ANSYS WORKBENCH与LS-DYNA联合仿真：从入门到精通

一、软件准备与介绍

1.Workbench简介

ANSYS Workbench是ANSYS公司提出的新一代协同仿真环境，解决产品研发过程中CAE软件的异构问题。在Workbench中，仿真项目（Projects）中的各项任务以互相连接的图形化方式清晰的表达出来，让我们非常容易理解项目的工程意图、输入输出关系、分析过程的状态等。工具箱（ Toolbox）中的分析系统（ Analysis Systems）部分，包含了各种已预置好的分析类型、每一种分析类型都包含完成该分析所需的完整过程（如材料定义、几何建模、网格生成、求解设置、求解、后处理等过程），按其顺序一步一步往下执行即可完成相关的分析任务。

2.LS-DYNA 简介

LS-DYNA是目前公认的最优秀的显性动力分析有限元软件，该软件适合求解结构的非线性高速碰撞、爆炸等动态冲击问题。LS-DYNA程序可以高效地处理几何非线性、材料非线性、及接触非线性。该程序使用Lagrange算法进行显示结构动力分析，程序也兼有ALE和Euler算法、隐式分析功能、热分析和流体-固体耦合分析功能、静力分析功能。LS-DYNA程序具有丰富的材料库、接触算法，可以满足大量科学与工程仿真分析的需要。目前LS-DYNA软件广泛应用于工程领域。

3.LS-prepost 简介

LS-PrePost是LS-DYNA定制的前后处理软件，支持ls-dyna的全部关键字。对命令流的处理有极大的简化。

4.辅助计算软件：LS-DYNA Program Manager

LS-dyna的独立计算软件，用来计算超大型的仿真，ansys自带的LS-DYNA SOLVER 在计算大型模型的分析时经常会出现莫名其妙的错误。用该软件可避免出现这一现象。

二、简单算例入门

本案例模拟两杆碰撞问题，这是一个典型的LS-DYNA问题，在各种LS-DYNA教程中均有，但是dyna的操作界面很不人性化，采用workbench中的显示动力学分析模块ExplicitDynamics(LS-DYNA EXPORT)对模型进行前处理。

1.建模

本人不用ansys自带的任何建模模块，所有模型均在Creo中建立，省时省力。几何模型如下图，粗杆边长120mm, 细杆边长100mm，间距5mm        

图1 几何模型

2.模型导入workbench中，进行前处理

划分网格，对于这种拉伸出来的简单模型，可以采用sweep方式来进行网格划分，对于碰撞模型来说。两者的网格大小不能相同，否则在计算时会出错。

添加初始条件：用initialconditions 或者support 里面的velocity定义均可，这里提示一下初始条件可定义直线速度和角速度，support里可以定义约束。

图2 边界条件

设置完毕后定义一下分析的设置，包括计算时间、单位制、计算的时间步等。计算完毕后solve一下。

图3 分析设置

所有项目前面都打上勾了之后就可以保存这个project进行下一步的处理了。

3.K文件导入LSprepost里进行进一步的处理

K文件位置：XXXX_files\dp0\SYS\MECH 内。LSpp里能干的活就很多了，可以完整的定义所有LSdyna的命令流。命令流的关键字如下，这里我只做材料的改动，材料的关键字是：MAT_XXXXXXX，lspp中的材料定义较workbench或者lsdyna中的定义有很多优势，材料全面，参数设置方便，还有参数的说明。

这里因为两个杆，就定义两个材料，第一个是弹性材料，MAT_ELASTIC，材料参数为一般的钢材参数：密度7850KG/M3 杨氏模量2×1011N/m2 泊松比0.3，注意单位，由于使用的是M.KG.S制单位，在各种材料的参数中要与之对应。

第二个材料是塑性材料，MAT_PLASTIC_KINEMATIC，材料参数为泡沫材料，密度25 KG/M3 ,杨氏模量2.875×106N/m2 屈服强度123.9×103Pa。

将材料分别赋给杆一和杆二，至此前处理完毕。接下来导入LS-DYNA Program Manager中进行计算。

计算结果

图4 碰撞动图

可以看见应力波在杆内的传播。有了这个基础我们就可以做一些有意思的仿真了，比如跌落仿真，只是在这个基础上加一个重力约束就行。简单做了一个球和圆柱跌落弹起的仿真。通过这种方法可以做手机壳、玻璃等跌落仿真实验。

图5 跌落动图

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