本案例文檔，適合本科畢業(yè)設(shè)計及研究生課題研究，具有極高參考價值。涉及船舶結(jié)構(gòu)的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結(jié)果處理等各個方面。設(shè)置方法程詳細(xì)，結(jié)果結(jié)果合理。

1. 概述

LS-DYNA 是ANSYS Workbench中一款顯式動力學(xué)分析的模塊，廣泛應(yīng)用于碰撞、沖擊、爆炸等非線性瞬態(tài)問題。其核心優(yōu)勢在于處理大變形、材料失效和復(fù)雜接觸問題。以下將結(jié)合輪船/防撞梁碰撞案例，說明 LS-DYNA 的關(guān)鍵操作流程。本文檔詳細(xì)介紹了輪船碰撞仿真的主要技術(shù)點，包括幾何處理、材料定義、網(wǎng)格劃分、接觸設(shè)置、邊界條件、計算設(shè)置和結(jié)果分析等內(nèi)容。通過本指導(dǎo)，用戶可以掌握輪船碰撞仿真的核心步驟和注意事項。

2. 幾何處理

2.1 幾何簡化

使用三維實體單元會導(dǎo)致計算量顯著增加，尤其是在沖擊和震動分析中。所以需要將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model），以減少計算量。可以使用SpaceClaim、DesignModeler (DM) 或其他三維CAD軟件進(jìn)行幾何處理，然后將處理好的幾何模型調(diào)入LS-DYNA模塊。

在沖擊和震動分析中，使用三維實體單元（如六面體或四面體單元）會顯著增加計算資源消耗。這是因為實體單元需要在三個維度上劃分網(wǎng)格，每個單元需計算位移、應(yīng)力和應(yīng)變等多個自由度，導(dǎo)致單元數(shù)量龐大且求解時間成倍增長。為解決這一問題，通常將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model）。殼單元僅需在二維平面上劃分網(wǎng)格，并通過定義厚度參數(shù)還原結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，既能大幅減少單元數(shù)量（通常可縮減至實體模型的10%~30%），又能有效保留結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪性能。幾何簡化可通過專業(yè)前處理軟件（如ANSYS SpaceClaim或DesignModeler）完成，也可用其他三維CAD軟件處理。通過合理簡化模型，可在保證結(jié)果可靠性的前提下，顯著提升碰撞仿真的計算效率。

處理后的殼模型可導(dǎo)出為通用格式導(dǎo)入LS-DYNA中進(jìn)一步設(shè)置材料、接觸和邊界條件。

2.2 幾何檢查

確保幾何模型的連接性，避免面和面之間在線上的不連接問題。在沖擊震動分析中，幾何連接問題可能導(dǎo)致模型在撞擊過程中出現(xiàn)開裂。

3. 材料屬性賦予

3.1 材料定義

為每個部件賦予材料屬性。例如，船體結(jié)構(gòu)通常使用非線性材料（如鋼材）。

對于撞擊體，可以將其定義為剛性體，或賦予較大的材料屬性（如高彈性模量）。

3.2 厚度調(diào)整

通過Thickness選項，根據(jù)實際結(jié)構(gòu)調(diào)整每個部件的厚度。例如，橫版和豎版的厚度可以分別設(shè)置為100mm和120mm。

 

3.3 材料屬性修改

根據(jù)需要修改材料屬性，如密度、彈性模量等。在Workbench中，可以通過Engineering Data模塊創(chuàng)建或修改材料屬性。更改后，需要到Model界面里點擊更新。

4. 接觸設(shè)置

4.1 接觸定義

定義部件之間的接觸關(guān)系。通常使用摩擦接觸，設(shè)置靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)（例如0.2）。在Workbench中，可以通過Contact工具定義接觸對。可以通過右擊自動創(chuàng)建的方式實現(xiàn)一次完成接觸設(shè)置，但是經(jīng)常會有問題，需要一個一個檢查一下對應(yīng)接觸。