人体损伤生物力学实验指导书

人体损伤生物力学

实验指导书

湖南大学机械与运载工程学院

实验一冲击力模拟实验

一、实验目的和任务

通过开展冲击力仿真实验，学习基于LS-DYNA的有限元基本分析流程和方法，具体包括：

1.对HYPERMESH和HYPERVIEW（或LS-PREPOST）等前后

处理软件的使用；

2.掌握保证仿真精度必须关注能量和质量缩放问题；

3.掌握模型调试方法；

4.体会不同材料、高度、速度对冲击力的影响。

二、实验仪器和设备

软件：LS-DYNA、HYPERMESH、HYPERVIEW（或LS-PREPOST）。

硬件：计算机。

三、实验步骤

1、模型提交计算与后处理

1)根据提供的初始模型，对文件进行求解计算。

2)查看完成计算所需的时间，ctrl+C，sw2。

3)查看仿真动画。

4)分析该K文件的单位制（mm，ms，kg，kN，GPa）。

2、有限元模型的质量缩放与能量问题

1)设置输出各种能量，*CONTROL_ENERGY。

2)为提高计算效率，增加质量缩放，*CONTROL_TIMESTEP，

DT2MS：-1.112E-06改为-1.112E-03，再改为-1.112E-02，并分别查看并记录所需计算时间，分析该参数对计算效率的影响。讨论如何设置DT2MS的值。

3)查看计算获得的message文件，记录不同DT2MS设置下的

质量缩放所引起的质量增加量及百分比。

4)输出总能量、动能、内能和沙漏能（DT2MS：-1.112E-06），

根据曲线分析能量转换。

3、输出并分析橡胶垫的冲击力

1)查阅橡胶的材料。

2)查阅车架、撑板、销轴和冲击头的材料。

3)输出冲击头处的冲击力，Contact_mass（CID：1）。

4)输出两根连接销轴的四处接触力，Contact_chejia_zhou_L

（CID:3）、Contact_chejia_zhou_R（CID:4）、Contact_chengban_zhou_L（CID:5）/ Contact_chengban_zhou_R （CID:6）。

5)找出系统的最大应力及其出现的位置。

4、下落高度对冲击力的影响

1)修改冲击头距离橡胶垫的高度，初始值为5mm，分别修改为

2mm、10mm和15mm。

2)计算不同高度下落对冲击力的影响。

3)找出系统的最大应力及其出现的位置。

5、输出并分析金属的冲击力

1)将橡胶垫的材料改为金属材料，可选用钢（206GPa）、铜

（121GPa）铝（72GPa），使用MAT1进行定义。

2)不采用质量缩放，分别计算冲击力（CID：1），对比上述材

料与橡胶材料对冲击力的影响。

3)找出系统的最大应力及其出现的位置。

6、定义冲击头的速度（附加题）

1)上述仿真分析采用的是自由落体，现将冲击头距离橡胶垫的

距离调为1mm，设定冲击头的初速度，分别为0.01m/s，0.1m/s

和1m/s（取消重力加速度）。

2)分析不同初速度对冲击力的影响。

3)找出系统的最大应力及其出现的位置。

四、实验报告的基本内容和要求

1、实验设备和条件

2、实验内容

3、实验过程

4、实验数据（对于冲击力，需要给出曲线并分析对比最大力；能量曲线等）

5、实验结果分析及结论

实验二成人头锤冲击实验

一、实验目的和任务

通过开展成人头锤冲击仿真实验，继续学习基于LS-DYNA的有限元基本分析流程和方法，并掌握行人头锤仿真方法，具体包括：

1.对HYPERMESH和HYPERVIEW（或LS-PREPOST）等前后

处理软件的使用；

2.熟悉保证仿真精度必须关注能量和质量缩放问题；

3.熟悉模型调试方法；

4.掌握行人头锤有限元模型及其使用方法。

二、实验仪器和设备

软件：LS-DYNA、HYPERMESH、HYPERVIEW（或LS-PREPOST）。

硬件：计算机、优盘。

三、实验步骤

1、模型提交计算与后处理

1)根据提供的初始模型，对文件进行求解计算。

2)查看完成计算所需的时间，ctrl+C，sw2。

3)查看仿真动画。

4)分析该K文件的单位制（mm，T，s，N，MPa）。

2、掌握行人头锤有限元模型的结构

3、有限元模型的质量缩放与能量问题

1)设置输出各种能量，*CONTROL_ENERGY。

2)为提高计算效率，设置合理的质量缩放参数，并分别查看并

记录所需计算时间，保证质量增加不超过模型物理质量的5%。

3)选定合理的质量缩放参数后，计算模型并输出总能量、动能、

内能和沙漏能，根据曲线分析能量转换。

4、输出并分析头锤的冲击力

1)查阅平板的材料。

2)查阅头锤橡胶的材料。

3)输出头锤的冲击力，SlaveContact_Hood。

4)对冲击力进行滤波。

5、输出并分析头锤质心的合成位移、速度和加速度

1)打开计算得到的nodout文件，按照要求输出各条曲线。

2)分析各条曲线。

6、改变Hood板的角度分析合成冲击力和加速度

1)在Hypermesh中修改Hood板的角度。

2)输出合成冲击力和合成加速度，并与原结果进行对比。

7、头锤自由落体改为定义初速度（附加题）

1)删除原文件的定义的重力加速度。

2)调整头锤和Hood板的距离，使两者仅留有很小的间隙。

3)对头锤定义面向Hood板冲击的初速度9.7m/s。

4)输出冲击力和头锤质心的合成加速度。

5)计算头锤的HIC值（要求曲线横坐标单位为s，纵坐标单位

为g）