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LS-DYNA K文件的文件结构及分析理论验证

2020年03月01日 CAE 阅读 2,751 views 次

K文件是LS-Dyna的数据文件,理解K文件的文件结构对深入使用LS-Dyna进行分析或优化设计有很大的帮助意义。本文通过一个简单的例子,不使用前处理程序,而采用直接手写K文件的方式介绍LS-Dyna K文件的文件结构及相关关键字的书写格式。实例来源于https://www.dynasupport.com/。

在LS-Dyna中关键字的输入没有规定顺序,一般为了便于查找,可以按照以下顺序输入关键字:(1)求解控制和输出参数控制关键字;(2)模型和材料定义关键字;(3)边界条件定义关键字。单位选择一个封闭的单位系统即可。

1、问题描述

如下图所示,在边长为1m的正方形铝块上施加一个70E5Pa的压力。

铝块的材料参数如下所示。

2、控制参数关键字

LS-Dyna输入K文件的第一行必须以*KEYWORD关键字开始,然后按上面的格式输入控制关键字。关键字*CONTROL_TERMINATION控制终止时间,为必须关键字。本例将在1秒内将压力负载从0Pa线性增加到70E5Pa,因此,终止时间为1秒。此外,再增加一个控制结果输出格式的关键字*DATABASE_BINARY_D3PLOT,打印间隔设置为0.1秒。此部分K文件如下所示。

*KEYWORD
*CONTROL_TERMINATION
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ ENDTIM ENDCYC DTMIN ENDENG ENDMAS
1.0
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ DT/CYCL LCDT BEAM NPLTC
0.1

3、有限元模型和材料定义关键字

在模型定义中需要创建网格和节点,为了简单起见,本例仅定义1个包含8个节点的六面体单元,输入文件的大多数参数采用默认值。

使用*PART关键字定义有限元模型,并包含此part的材料、单元属性等信息,如下图所示。

各关键字解释如下:

*PART:定义了1个part(pid = 1)并关联单元属性section(sid = 1)和材料属性(mid = 1);

*SECTION_SOLID:定义恒定应力8节点实体单元;

*MAT_ELASTIC:为弹性材料模型定义密度ρ,弹性模量E和泊松比μ;

*ELEMENT_SOLID:定义实体单元;

*NODE:定义单元的节点坐标。

最终,有限元模型和单元、材料属性的定义关键字如下所示。

*PART
aluminum block
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ PID SECID MID EOSID HGID GRAV ADPOPT TMID
1 1 1
*SECTION_SOLID
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ SECID ELFORM AET
1
*MAT_ELASTIC
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ MID RO E PR DA DB K
1 2700.0 70.0E9 0.3
*ELEMENT_SOLID
$------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
$ EID PID N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8
1 1 1 2 3 4 5 6 7 8
*NODE
$------+---------------+---------------+---------------+-------+-------+-------+
$ NID X Y Z TC RC
1 0.0 0.0 0.0 7 7
2 1.0 0.0 0.0 5 0
3 1.0 1.0 0.0 3 0
4 0.0 1.0 0.0 6 0
5 0.0 0.0 1.0 4 0
6 1.0 0.0 1.0 2 0
7 1.0 1.0 1.0 0 0
8 0.0 1.0 1.0 1 0

4、定义边界条件

通过时间—载荷曲线进行加载,将70e5Pa的载荷施加到由节点5-6-7-8定义的块的顶部表面,在1秒的时间间隔内将负载从0Pa增加到70e5Pa,关键字定义如下。

*LOAD_SEGMENT
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ LCID SF AT N1 N2 N3 N4
1 1 0 5 6 7 8
*DEFINE_CURVE
$--------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+---------+
$ LCID SIDR SFA SFO OFFA OFFO DATTYP
1
$------------------+-------------------+
$ A1 O1
0. 0.
1. 70.e+05
*END

模型的约束已在单元建模时通过节点的TC和RC属性进行约束,见上面的有限元模型定义关键字。K文件的最后一行必须包含关键字*END,代表关键字定义结束。

5、计算求解

将K文件提交LS-DYNA Solver求解器进行计算,计算后绘制节点7的垂直位移和水平位移如下图所示。

6、理论验证

由70.0e05 Pa压力负载引起的垂直位移可通过以下公式计算:

水平位移是:

理论求解结果与有限元计算结果一致。

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