Ls-dyna单元应力坐标系设定指南：定义与选择的艺术

LS-dyna中常用的单元形式有壳单元、体单元、梁单元和厚壳单元，而针对不同的单元形式，其结果中的应力/应变分量表示也不尽相同。

壳单元

首先说常见的壳单元，这种单元是Ls-dyna中应用最为广泛的单元，而且单元库种类繁多。

壳单元的应力通常是根据厚度方向的积分点给出。而这些积分点的位置和数量是根据一些积分规则确定的，如Gaussian, Lobatto, trapezoidal、及用户自定义。对于全积分壳单元，厚度方向每一个层有四个积分点。而这四个点上的应力分量在写入文件之前都会首先进行一次平均。

对于壳单元来说，单元应力可以用全局坐标系、单元坐标系和材料坐标系表示。默认情况下，D3PLOT结果文件中壳单元应力/应变是用全局坐标系表示，而ELOUT、结果文件中壳单元应力/应变是用单元坐标系表示。壳单元坐标系的定义为：N1指向N2为坐标系X轴正向，单元法向为局部坐标系的Z向。当然也有例外，如壳单元库中单元类型为18、20、21的单元，由于它们只能用于特定的线性分析，因此它们的应力也只可以用全局坐标系表示。而对于大多数的壳单元来说，在LS-Prepost中是可以将D3PLOT中的壳单元应力/应变转换到壳单元坐标系下的，具体有三种方法。

第一种方法，在LS-Prepost的主菜单Toggle的下拉菜单下，有一个“local Axes”，勾选这个选项，那么单元的应力/应变云图就可以在单元坐标系下表示。

第二种方法，就是在单元历史变量窗口下，将E-axes选择为local，这样，得到的应力/应变分量就是在单元局部坐标系下相应数值。

第三种方法， 点击FCOMP，进入云图显示状态Fringe，选择相应应力/应变分量，然后在下方的Glob按钮中选择local，则对应云图为单元坐标系下云图。

体单元和厚壳单元、梁单元

壳单元的应力/应变可以在全局坐标系和局部坐标系之间转换，那么其他单元呢？

默认情况下，D3PLOT和 ELOUT结果文件中，体单元和厚壳单元的应力和应变是用全局坐标系表示，梁单元应力和合力用单元坐标系表示。

如何在材料坐标系下表示应力/应变？

对于由正交各向异性材料构成的壳单元、体单元和厚壳单元，如果*DATABASE_EXTENT_BINARY关键字中的CMPFLG设置为1，那么单元的应力和应变是用材料坐标系表示。而通常材料坐标系在单个壳单元的积分点之间是不同，这是由于*SECTION_SHELL关键字中定义的beta角不同。

总结

那么，对于Ls-dyna中不同单元形式的应力表示方式总结如下：

1   壳单元坐标系

坐标系x为N1到N2的方向；局部坐标系z为壳单元法线方向；因此壳单元结果分析时保证局部坐标系保持一致是非常重要的，这样有利于后处理结果的解读；

2   不同单元的应力表示方法

1）实体和厚壳的结果是基于整体坐标系；

2）梁单元的应力和合力结果均基于单元局部坐标系；

3）壳单元的应力/应变在D3PLOT结果中是基于整体坐标系，而在ELOUT中是基于单元坐标系；

在LS-Prepost进行D3PLOT后处理时，有三种设置方法，可以将壳单元的结果转变为基于单元坐标系：

（a）Toggle---Local axes；（b）在Fcomp底部设置为Local；（c）在History中设置E-axes为Local。

4）对正交各向异性材料的壳、厚壳和实体单元，关键字*DATABASE_EXTENT_BINARY中设置CMPFLG为1时,单元的应力/应变将以材料的局部坐标系结果输出，但是在LS-Prepost后处理中不能将应力从材料的局部坐标系转换到单元局部坐标系下。

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