摘要：在LS-DYNA分析中经常会使用实体单元与壳体单元以满足不同部位的分析要求，这就存在壳与实体单元连接时自由度不匹配的问题。本文详述三种不同的连接方法案例。如果不需要传递转动可以使用合并节点法和约束法，合并节点法要求节点重合，计算效率最高，约束法不要求节点重合。接触法可以传递转动，接触法使用最为灵活，消耗的计算资源较多。
壳体单元的每个节点只有３个沿着x、y和z方向的平动自由度UX、UY、UZ；在实体单元中，每个节点具有六个自由度：沿x、y 和z方向的平动自由度UZ、UY、UZ以及绕X、Y和Z轴的转动自由度TOTX、TOTY、ROTZ。当实体单元和壳单元连接在一起共同工作时，即存在自由度不协调问题。
案例部分分为四步，第一步建立没有连接的模型，后三步都是在第一步模型的基础上进行连接。具体操作视频请在技术邻搜索“李安民”，关注我，收看视频。
1.1 模型建立
1.1.1 几何模型
Geometry->Solid->Box，在Creat Box对话框或者图形视口（Graphics Viewport）输入实体单元尺寸，如果所示，点击Apply关闭完成长方体。
Geometry->Surface->Plane，在Create Plane输入如下图所示的参数，点击Appley生成平面。
1.1.2 网格划分
FEM->Element and Mesh->Solid Mesher对实体网格划分，填入Elem Size为0.5，点击Try Meshing Automatically，若不满意可以点击Reject拒绝，再从新调整尺寸等参数，确认无误，点击Accept。点击Apply结束，如图所示：
FEM->Element and Mesh->N-Line Mesher进行平面的网格划分，如下图所示，Type选择4Lines Shell，然后分别选择平面的四个边，输入对应的份数。
点击Mesh It若不满意可以点击Reject拒绝，再从新调整尺寸等参数，确认无误，点击Accept。最后点击Done结束。
此时的网格和几何模型重合，为了让显示效果更好，在图形视口（Graphics Viewport）右上侧角关闭几何模型，如图所示
1.1.3 截面和材料
FEM->Model and Part->Keyword Manager打开Keyword Manager窗口，Section->Shell，双击或者选择后点击Edit按钮，打开Keyword Input Form，TITLE文本框输入shell section，厚度T1键入0.01回车，软件自动生成相同的T2~T4，点击Accept，右侧列表显示生成的section，点击Done关闭Keyword Input Form。如图所示
在Keyword Manager中选择Section->Solid，双击或者选择后点击Edit按钮，打开Keyword Input Form，TITLE文本框输入Solid Section点击Accept，右侧列表显示生成的section，点击Done关闭Keyword Input Form。如图所示
在Keyword Manager中选择Mat->001-ELASTIC，双击或者选择后点击Edit按钮，打开Keyword Input Form，点击NewID按钮，TITLE文本框输入Steel，密度RO键入7850，弹性模量E键入2.06e11，泊松比PR键入0.3，点击Accept，右侧列表显示生成的section，点击Done关闭Keyword Input Form。如图所示在Keyword Manager中点击Done关闭窗口。
在Keyword Manager中点击Done关闭Keyword Manager。
1.1.4 将截面和材料赋予网格
FEM->Model and Part->Part Data打开Part Data窗口，在上方选择Assign，第一步制定H 1 Solid1的Section ID和MID分别为2和1，点击Apply，如下图所示：
第二步，点击S 2 LSHELL2，Section ID和MID分别为和1，点击Apply，如图上所示。
在Part Data中点击Done，关闭Part Data。
1.1.5 施加竖直力
FEM-> Model and Part ->Keyword Manager打开关键字管理器，选择DEFINE->CURVE，打开Keyword Input Form对话框，点击NewID按钮，在TITLE文本框输入force，点击Inset，输入第一点(0, 0)，我们打算计算5s，因此第二点横坐标为5，竖向力输入单位力1，在此点击Inset，完成曲线绘制。
FEM->Model and Part->Create Entity打开Entity Creation对话框，选择Load->Node，点击point单选按钮，DOF采用默认的X_dir，LCID选择或输入1，SF输入1000，选择节点，点击Apply，如图所示：
施加约束
点击Boundary->Spc，选择Cre单选框创建约束。如图所示：
点击Done，关闭Entity Creation。
1.1.7 计算时长
打开Keyword Manager，选择CONTROL->TERMINATION，ENDTIM键入1，计算时间为1s，点击Accept，点击Done关闭Keyword Input Form。
1.1.8 输出频率
在Keyword Manager中选择DATABASE->ASCII_option，双击或者选择后点击Edit按钮，打开Keyword Input Form，在Default DT键入0.1回车，所有的时间间隔均为0.1s，点击Accept，最下侧的文本框显示“*DATABASE_ASCII_OPTION keyword cards updated”，点击Done关闭Keyword Input Form。如图所示：
在Keyword Manager中选择DATABASE->BINARY_D3PLOT，双击或者选择后点击Edit按钮，打开Keyword Input Form，在DT键入0.01回车，输出帧间隔均为0.01s，点击Accept，右侧列表栏出现生成数据，点击Done关闭Keyword Input Form。如图所示：
如图所示在Keyword Manager中点击Done关闭窗口。
1.1.9 保存项目
File->Save Project，在Save Keyword中键入File Name，点击Save，如图所示。
1.1.10 保存K文件
File->Save Keyword，在Save Keyword中键入File Name，点击Save，如图所示。
1.2 合并节点法
合并节点法只传递平动自由度，不传递转动自由度
FEM->Element Tools->Duplicate Nodes，点击Show Dup Nodes，如图所示，重合节点用黄色方框显示
进行计算，可以用LS-RUN，也可以用ANSYS Mechanical APDL Product Launcher，计算结果如下图所示，从图中明显看出壳单元并未被拉开。
修改受力方向为Z向，变形很大，并且板没有变弯，说明没有传递弯矩。
1.3 约束法
FEM->Model and Part->Create Entity打开Entity Creation窗口选择Set Data->*SET_NODE，点击右侧的Cre单选按钮，即新建一个节点组，在Title中输入名称为by hand，如下左图所示：
分别选择同一位置壳单元和实体单元上的点，选择壳单元时在左上角关闭实体单元，选择实体单元时打开壳单元，关闭壳单元，最后恢复选择。
在Entity Creation中点击Apply，在下侧列表中出现新生成的节点对。依次生成七个节点对，如果想看批量处理法，请查看视频。最后点击Done关闭Entity Creation。
在Keyword Manager中选择Constrained->NODE_SET，双击或者选择后点击Edit按钮，打开Keyword Input Form，输入刚刚创建的NSID，每一对节点分别进行三个平动方向的约束，即DOF分别选择1、2、3，也就是x、y、z方向。
依次生成七个约束，如果想看批量处理法，请查看视频。最后点击Done关闭Entity Creation。
1.4 接触法
接触法支持节点不重合，因此我们现将节点向上移动0.25，点击FEM->Element Tools->Transform，在Sel. Nodes中选择ByPart，然后选择shell单元，选择Translate单选按钮，Direction选择Z，Distance输入0.25，点击Tans+按钮。还可以进行旋转，调整后如图所示：
FEM->Model and Part->Keyword Manager
CONTACT->CONTACT-TIED_SHELL_EDGE_TO_SOLID
在Keyword Input Form窗口，先选择SSTYP和MSTYP为3，然后选择SSID为1，MSID为2，如下图所示：
1.5 总结
对于壳体与实体的连接的数量较少且网格划分规整时，使用合并节点法好约束法，其中合并节点法只能约束平动位移不能约束转动位移。当连接数量较多或连接部位网格划分不规整时，采用接触的装配则更简便快捷。
