Workbench lS-DYNA船舶碰撞仿真案例，详解视频及原模型

本案例文档，适合本科毕业设计及研究生课题研究，具有极高参考价值。涉及船舶结构的几何处理，模型建立，碰撞分析，结果处理等各个方面。设置方法程详细，结果结果合理。

1. 概述

LS-DYNA 是ANSYS Workbench中一款显式动力学分析的模块，广泛应用于碰撞、冲击、爆炸等非线性瞬态问题。其核心优势在于处理大变形、材料失效和复杂接触问题。以下将结合轮船/防撞梁碰撞案例，说明 LS-DYNA 的关键操作流程。本文档详细介绍了轮船碰撞仿真的主要技术点，包括几何处理、材料定义、网格划分、接触设置、边界条件、计算设置和结果分析等内容。通过本指导，用户可以掌握轮船碰撞仿真的核心步骤和注意事项。

2. 几何处理

2.1 几何简化

使用三维实体单元会导致计算量显著增加，尤其是在冲击和震动分析中。所以需要将三维几何模型简化为壳模型（Shell Model），以减少计算量。可以使用SpaceClaim、DesignModeler (DM) 或其他三维CAD软件进行几何处理，然后将处理好的几何模型调入LS-DYNA模块。

在冲击和震动分析中，使用三维实体单元（如六面体或四面体单元）会显著增加计算资源消耗。这是因为实体单元需要在三个维度上划分网格，每个单元需计算位移、应力和应变等多个自由度，导致单元数量庞大且求解时间成倍增长。为解决这一问题，通常将三维几何模型简化为壳模型（Shell Model）。壳单元仅需在二维平面上划分网格，并通过定义厚度参数还原结构的力学特性，既能大幅减少单元数量（通常可缩减至实体模型的10%~30%），又能有效保留结构的抗弯、抗剪性能。几何简化可通过专业前处理软件（如ANSYS SpaceClaim或DesignModeler）完成，也可用其他三维CAD软件处理。通过合理简化模型，可在保证结果可靠性的前提下，显著提升碰撞仿真的计算效率。

处理后的壳模型可导出为通用格式导入LS-DYNA中进一步设置材料、接触和边界条件。

2.2 几何检查

确保几何模型的连接性，避免面和面之间在线上的不连接问题。在冲击震动分析中，几何连接问题可能导致模型在撞击过程中出现开裂。

3. 材料属性赋予

3.1 材料定义

为每个部件赋予材料属性。例如，船体结构通常使用非线性材料（如钢材）。

对于撞击体，可以将其定义为刚性体，或赋予较大的材料属性（如高弹性模量）。

3.2 厚度调整

通过Thickness选项，根据实际结构调整每个部件的厚度。例如，横版和竖版的厚度可以分别设置为100mm和120mm。

 

3.3 材料属性修改

根据需要修改材料属性，如密度、弹性模量等。在Workbench中，可以通过Engineering Data模块创建或修改材料属性。更改后，需要到Model界面里点击更新。

4. 接触设置

4.1 接触定义

定义部件之间的接触关系。通常使用摩擦接触，设置静摩擦系数和动摩擦系数（例如0.2）。在Workbench中，可以通过Contact工具定义接触对。可以通过右击自动创建的方式实现一次完成接触设置，但是经常会有问题，需要一个一个检查一下对应接触。