LS-DYNA顯式時間步長與沙漏控制

1、LS-DYNA顯式時間步長與沙漏控制顯式時間步長與沙漏控制顯式時間積分 基于時間積分的中心差分法基于時間積分的中心差分法 時刻時刻t tn的運動方程（無阻尼）的運動方程（無阻尼） Man=Pn-Fn+Hn M對角質(zhì)量陣 P外部載荷體力 F內(nèi)力（stress divergence vector） H沙漏阻力顯式時間積分 an=(Pn-Fn+Hn)/ M accelerations at tn Vn+1/2=Vn-1/2+antn velocities at tn+1/2 un+1=un+ Vn+1/2 tn+1/2 displacements at un+1 顯式時步計算 時間步長時間步長tss

2、ftssf* *L/cL/c Tssf=時間步長縮放因子（default=0.9） L=單元的特征長度 C=材料的聲速 L/cL/c表示一個彈性應力波傳過這個單元的時間表示一個彈性應力波傳過這個單元的時間 時步和最高的頻率成反比時步和最高的頻率成反比 sqrt(k/m) 例如：梁單元的軸向模態(tài) k=EA/L; m=AL sqrt(EA/AL2)= sqrt(E/)/L=c/L材料聲速 高密度高剛度材料有高的聲速高密度高剛度材料有高的聲速 材料 聲速（m/s) STEEL 5240 STEEL 5240 ALUMINUM 5328 ALUMINUM 5328 TITANIUM 5220 TITA

3、NIUM 5220 PLEXIGLASS 2598 PLEXIGLASS 2598 WATER 1478 WATER 1478 AIR 331 AIR 331特征長度L 體單元或厚殼單元體單元或厚殼單元 L=volume/areamax side 殼單元殼單元 L=area/lengthmax edge (Default) L=area/lengthdiagonal L=area/lengthmin side 梁單元梁單元 L=beam length顯式時間步長的計算 離散的彈簧離散的彈簧 和長度無關(guān)（剛度直接給定） 和節(jié)點質(zhì)量和彈簧剛度有關(guān)系 時步縮放因子（時步縮放因子（tssf)tssf)

4、 本質(zhì)上來說，安全因子是確保計算的穩(wěn)定 默認是0.9（爆炸模型取0.67） 如果計算不穩(wěn)定或結(jié)果有疑問，可減小到0.8或更小（或者是用雙精度計算）運行時間的一些說明 仿真分析運行的時間決定于：仿真分析運行的時間決定于： 問題的分析時間 時步大?。ú牧闲再|(zhì)，單元大?。?LS-DYNA使用所有單元時步的最小時步 單元的數(shù)目/單元公式 接觸類型（通常影響不大） 附加計算選項的設(shè)置（如：二階應力更新，沙漏能的計算，沙漏控制的類型等） 計算機的速度/CPU的數(shù)目 CPUCPU用時的估計用時的估計 估計的CPU用時可以通過發(fā)送開關(guān)命令（sw2)得到 假定時間步長保持不變 SOFT1推薦在包含軟材料接觸的情

5、況下使用，如泡方等?；蛘哂糜诓煌W(wǎng)格密度間的接觸縮短運行時間 有些模型，運行時間短，不是問題。對于大模型或準靜態(tài)有些模型，運行時間短，不是問題。對于大模型或準靜態(tài)模擬，運行時間是重要的。通常，可采用下面幾個步驟來模擬，運行時間是重要的。通常，可采用下面幾個步驟來減少顯式仿真的運行時間。減少顯式仿真的運行時間。 當求解不正常時及早中斷 避免不必要的小單元 軟化材料（不建議使用） 使用單點積分單元公式（推薦的公式） 刪除引起時步減少的單元 時間縮放（增大載荷，減少載荷作用時間） 質(zhì)量縮放（增加質(zhì)量） 有時使用隱式分析是一種高效的方法有時使用隱式分析是一種高效的方法 * *CONTROL_TERMI

6、NATIONCONTROL_TERMINATION 指定時間或循環(huán)（時間步）終止 當時步初始時間步長的某個小數(shù)時終止 能量變化達到某個百分數(shù)時終止 質(zhì)量變化（僅用于使用質(zhì)量縮放的求解）達到某個百分數(shù)時的終止 * *TERMINATION_TERMINATION_ BODY:基于剛體位移的終止 NODE:基于節(jié)點坐標值的終止 CONTACT:基于零接觸力的終止終止控制單向接觸類型 * *CONTACT_.CONTACT_. NODES_TO_SURFACE ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE ONE_WAY_AUTOMATI

7、C_NODES_TO_SURFACE FORMING_NODES_TO_SURFACE 金屬成型分析常用 ERODING_NODES_TO_SURFACE CONSTRAINT_NODES_TO_SURFACEONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE 類似于類似于NODES_TO_SURFACE CONTACT,NODES_TO_SURFACE CONTACT,除了除了 從面是面段的集合而不是節(jié)點集 借助于”INTFOR“二進制數(shù)據(jù)庫文件可以顯示出從面的壓力分布（more on that later） 處理處理self_contact(self_contact(曲面）以及曲面）以及

8、part-to-partpart-to-part的接的接觸觸 僅需定義從面，無需定義主面（主面假定為和從僅需定義從面，無需定義主面（主面假定為和從面一樣）面一樣） 使用two-way treatment 總是考慮殼的偏置厚度總是考慮殼的偏置厚度 沒有數(shù)據(jù)寫到?jīng)]有數(shù)據(jù)寫到RCFORCRCFORC輸出文件中。輸出文件中。 必須設(shè)置力傳感器*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_PENALTY來輸出接觸力SINGLE SURFACE CONTACT 類型類型 SINGLE_SURFACE（不推薦使用，“老的”基于節(jié)點的搜索方式） AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE（推薦使用

9、） AIRBAG_SINGLE_SURFACE ERODING_SINGLE_SURFACE AUTOMATIC_GENERAL AUTOMATIC_GENERAL_INTERIORSINGLE SURFACE CONTACT AUTOMATIC_SINGLE_SURFACEAUTOMATIC_SINGLE_SURFACE是碰撞模擬中應用最多是碰撞模擬中應用最多的接觸的接觸 AUTOMATIC_GENERALAUTOMATIC_GENERAL能夠很好的處理殼的邊邊接觸能夠很好的處理殼的邊邊接觸和梁梁接觸和梁梁接觸 計算比AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE慢許多 AIRBAG_SI

10、NGLE_SURFACEAIRBAG_SINGLE_SURFACE用于折疊的氣囊展開用于折疊的氣囊展開SINGLE SURFACE CONTACTEroding Contact 處于自由面的單元被刪除后接觸面會自動更新處于自由面的單元被刪除后接觸面會自動更新 單元刪除是根據(jù)材料失效準則刪除的，而不是因為eroding contact 時間步長自動的調(diào)整以滿足接觸時間步長時間步長自動的調(diào)整以滿足接觸時間步長 Eroding contact通常用在高速仿真中 借助于ECDT參數(shù)(*CONTROL_CONTACT)可以取消eroding contact對時間步長的影響 因為單元刪除后，從節(jié)點將變?yōu)樽?/p>

11、由節(jié)點，這些節(jié)點可以因為單元刪除后，從節(jié)點將變?yōu)樽杂晒?jié)點，這些節(jié)點可以在接觸中繼續(xù)考慮（質(zhì)量守恒）在接觸中繼續(xù)考慮（質(zhì)量守恒） 自由節(jié)點是否刪除由*CONTROL_CONTACT中的ENMASS參數(shù)控制Eroding Contact * *CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACECONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE（推薦使用）（推薦使用） 基于*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE 面段方向不重要 * *CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACECONTACT_ERODING_NODES_TO_SUR

12、FACE 從面應包含所有要定義接觸的節(jié)點 CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACECONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE 每一時步塊排序一次Projectile Penetrating Plate刪除的節(jié)點對接觸的影響基于面段的接觸(SOFT=2) 對殼單元，體單元和厚殼單元是基于懲罰的接觸算法對殼單元，體單元和厚殼單元是基于懲罰的接觸算法 剛度計算和剛度計算和SOFT=1SOFT=1采用相同的方式（基于穩(wěn)定性原則）采用相同的方式（基于穩(wěn)定性原則） 穿透搜索采用獨特的方法穿透搜索采用獨特的方法 該選項不能用于梁接觸或節(jié)點到面的接觸該選項不能用于

13、梁接觸或節(jié)點到面的接觸 運用運用 常規(guī)方法定義接觸 在可選卡片A中，設(shè)置SOFT=2 970970以前的版本不能用以前的版本不能用MPPMPP基于面段的接觸(SOFT=2)基于面段的接觸(SOFT=2)即使節(jié)點沒有穿透但面段仍有撞擊即使節(jié)點沒有穿透但面段仍有撞擊因為檢測的是面段與面段之間的穿透，而不是節(jié)點和面段之間的穿透如果模型的幾何形狀帶有尖角或邊沿，基于面段的選擇是一個很好的選擇 Segment-Based Contact is implemented for:Segment-Based Contact is implemented for: SURFACE_SURFACE AUTOMAT

14、IC_SURFACE_SURFACE SINGLE_SURFACE ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE AUTOMATIC_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE AIRBAG_SINGLE_SURFACE ERODING_SURFACE_SURFACE ERODING_SURFACE_SURFACE基于面段的接觸(SOFT=2) 忽略初始穿透忽略初始穿透 有初始穿透的節(jié)點在分析開始的時候不被移動 面段的初始穿透量會被存儲起來，在計算接觸力的時候，要從當前的穿透量中減去初始的穿透量作為接觸力計算的穿透量 這種方法

15、一直貫穿在整個分析中，因此，如果一個在開始計算時未被檢測到的穿透節(jié)點在第一次檢測到穿透時不會因為很大的接觸力而產(chǎn)生巨大的速度 所謂的“shooting node logic” 參數(shù)SNLOG對此接觸沒有影響 當參數(shù)IGNORE設(shè)置成1時對SOFT=0或1的初始穿透會作同樣的處理基于面段的接觸(SOFT=2) SOFT=2SOFT=2接觸增加的選項接觸增加的選項 SBOPT在可選的卡片A中 2（默認）：假定為平面面段 3：可考慮面段的翹曲 4：滑移選項 5：使用選項3和4 DEPTH在可選的卡片A中 2（默認）：檢查面段穿透 3：同2，但穿透深度同時在面段邊緣檢查 5：同2，同時增加邊邊穿透的檢

16、查基于面段的接觸(SOFT=2)基于面段的接觸(SOFT=2)Falling Balls using Segment-Based Contact基于面段的接觸(SOFT=2)基于面段的接觸(SOFT=2)Falling Blocks using Segment-Based Contact每一個塊用一個塊單元來定義，節(jié)點不和接觸面段產(chǎn)生接觸 有時用來阻止發(fā)生嚴重變形的泡沫單元產(chǎn)生負體積有時用來阻止發(fā)生嚴重變形的泡沫單元產(chǎn)生負體積 輸入包括輸入包括 Part set ID 懲罰因子 壓垮激活因子（fraction of initial thickness） 970970版本中有用于對大剪切變形作改

17、進處理的選項版本中有用于對大剪切變形作改進處理的選項（TYPE=2TYPE=2）CONTACT_INTERIOR * *CONTACT_DRAWBEADCONTACT_DRAWBEAD Approximates complex behavior of a drawbead * *CONTACT_FORMING_.CONTACT_FORMING_. NODES_TO_SURFACE,SURFACE_TO_SURFACE,ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE OPTIONS 主面（模具）可以由不相聯(lián)的和不規(guī)則形狀的面段組成（as in IGES surfaces） 允許使用負殼厚度

18、偏置（模具和工件的中性面一致） 當對工件調(diào)用”look ahead” h-adaptivity 時必須使用片金屬成型中的接觸 * *CONTACT_2D_CONTACT_2D_ 用于處理軸對稱和平面應變單元中的接觸 殼公式1215 梁公式7，8 CONTACT_2D_AUTOMATIC_.在顯式仿真中優(yōu)先使用 非自動接觸CONTACT_2D.通常用在隱式仿真分析中2D Contact力傳感器* *CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_optionCONTACT_FORCE_TRANSDUCER_option 提供一種在選定位置記錄接觸力的方便的方法提供一種在選定位置記錄接觸力的方便

19、的方法 只要指定從面只要指定從面 卡片卡片2 2和和3 3是空的是空的 力傳感器不產(chǎn)生接觸力力傳感器不產(chǎn)生接觸力 單元刪除是根據(jù)材料失效準則刪除的，而不是因為eroding contact * *CONTACT_FORCE_TRANSDUCERCONTACT_FORCE_TRANSDUCER的兩個選項的兩個選項 _PENALTY(測量基于懲罰的接觸力） _CONSTRAINT（測量基于約束的接觸力）粘性接觸阻尼 通過通過* *contactcontact關(guān)鍵字中關(guān)鍵字中VDCVDC參數(shù)來指定參數(shù)來指定 抑制垂直與接觸表面的振蕩抑制垂直與接觸表面的振蕩 VDC=VDC=臨界阻尼臨界阻尼(2m(2

20、m) )的百分數(shù)的百分數(shù) 20的阻尼20，而不是0.2 界面固有頻率的計算使用下面的參數(shù)界面固有頻率的計算使用下面的參數(shù) 剛度 K=interface stiffness 質(zhì)量 m=min mslave ,mmaster 對光滑接觸力的噪聲影響很有用。如一個對光滑接觸力的噪聲影響很有用。如一個partpart夾在其它兩夾在其它兩個個partpart之間，其接觸力有時會出現(xiàn)明顯的噪聲之間，其接觸力有時會出現(xiàn)明顯的噪聲相關(guān)的關(guān)鍵字卡片 * *DATABASE_optionDATABASE_option ASCII 輸出文件 GLSTAT:整體的統(tǒng)計數(shù)據(jù) RCFORC:合成的接觸力 SLEOUT:接

21、觸能量 NCFORC:在每一個節(jié)點的接觸力（設(shè)置*contact打印標識SPR=1和MPR=1） Binary 輸出文件 *DATABASE_BINARY_INTFOR-接觸力和應力 a.在*contact_的卡片1中設(shè)置SPR=1和MPR=1 b.在執(zhí)行命令行中包含參數(shù)s=filename 二進制文件可以被LS-PREPOST讀入處理相關(guān)的關(guān)鍵字卡片(*CONTROL_CONTACT)對所有的接觸設(shè)置默認的控制對所有的接觸設(shè)置默認的控制全局的接觸懲罰力比例因子（全局的接觸懲罰力比例因子（Default=0.10)SLSFACDefault=0.10)SLSFAC Effect is cumu

22、lative with penalty scale factor specified on card 3 of *contact剛體和固定的剛性墻接觸的比例因子剛體和固定的剛性墻接觸的比例因子RWPNALRWPNAL非自動（非自動（non-automatic)non-automatic)接觸時考慮殼厚度偏置接觸時考慮殼厚度偏置SHLTHKSHLTHK對單面自接觸考慮厚度的變化對單面自接觸考慮厚度的變化THKCHGTHKCHG 必須同時在*control_shell設(shè)置標識，計算薄膜應變導致的殼厚度的改變SOFT=0SOFT=0時懲罰剛度的計算方時懲罰剛度的計算方PENOPTPENOPT自動檢查

23、自動檢查/ /重新定向接觸面段的法向重新定向接觸面段的法向ORIENORIEN對所有的接觸設(shè)置默認的控制對所有的接觸設(shè)置默認的控制全局的接觸懲罰力比例因子（全局的接觸懲罰力比例因子（Default=0.10)SLSFACDefault=0.10)SLSFAC Effect is cumulative with penalty scale factor specified on card 3 of *contact剛體和固定的剛性墻接觸的比例因子剛體和固定的剛性墻接觸的比例因子RWPNALRWPNAL非自動（非自動（non-automatic)non-automatic)接觸時考慮殼厚度偏置接觸

24、時考慮殼厚度偏置SHLTHKSHLTHK對單面自接觸考慮厚度的變化對單面自接觸考慮厚度的變化THKCHGTHKCHG 必須同時在*control_shell設(shè)置標識，計算薄膜應變導致的殼厚度的改變SOFT=0SOFT=0時懲罰剛度的計算方時懲罰剛度的計算方PENOPTPENOPT自動檢查自動檢查/ /重新定向接觸面段的法向重新定向接觸面段的法向ORIENORIEN相關(guān)的關(guān)鍵字卡片(*CONTROL_CONTACT) 單元刪除后自由節(jié)點的接觸處理方式單元刪除后自由節(jié)點的接觸處理方式ENMASSENMASS 塊排序的頻率塊排序的頻率NSBCSNSBCS 阻止使用殼的邊緣長度來考慮接觸厚度阻止使用殼

25、的邊緣長度來考慮接觸厚度SSTHKSSTHK 阻止侵蝕接觸控制計算的時間步長阻止侵蝕接觸控制計算的時間步長ECDTECDT 處理初始穿透的處理初始穿透的IGNOREIGNORE參數(shù)參數(shù)IGNOREIGNORE相關(guān)的關(guān)鍵字卡片(*CONTROL_CONTACT)接觸摩擦能可選擇計算摩擦能量并輸出到二進制接觸界面數(shù)據(jù)庫中（可選擇計算摩擦能量并輸出到二進制接觸界面數(shù)據(jù)庫中（INTFORINTFOR），），用于用于“表面能量密度表面能量密度”的可視化的可視化 設(shè)置FRCENG=1(*CONTROL_CONTACT) 可以快速識別高摩擦區(qū)域 對片金屬沖壓成型時非常有用接觸摩擦能是一個熱源接觸摩擦能是一個

26、熱源 摩擦生熱的計算目前還不可以。接觸摩擦能可用于 鍛造模擬 剎車嘯叫（Brake squeal)通過接觸進行熱傳遞的計算已經(jīng)可以實現(xiàn)通過接觸進行熱傳遞的計算已經(jīng)可以實現(xiàn) 在*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE增加熱選項 輸入傳導率和輻射參數(shù) 通過接觸，高溫部件向低溫部件傳遞熱量初始穿透 使用自動接觸時，應該注意構(gòu)造網(wǎng)格時要考慮到殼中性面使用自動接觸時，應該注意構(gòu)造網(wǎng)格時要考慮到殼中性面的偏置，否則將產(chǎn)生初始穿透的偏置，否則將產(chǎn)生初始穿透 默認的處理是把每一個初始穿透的從節(jié)點投射到主面上 幾何形狀會有所改變，可能產(chǎn)生初始屈曲 不能保證這種方法能消除所有的初始穿透 設(shè)置IGNO

27、RE=1(via *control_contact or *contact), 初始穿透的節(jié)點不被移動，然而，接觸厚度根據(jù)穿透量會相應地減少。穿透減少，接觸厚度增加，直至最大值到完全的接觸厚度識別初始穿透 在在d3hspd3hsp文件中查找警告信息文件中查找警告信息 IGNORE=0時報告初始穿透 IGNORE=2和IGNORE=1一樣，打印警告信息 IGNORE=0IGNORE=0可以進行下面的操作可以進行下面的操作 在LS-PREPOST中，使用狀態(tài)按鈕在狀態(tài)0和狀態(tài)1之間切換。狀態(tài)0是初始化前的幾何，狀態(tài)1初始化后的幾何。 云圖顯示狀態(tài)1的合位移。狀態(tài)1的非零位移表示由于初始穿透而移動的

28、節(jié)點。General Tips對大多數(shù)的顯示碰撞仿真，推薦使用接觸：對大多數(shù)的顯示碰撞仿真，推薦使用接觸：* *CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE with SOFT=1CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE with SOFT=1 通常是最有效和最可靠的接觸 一個“全局”的接觸并不比幾個小接觸（除了梁）多花太多的時間 使用*contact_force_transducer監(jiān)視接觸力需要的時候，可使用需要的時候，可使用* *CONTACT_AUTOMATIC_GENERALCONTACT_AUTOMATIC_GENERAL接觸接觸 計算時

29、間長但對殼邊邊接觸和梁梁接觸的效果較好 如果接觸中有內(nèi)部的殼邊，試用*contact_automatic_general_interior接觸替代增加的空梁到殼邊的接觸對能可靠地建立接觸方向的簡單幾何體，非自動接觸通常是可靠的對能可靠地建立接觸方向的簡單幾何體，非自動接觸通常是可靠的 殼的厚度考慮不是強制的 正確的接觸方向是嚴格要求的（check) 隱式仿真首選的接觸方式General Tips對很薄的殼，如果接觸釋放，增加接觸厚度（增加到不小于對很薄的殼，如果接觸釋放，增加接觸厚度（增加到不小于1 1到到2mm)2mm)包含體單元的接觸可以受益于使用可選卡片包含體單元的接觸可以受益于使用可選

30、卡片B B中參數(shù)中參數(shù)SLDCHKSLDCHK和和SLDSTF(SLDSTF(簡單的方法是用簡單的方法是用* *mat_nullmat_null殼覆蓋體表面）殼覆蓋體表面）使用單向接觸（使用單向接觸（one-way contact),one-way contact),粗糙的網(wǎng)格做主面粗糙的網(wǎng)格做主面避免多余的接觸定義避免多余的接觸定義網(wǎng)格和材料相差較大的接觸，默認的接觸剛度要改變網(wǎng)格和材料相差較大的接觸，默認的接觸剛度要改變 修改*contact卡片3中的懲罰比例因子 設(shè)置*contact卡片A中的參數(shù)SOFT=1如果可能，避免幾何中的尖角如果可能，避免幾何中的尖角 保證倒圓角的網(wǎng)格質(zhì)量 使用

31、基于面段的接觸（SOFT=2）General Tips 如果如果d3hspd3hsp文件報告很多小的初始穿透，設(shè)置文件報告很多小的初始穿透，設(shè)置IGNORE=1IGNORE=1 穿過殼中性面的需要修正 默認的塊排序間隔通常是默認的塊排序間隔通常是OKOK的。對大多數(shù)的接觸，每的。對大多數(shù)的接觸，每100100個循環(huán)步排序一次。可以在個循環(huán)步排序一次。可以在* *contactcontact或或* *control_contactcontrol_contact中改變。對高速碰撞，更頻繁的排序?qū)a(chǎn)生較好的接觸計中改變。對高速碰撞，更頻繁的排序?qū)a(chǎn)生較好的接觸計算結(jié)果。算結(jié)果。 剛體應有合理的網(wǎng)格密

32、度，足夠分布接觸力（同時能給出剛體應有合理的網(wǎng)格密度，足夠分布接觸力（同時能給出精確的質(zhì)量性質(zhì)）精確的質(zhì)量性質(zhì)）Tied Contact Applications綁定接觸 適合于綁定網(wǎng)格差異大的部件適合于綁定網(wǎng)格差異大的部件 綁定準則綁定準則 從節(jié)點位于主面段的正交投影區(qū)內(nèi)，同時 投影距離在一個容差范圍內(nèi) 容差可以設(shè)置成接觸厚度的負值 大部分綁定接觸強加運動約束大部分綁定接觸強加運動約束 基于約束的綁定接觸不用剛體 OFFSETOFFSET或者或者TIEBREAKTIEBREAK選項調(diào)用基于懲罰的處理選項調(diào)用基于懲罰的處理 OK for rigid bodiesTied Contacts with Failure方向?qū)τ趨^(qū)分拉伸和