ANSYS15.0入门至精通：显式动态单元

LS-DYNA单元就是用于进行显示动力学分析的单元。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）、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。

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分析，如图11-1所示。

BEAM161（见图11-2）有几个特征：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，计算效率和鲁棒性都很好，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。Belytschko梁单元方程（KEYOPT（1）=2，4，5）是结构有限元家族的一部分，它用一个“共同旋转技术”来处理大旋转。本单元只用于显式动力分析。

图11-1 LINK160单元

图11-2 BEAM161单元

SHELL163是一个4节点单元，有弯曲和膜特征。可加平面和法向载荷，如图11-3所示。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分析。

图11-3 SHELL163单元

SOLID164用于三维实体结构建模，几何模型如图11-4所示。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分析。

图11-4 SOLID164单元

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，所以不推荐使用它。这个单元没有实常数。重要的是要注意到含有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。

这种单元可用的材料模型与KEYOPT（3）的设置有关。对KEYOPT（3）=0，1，2（平面应力、平面应变或轴对称），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。

●粘弹性。

●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。(www.xing528.com)

●3参数Barlat塑性。

●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），可以选用下列材料。

●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。

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。本单元类型需要用EDMP命令来定义索单元选项。

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：可模拟线性粘性和非线性粘性阻尼。也可使用旋转（扭转）弹簧和阻尼单元，这些可通过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（为弧度单位）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和阻尼特性。但是，可以分别定义使用同样节点的弹簧和阻尼单元（也就是说，可以重叠两个COMBI165单元）。对于COMBI165单元可以使用下列材料模型。

●线弹性弹簧。

●线粘性阻尼。

●弹性塑料弹簧。

●非线性弹性弹簧。

●非线性粘性阻尼。

●通用非线性弹簧。

●麦克斯韦粘弹性弹簧。

●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（分别是R，ET和TB命令）从而保证每个零件都分别定义。

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，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。

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二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，它的作用就是让质量围绕节点呈球形分布。