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LS-DYNA使用指南第十四章第十四章 显式－隐式顺序求解 某些工程处理的模拟需要既有隐式分析（ANSYS）功能，又有显式分析（ANSYS/LS-DANA）功能。要求解这类问题，需要采用这二种解法，即一个显式求解后再进行隐式求解，或者相反。ANSYS/LS-DYNA是一个显式动力程序，用于求解实时动态问题。如果一个工程过程包括主要是静态或准静态的阶段（如在动态阶段之前预加载，或在金属成形阶段之后线性弹性回弹），则在这个阶段最好使用ANSYS隐式程序进行分析。综合ANSYS隐式求解器和ANSYS/LS-DYNA显式求解器的过程是一个特别有用的工具，可以用来模拟许多复杂的物理现象。本章将描述显式－隐式过程，而在第十五章将简述隐式－显式过程。 14.1 显式－隐式顺序求解 在薄板金属成形工序中，回弹变形为一个基本参数，它使成型模具设计变得大大复杂化。最好将回弹变形定义为变形部分的尺寸变化，回弹变形在卸载时由弹性变形产生。在多数动态金属成型工序中，高度非线性变形过程导致在坯料材料中产生大量的弹性应变能。在与模具动态接触时坯料中开始存储的弹性能在成型压力消失之后释放，这个能量释放是弹性回弹的驱动力，使坯料向着原有几何构形变形。因此，在板金属成型过程中最后部分形状不仅仅取决于模具的轮廓形状，也取决坯料部分在塑性变形时存储在该部分的弹性能总量。因为在变形部分存储的弹性能总量是许多过程参数（如材料性质，两表面间的载荷）的函数，在成形时期预测回弹是特别复杂的。它给设计者和分析者提出重要问题，他们必须准确估计成型过程将会产生的回弹量以便得到最后所需的形状。此外执行一个显式－隐式连续求解会有很大好处。用显式求解模拟动态成形过程，然后用隐式求解模拟线性回弹变形，使得薄板成形工序达到严格的设计容差。 在显式－隐式连续求解中，必须首先运行ANSYS/LS-DANA程序来模拟金属成形过程。在显式金属成形分析中，薄板金属坯料的变形，必须由SHELL163/SOLID164单元构成。然后仅将这些单元的变形形态、应力和厚度传递给相应的隐式ANSYS单元（SHELL181和SOLID185）。只要对坯料给定边界条件，便能够执行工件的弹性回弹隐式模拟。 注 ――在隐式阶段只考虑弹性特性。这意味着分析从以前的状态（形状）进行纯弹性卸载。这一位移被认为是以前的形状在量上的变化。 详细描述显式-隐式求解过程如下； 1．采用Jobname1运行显式分析如前所述。为了继续在ANSYS隐式分析中分析回弹影响，必须采用SHELL163对工件作网格剖分。另外，对于SHELL163单元使用下列单元算法之一：KEYOPT（1）=1，2，6，7，8，9，10，11，12（推荐使用10和12）。然后求解并终止这一分析。 在开始ANSYS隐式分析之前，通常要小心地检查ANSYS/LS-DYNA显式分析结果。特别要检查显式运行结束时是否有任何不需要的动力影响留在结构内。 2．将显式分析存储到 Jobname.DB 文件内。 命令： SAVE GUI：Utility Menu>File>Save as 注—如果不能在此时存储 Jobname.DB 文件，则以后将不能存储这个显式运行的数据库，只存储下面隐式运行所用的数据库文件。 ３.将作业名改为 Jobname２ ,以防止覆盖显式结果文件。 命令： /FILNAME ，Jobname2 GUI：Utility Menu>File>Change Jobname 4.重新进入前处理 命令： /PREP7 GUI：Main Menu>Preprocessor 5.将显式单元转换到对应的隐式单元类型。（注意，2-D显式单元PLANE162，KEYOPT（3）=1的复合材料壳单元SHELL163不能在顺序求解中使用）对应的显式-隐式单元类型对是：
虽然所有的显式单元类型都被变换，但仅仅SHELL163单元和SOLID164单元的数据（SHELL163，单元应力和厚度；SOLID164，应力）传递给SHELL181单元和SOLID185单元。（通过RIMPORT；步骤12） 命令： ETCHG ，ETI GUI：Main Menu>Preprocessor>Switch Elem Type 6.重新对显式单元类型转换来的任何一个隐式单元定义关键选项、实常数、材料性质、边界条件和载荷曲线。（对于SHELL163单元，它转换成SHELL181单元，不需要重新定义实常数，但需要重新定义其他值。对于SOLID164单元，它转换成SOLID185单元，需要设KEYOPT（2）=1来定义统一缩减积分选项。）显式单元的TYPE号、REAL号和MAT号保持不变，但实际的KEYOPT选项和实常数值被重置为零或缺省值。 命令： KEYOPT R MP 等等 GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type/Real constants/Material Properties/Loads 注 ：在ANSYS隐式阶段仅线弹性材料性质保持有效（正如 MP 命令给定的）。删除从ANSYS/LS-DYNA运行中的非弹性性质（正如 TB 命令给定的）。 7．关闭形状检查，因为在显式分析时单元可能承受相当大的变形。 命令： SHIPP ，OFF GUI： Main Menu>Preprocessor>Checking Ctrls>Shape Checking 8.隐式单元重新定义为变形构形 命令： UPGEOM GUI：Main Menu>Preprocessor>-Moleling-Update Geometry 9.不选择或删除任何不需要的单元（主要是在显式分析中构成任何刚性体的单元），或者将它们转换成空单元。任何未被选择、删除、转换成空单元或没有被转换成在ANSYS中保持作用的隐式单元的显式单元都将产生错误并终止分析。如果在显式分析中刚性体由SHELL163单元或SOLID164构成，这些单元在用 RIMPORT 命令（见第十二步）输入应力和厚度（从SHELL163输入到SHELL181）之前必须从选择系列中排除、删除或转换成空单元，否则隐式分析将被终止。 命令： ESEL EDELE GUI：Utility Menu>Select>Entities或Main Menu>Preprocessor>Delete>Elements 10.重新进入求解处理器 命令： /SOLU GUI：Main Menu>Solution 11.通过修改或增加在显式分析中定义的边界条件在模型上设置必要的约束（例如，在金属变形分析中，需要约束板料）。 命令： D ，等等 GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Nodes 12.导入应力和改变壳的厚度(仅从SHELL163单元转换到SHELL181单元和从SOLID164到SOLID185)。对于SOLID164，仅传递应力，对于SHELL163，传递应力和厚度。在转换到隐式分析之前，将变形的积分点厚度求平均数。这个厚度值覆盖采用实常数定义的值。 命令： RIMPORT GUI：Main Menu>solution>-Loads-Apply>-Structural-Other>Import Stress 13.打开大变形效应 命令： NLGEOM ，ON GUI：Main Menu>Solution>Sol’n Controls 14.求解并结束分析 命令： SOLVE FINISH GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Current LS Main Menu>Finish 一旦求解完，可以用标准的ANSYS后处理功能观察结果。 以下是一个实例，执行显式-隐式连续求解输入流。 /batch,list resum,stamp1,db !恢复显示数据库（早先运行显式作业） /filename,stamp2 !修改作业名，使显式求解结果不被覆盖 /prep7 etchg,eti !将显式单元转移成隐式单元 r,1,.01,.01,.01,.01 !变换实常数（用RIMPORT得变形的壁厚） ddel,all !删除显式分析中的约束载荷 tbdelete,all,all !删除材料模型（保留线性材料性质） upgeom,,,,stamp1,rst !重新为变形构形定义隐式单元 d,n1,ux,0.0,,,,uy,uz !对模型设置必要的约束(至少3个非线性节点) d,n2,ux,0.0,,,,uy d,n3,ux,0 esel,s,ename,181 !仅选择相应的SHELL181单元（非早先的刚性体） nsle,s,1 !仅选择SHELL181单元节点 shpp,off !关闭形状检查 finish /solution nelgeom,on !接通几何非线性 rimport,dyna,,,,,stamp1,rst !输入显示分析求得的应力和壁厚 save solve finish
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