定ANSYS使用基础的读者尽快学会LS-DYNA显式动力分析方法。
第2篇是学习LS-DYNA的提高篇，旨在引导读者进一步学习LS-DYNA的关键字文件、LS-POST后处理技术、各种显式算法(包括动态接触算法以及各种高级算法和求解控制技术)、单元特性和材料模型。
第3篇提供一系列LS-DYNA工程实例的分析过程。内容涉及金属结构冲击屈曲分析、打桩施工过程中桩身的动应力分析、高速弹丸侵彻厚钢板、框架结构的地震反应、工业产品的跌落仿真、工程爆破以及拆除等具体的工程领域。考虑到初学人员学习中可能遇到的困难，书中列举的例题的难度和复杂程度都比较适中，这有助于初学者打好LS-DYNA分析的基础。我们认为只要基本概念清楚，基本操作熟练，就不难结合自身的专业背景和本书介绍的基本操作方法，由浅入深地进行一些有特色的专业问题的分析。
在本书编写过程中参阅了大量与非线性动力学理论和数值分析方面相关的书籍和资料，其中包括LS-DYNA的理论手册以及关键字手册，也包括一些已公开发表的与LS-DYNA显式分析相关的文献。在书后的参考文献中列出了一些主要的参考资料，但还有很多未能专门列出，在这里一并向相关单位和个人的工作表示衷心的感谢。北京理工大学的乔继延博士后向作者提供了关于爆炸分析的资料。此外，还要感谢中国水利水电出版社编辑人员为本书出版而付出的辛勤劳动。
本书主要由尚晓江、苏建宇、魏久安负责编写，参加编写和文字录入工作的还有王化锋、赵海峰、石伟兴、李文颖、聂慧萍、卢靖、蒋迪、袁志达、邱峰、杨海波、潘冠群、李德聪、史雪松、张永芳、王惠平、杨伟、刘金兴、张骥、张炯曦等。
由于编写时间仓促和编写者水平的局限，书中不当或错误之处在所难免，敬请读者朋友批评指正。作者联系方式：shj_cas@sina．com。
编者
2005年11月
LS-DYNA是功能齐全的显式动力分析软件，可以模拟各种复杂的非线性动态过程。其基本显式算法以及多物质ALE等高级算法特别适合于分析各类高度非线性的结构动力学问题，还可以求解各种流体以及流固耦合非线性动力学问题。
本书是一本系统介绍LS-DYNA显式动力分析方法的书。由于ANSYS分析环境应用的广泛性，本书在分析实例的建模过程中主要以ANSYS作为建模工具，这对于熟悉ANSYS建模的读者来说无疑是非常方便的。
本书的一个写作特色就是以LS-DYNA的关键字为线索，串联相关章节的内容。这是因为，无论是采用ANSYS或者别的前处理程序进行建模，归结到最后，都是向LS-DYNA计算程序递交一个格式完全相同的关键字信息输入文件。
本书分为三篇，内容安排上由浅入深，包括软件操作、算法原理和工程应用三方面，兼顾到初学者、一般使用者以及科研和工程高级分析人员的实际需要。
第1篇以ANSYS~S-DYNA的基本操作过程作为主线，结合一个空心金属壳冲击刚性平台的演示性例子进行讲解。目的是帮助具有一定ANSYS使用基础的读者尽快学会LS-DYNA显式动力分析方法。
第2篇是学习LS-DYNA的提高篇，旨在引导读者进一步学习LS-DYNA的关键字文件、LS-POST后处理技术、各种显式算法(包括动态接触算法以及各种高级算法和求解控制技术)、单元特性和材料模型。
第3篇提供一系列LS-DYNA工程实例的分析过程。内容涉及金属结构冲击屈曲分析、打桩施工过程中桩身的动应力分析、高速弹丸侵彻厚钢板、框架结构的地震反应、工业产品的跌落仿真、工程爆破以及拆除等具体的工程领域。考虑到初学人员学习中可能遇到的困难，书中列举的例题的难度和复杂程度都比较适中，这有助于初学者打好LS-DYNA分析的基础。我们认为只要基本概念清楚，基本操作熟练，就不难结合自身的专业背景和本书介绍的基本操作方法，由浅入深地进行一些有特色的专业问题的分析。
在本书编写过程中参阅了大量与非线性动力学理论和数值分析方面相关的书籍和资料，其中包括LS-DYNA的理论手册以及关键字手册，也包括一些已公开发表的与LS-DYNA显式分析相关的文献。在书后的参考文献中列出了一些主要的参考资料，但还有很多未能专门列出，在这里一并向相关单位和个人的工作表示衷心的感谢。北京理工大学的乔继延博士后向作者提供了关于爆炸分析的资料。此外，还要感谢中国水利水电出版社编辑人员为本书出版而付出的辛勤劳动。
本书主要由尚晓江、苏建宇、魏久安负责编写，参加编写和文字录入工作的还有王化锋、赵海峰、石伟兴、李文颖、聂慧萍、卢靖、蒋迪、袁志达、邱峰、杨海波、潘冠群、李德聪、史雪松、张永芳、王惠平、杨伟、刘金兴、张骥、张炯曦等。
由于编写时间仓促和编写者水平的局限，书中不当或错误之处在所难免，敬请读者朋友批评指正。作者联系方式：shj_cas@sina．com。
编者
2005年11月
图书目录 (可试读)
前言
第1篇 基础学习篇
第1章 ANSYS／LS-DYNA基础知识 2
1．1 LS-DYNA计算程序的发展过程 2
1．2 LS-DYNA程序的分析功能与应用范围 3
1．2．1 LS-DYNA动力分析功能综述 3
1．2．2 LS-DYNA行业应用范围 4
1．3 ANSYS／LS-DYNA的工作环境 8
1．4 ANSYS／LS-DYNA的一般分析过程 11
1．5 ANSYS／LS-DYNA的程序组织和文件系统 12
1．6 LS-DYNA显式动力分析的基本概念 14
第2章 建立显式动力分析的模型 16
2．1 显式动力分析建模概述 16
2．1．1 建模的一般流程 16
2．1．2 建模的基本原则 17
2．2 常用的基本概念 18
2．2．1 坐标系与建模工作平面 18
2．2．2 组元、PART与PART集 20
2．2．3 刚体 22
2．3 开始一个新的分析 23
2．3．1 工作环境初始化设置 23
2．3．2 定义单元类型及相关的实参数 24
2．3．3 定义分析所需的材料模型 26
2．4 ANSYS建模常用操作及命令群组 27
2．5 按自底向上的顺序建立几何模型 29
2．6 实体建模与各种实体操作 32
2．6．1 体素的概念及其建立 32
2．6．2 布尔操作及相关的命令 34
2．6．3 其他常用的实体建模操作 36
2．7 建立有限元模型 38
2．7．1 自由网格与映射网格 38
2．7．2 网格划分的基本设置 40
2．7．3 形成有限单元网格的操作 41
2．8 定义接触信息 42
2．9 一个演示性的例子--模型的建立 44
2．9．1 问题描述与分析的规划 44
2．9．2 创建分析模型 45
2．9．3 定义接触面 48
第3章 载荷、约束与边界条件 51
3．1 显式分析荷载概述 51
3．2 施加显式分析的荷载 53
3．3 施加初始条件 55
3．4 施加边界条件 56
3．5 施加约束条件 57
3．6 一个演示性的例子(续)--加载 59
第4章 显式分析求解 62
4．1 分析的基本参数设定 62
4．1．1 设定LS-DYNA的计算终止时间 62
4．1．2 显式分析参数控制选项 63
4．1．3 计算过程中文件的输出控制 65
4．2 求解过程与重启动 67
4．2．1 求解过程的描述 67
4．2．2 求解过程的监控 69
4．2．3 重启动 70
4．3 一个演示性的例子(续) 71
第5章 ANSYS后处理 73
5．1 显式分析后处理概述 73
5．2 通用后处理器POST1的使用 73
5．3 时间历程后处理器POST26的使用 74
5．3．1 时间历程变量观察器 74
5．3．2 POST26的后处理过程 77
5．3．3 读取ASCII结果信息 79
5．4 报告生成器Report Generator的使用 80
5．5 一个演示性的例子(续)--后处理 80
第2篇 深入提高篇
第6章 LS-DYNA关键宇文件 86
6．1 关键字文件概述 86
6．1．1 什么是LS-DYNA关键字文件 86
6．1．2 关键字文件的一般格式与组织关系 87
6．2 模型信息关键字 87
6．2．1 节点、单元以及部件信息 88
6．2．2 材料及状态方程关键字 90
6．2．3 边界条件及接触信息 91
6．3 初始条件、约束及加载关键字 93
6．3．1 初始条件信息关键字 93
6．3．2 约束信息关键字 93
6．3．3 加载关键字 94
6．4 其他常见关键字 95
6．5 关键字编辑与修改 96
6．6 关键字文件举例 97
第7章 LS-PREPOST后处理 102
7．1 LS-PERPOST概述与基本工作环境 102
7．1．1 LS-PREPOST概述 102
7．1．2 LS-PREPOST程序界面说明 103
7．1．3 鼠标键盘操作 104
7．2 下拉菜单的功能 104
7．3 图形绘制区域 106
7．4 常用的显示控制按钮 106
7．5 动画播放控制台 107
7．6 主菜单的常用操作 108
7．6．1 Fcomp菜单 109
7．6．2 SelPar菜单 110
7．6．3 Ident 111
7．6．4 History 112
7．6．5 Color菜单项 114
7．6．6 Splitw菜单项 115
7．6．7 Output菜单项 115
7．6．8 Ascii菜单项 116
第8章 LS-DYNA常用算法及特殊分析选项 117
8．1 三维SOLID单元的基本显式算法 117
8．1．1 基本方程和控制条件 117
8．1．2 有限元空间离散 118
8．1．3 显式时间积分与时步控制 122
8．2 LS-DYNA的动态接触算法简介 123
8．2．1 基本概念及方法概述 123
8．2．2 各种接触类型的特性 125
8．3 特殊求解控制技术 126
8．3．1 沙漏控制技术 126
8．3．2 质量缩放与混合时间积分 127
8．4 ALE和Euler方法简介 128
8．5 自适应网格划分及SPH算法简介 130
第9章 LS-DYNA的单元特性 132
9．1 显式单元概述 132
9．2 杆件结构单元 132
9．3 2-D及3-D实体单元 135
9．4 薄壳单元 138
9．5 质量、弹簧以及阻尼单元 140
第10章 LS-DYNA的材料模型 144
10．1 ANSYS／LS-DYNA材料模型概述 144
10．2 弹性材料模型 145
10．2．1 线弹性材料模型 145
10．2．2 非线性弹性材料模型 147
10．3 塑性材料模型 149
10．4 状态方程及相关的材料模型 156
10．5 离散单元模型 157
10．5．1 弹簧的材料模型 158
10．5．2 阻尼器模型 161
10．5．3 索模型 162
10．6 刚性体模型 163
第3篇 工程实例篇
第11章 冲击动力问题的仿真分析 166
11．1 LS-DYNA分析冲击动力问题的注意事项 166
11．2 打桩过程中桩身的动应力分析 167
11．2．1 问题描述与分析过程规划 167
11．2．2 建模与计算 167
11．2．3 结果后处理及分析 175
11．3 薄壁钢管在轴向冲击作用下的屈曲 180
11．3．1 建立分析模型 180
11．3．2 分析选项设置与递交求解 187
11．3．3 结果观察与分析 190
第12章 侵彻动力问题的分析 193
12．1 LS-DYNA模拟侵彻问题的一般方法 193
12．2 分析实例：钢弹丸以一定角度斜侵彻厚钢板 194
12．2．1 问题描述与分析过程规划 194
12．2．2 建立分析模型 195
12．2．3 递交求解与结果分析 211
第13章 地震作用下建筑结构的振动过程仿真 220
13．1 LS-DYNA结构地震作用仿真概述 220
13．1．1 地震波及其在LS-DYNA程序中的输入 220
13．1．2 结构地震作用分析方法简介 221
13．1．3 LS-DYNA程序在结构动力时程分析中的应用 222
13．2 某多层框架建筑的弹性时程分析 223
13．2．1 问题描述与分析过程规划 223
13．2．2 建模与加载 224
13．2．3 求解与结果分析 230
13．3 多层框架建筑的弹塑性时程分析 236
第14章 工业产品的跌落过程仿真 238
14．1 跌落测试数值仿真概述 238
14．2 ANSYS／LS-DYNA跌落测试模块DTM 239
14．2．1 ANSYS／LS-DYNA跌落分析的基本流程 239
14．2．2 一些特殊的选项 241
14．3 一个简单例题--空调冷凝器外箱的跌落分析 242
14．3．1 建立对象模型 243
14．3．2 参数设置与计算 252
14．3．3 观察分析结果 254
第15章 工程爆破问题的仿真分析 257
15．1 爆炸问题数值模拟概述 257
15．2 土中爆炸扩腔过程的数值模拟 259
15．2．1 分析过程的规划 259
15．2．2 建模以及求解 260
15．2．3 观察分析结果 269
15．3 烟囱爆破拆除过程的简化分析 274
15．3．1 爆破拆除原理及数值分析概述 274
15．3．2 一个烟囱爆破倒塌的简化分析 275
附录A ANSYS的ED命令及相应关键字 290
附录B 常用ANSYS建模命令参考 293
附录C *SECTION关键字及单元算法选项 303
附录D 常用材料模型及关键字 308
附录E 协调单位及导出方法 310
参考文献 311
第1篇 基础学习篇
第1章 ANSYS／LS-DYNA基础知识 2
1．1 LS-DYNA计算程序的发展过程 2
1．2 LS-DYNA程序的分析功能与应用范围 3
1．2．1 LS-DYNA动力分析功能综述 3
1．2．2 LS-DYNA行业应用范围 4
1．3 ANSYS／LS-DYNA的工作环境 8
1．4 ANSYS／LS-DYNA的一般分析过程 11
1．5 ANSYS／LS-DYNA的程序组织和文件系统 12
1．6 LS-DYNA显式动力分析的基本概念 14
第2章 建立显式动力分析的模型 16
2．1 显式动力分析建模概述 16
2．1．1 建模的一般流程 16
2．1．2 建模的基本原则 17
2．2 常用的基本概念 18
2．2．1 坐标系与建模工作平面 18
2．2．2 组元、PART与PART集 20
2．2．3 刚体 22
2．3 开始一个新的分析 23
2．3．1 工作环境初始化设置 23
2．3．2 定义单元类型及相关的实参数 24
2．3．3 定义分析所需的材料模型 26
2．4 ANSYS建模常用操作及命令群组 27
2．5 按自底向上的顺序建立几何模型 29
2．6 实体建模与各种实体操作 32
2．6．1 体素的概念及其建立 32
2．6．2 布尔操作及相关的命令 34
2．6．3 其他常用的实体建模操作 36
2．7 建立有限元模型 38
2．7．1 自由网格与映射网格 38
2．7．2 网格划分的基本设置 40
2．7．3 形成有限单元网格的操作 41
2．8 定义接触信息 42
2．9 一个演示性的例子--模型的建立 44
2．9．1 问题描述与分析的规划 44
2．9．2 创建分析模型 45
2．9．3 定义接触面 48
第3章 载荷、约束与边界条件 51
3．1 显式分析荷载概述 51
3．2 施加显式分析的荷载 53
3．3 施加初始条件 55
3．4 施加边界条件 56
3．5 施加约束条件 57
3．6 一个演示性的例子(续)--加载 59
第4章 显式分析求解 62
4．1 分析的基本参数设定 62
4．1．1 设定LS-DYNA的计算终止时间 62
4．1．2 显式分析参数控制选项 63
4．1．3 计算过程中文件的输出控制 65
4．2 求解过程与重启动 67
4．2．1 求解过程的描述 67
4．2．2 求解过程的监控 69
4．2．3 重启动 70
4．3 一个演示性的例子(续) 71
第5章 ANSYS后处理 73
5．1 显式分析后处理概述 73
5．2 通用后处理器POST1的使用 73
5．3 时间历程后处理器POST26的使用 74
5．3．1 时间历程变量观察器 74
5．3．2 POST26的后处理过程 77
5．3．3 读取ASCII结果信息 79
5．4 报告生成器Report Generator的使用 80
5．5 一个演示性的例子(续)--后处理 80
第2篇 深入提高篇
第6章 LS-DYNA关键宇文件 86
6．1 关键字文件概述 86
6．1．1 什么是LS-DYNA关键字文件 86
6．1．2 关键字文件的一般格式与组织关系 87
6．2 模型信息关键字 87
6．2．1 节点、单元以及部件信息 88
6．2．2 材料及状态方程关键字 90
6．2．3 边界条件及接触信息 91
6．3 初始条件、约束及加载关键字 93
6．3．1 初始条件信息关键字 93
6．3．2 约束信息关键字 93
6．3．3 加载关键字 94
6．4 其他常见关键字 95
6．5 关键字编辑与修改 96
6．6 关键字文件举例 97
第7章 LS-PREPOST后处理 102
7．1 LS-PERPOST概述与基本工作环境 102
7．1．1 LS-PREPOST概述 102
7．1．2 LS-PREPOST程序界面说明 103
7．1．3 鼠标键盘操作 104
7．2 下拉菜单的功能 104
7．3 图形绘制区域 106
7．4 常用的显示控制按钮 106
7．5 动画播放控制台 107
7．6 主菜单的常用操作 108
7．6．1 Fcomp菜单 109
7．6．2 SelPar菜单 110
7．6．3 Ident 111
7．6．4 History 112
7．6．5 Color菜单项 114
7．6．6 Splitw菜单项 115
7．6．7 Output菜单项 115
7．6．8 Ascii菜单项 116
第8章 LS-DYNA常用算法及特殊分析选项 117
8．1 三维SOLID单元的基本显式算法 117
8．1．1 基本方程和控制条件 117
8．1．2 有限元空间离散 118
8．1．3 显式时间积分与时步控制 122
8．2 LS-DYNA的动态接触算法简介 123
8．2．1 基本概念及方法概述 123
8．2．2 各种接触类型的特性 125
8．3 特殊求解控制技术 126
8．3．1 沙漏控制技术 126
8．3．2 质量缩放与混合时间积分 127
8．4 ALE和Euler方法简介 128
8．5 自适应网格划分及SPH算法简介 130
第9章 LS-DYNA的单元特性 132
9．1 显式单元概述 132
9．2 杆件结构单元 132
9．3 2-D及3-D实体单元 135
9．4 薄壳单元 138
9．5 质量、弹簧以及阻尼单元 140
第10章 LS-DYNA的材料模型 144
10．1 ANSYS／LS-DYNA材料模型概述 144
10．2 弹性材料模型 145
10．2．1 线弹性材料模型 145
10．2．2 非线性弹性材料模型 147
10．3 塑性材料模型 149
10．4 状态方程及相关的材料模型 156
10．5 离散单元模型 157
10．5．1 弹簧的材料模型 158
10．5．2 阻尼器模型 161
10．5．3 索模型 162
10．6 刚性体模型 163
第3篇 工程实例篇
第11章 冲击动力问题的仿真分析 166
11．1 LS-DYNA分析冲击动力问题的注意事项 166
11．2 打桩过程中桩身的动应力分析 167
11．2．1 问题描述与分析过程规划 167
11．2．2 建模与计算 167
11．2．3 结果后处理及分析 175
11．3 薄壁钢管在轴向冲击作用下的屈曲 180
11．3．1 建立分析模型 180
11．3．2 分析选项设置与递交求解 187
11．3．3 结果观察与分析 190
第12章 侵彻动力问题的分析 193
12．1 LS-DYNA模拟侵彻问题的一般方法 193
12．2 分析实例：钢弹丸以一定角度斜侵彻厚钢板 194
12．2．1 问题描述与分析过程规划 194
12．2．2 建立分析模型 195
12．2．3 递交求解与结果分析 211
第13章 地震作用下建筑结构的振动过程仿真 220
13．1 LS-DYNA结构地震作用仿真概述 220
13．1．1 地震波及其在LS-DYNA程序中的输入 220
13．1．2 结构地震作用分析方法简介 221
13．1．3 LS-DYNA程序在结构动力时程分析中的应用 222
13．2 某多层框架建筑的弹性时程分析 223
13．2．1 问题描述与分析过程规划 223
13．2．2 建模与加载 224
13．2．3 求解与结果分析 230
13．3 多层框架建筑的弹塑性时程分析 236
第14章 工业产品的跌落过程仿真 238
14．1 跌落测试数值仿真概述 238
14．2 ANSYS／LS-DYNA跌落测试模块DTM 239
14．2．1 ANSYS／LS-DYNA跌落分析的基本流程 239
14．2．2 一些特殊的选项 241
14．3 一个简单例题--空调冷凝器外箱的跌落分析 242
14．3．1 建立对象模型 243
14．3．2 参数设置与计算 252
14．3．3 观察分析结果 254
第15章 工程爆破问题的仿真分析 257
15．1 爆炸问题数值模拟概述 257
15．2 土中爆炸扩腔过程的数值模拟 259
15．2．1 分析过程的规划 259
15．2．2 建模以及求解 260
15．2．3 观察分析结果 269
15．3 烟囱爆破拆除过程的简化分析 274
15．3．1 爆破拆除原理及数值分析概述 274
15．3．2 一个烟囱爆破倒塌的简化分析 275
附录A ANSYS的ED命令及相应关键字 290
附录B 常用ANSYS建模命令参考 293
附录C *SECTION关键字及单元算法选项 303
附录D 常用材料模型及关键字 308
附录E 协调单位及导出方法 310
参考文献 311
