LS-Dyna碰撞分析調(diào)試指引

1、LS-DYNA碰撞分析調(diào)試LS-DYNA碰撞計算模型的主要檢查、調(diào)試項目有：a、質(zhì)量增加百分比小于5%;b、總沙漏能小于5%;c、滑移界面能；d、檢查各部件之間的連接、接觸關(guān)系是否定義正確，檢查模型的完整性；e、檢查數(shù)值輸出的穩(wěn)定性。一、質(zhì)量縮放Massseal的檢查：質(zhì)量縮放一一對于時間步長小于控制卡片中設(shè)置的最小時間步長的單元，我們通常采取增加單元材料密度的方法來增大其時間步長，以減短模型的計算時問。關(guān)于LS-DYNA中單兀時間步長的計算方法請參見附錄一。1、初步檢查。讓模型在dyna中運(yùn)行2個時間步，在Hyperview中調(diào)出glstat文件并檢查massscaling項（質(zhì)量增加應(yīng)該小

2、于5%）;調(diào)出matsum文件并檢查各部件的質(zhì)量增加情況，對于質(zhì)量增加過大以及有快速增長趨勢的部件應(yīng)檢查此部件的網(wǎng)格質(zhì)量和材料參數(shù)設(shè)置（質(zhì)量增加一般是由于單元的特征長度太小或者是材料參數(shù)E、p設(shè)置錯誤，導(dǎo)致該單元的時間步長低于控制卡片中設(shè)置的最小時間步長，從而引起質(zhì)量縮放）。2、全過程檢查。調(diào)整模型使其符合初步檢查的標(biāo)準(zhǔn)，計算模型至其正常結(jié)束。再按初步檢查的要求檢查調(diào)試整個模型直至達(dá)到要求。一個計算收斂的模型在其整個計算過程中，最大質(zhì)量縮放應(yīng)小于總質(zhì)量的5%o二、沙漏能Hourglassenergy檢查：沙漏能的出現(xiàn)是因為模型中采用了縮減積分引起的，我們常用的B-T單元采用的是面內(nèi)單點(diǎn)積分，這

3、種算法會引起沙漏效應(yīng)（零能模式）。具體介紹參見附錄二。檢查：在dyna中計算模型至其正常結(jié)束。在Hyperview中調(diào)出glstat文件并檢查energy的totalenergy、Hourglassenergy兩項，整個計算過程中沙漏能應(yīng)小于總能量的5%。三、滑移界面能slidinginterfaceener的檢查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。劇烈的滑動摩擦?xí)鸫蟮恼档幕平缑婺?；未能檢測到的穿透（undetectedpenetration9常常會引起大的負(fù)值的滑移截面能。詳細(xì)介紹請參見附錄三。我們通常通過slidinginterfaceenergy/knightenergy來考察計

4、算結(jié)果的準(zhǔn)確性。四、模型碰撞變形模式的檢查:從碰撞動畫來診斷計算結(jié)果是否準(zhǔn)確。1、檢查各部件的碰撞變形是否合理；2、檢查整個模型，是否有漏缺的重要零件（對計算結(jié)果影響不容忽略的零件）3、檢查各部件之間的相對運(yùn)動是否正確（主要是檢查錢鏈、彈簧等聯(lián)接定義是否正確）；4、檢查各部件之間是否有出現(xiàn)明顯穿透、干涉。五、數(shù)值輸出的檢查：主要檢查B柱加速度曲線及各主要截面力曲線等輸出數(shù)據(jù)的可靠性，這些數(shù)值應(yīng)避免出現(xiàn)嚴(yán)重的振蕩。LS-DYNA汽車碰撞計算過程中經(jīng)常遇到的問題及解決方法:癥狀一：出現(xiàn)了很大的，并且為負(fù)值的slidinginterfaceenergy原因分析：通常是由于模型中存在的初始穿透，而Dy

5、na計算的初始化中無法消除掉這些初始穿透。診斷手段：刪除掉模型中所有的接觸定義，運(yùn)行2cycle,再查看sleout文件查看穿透情況。產(chǎn)看d3hsp文件中關(guān)于初始穿透的警告信息。解決對策：如果是兩層板的穿透，Dyna的初始穿透糾正功能可以解決部分問題。如果是多層板的穿透，其將無能為力。此時需要手動的消除模型的初始穿透。癥狀二：模型的初始動能明顯不合理診斷手段：1 .檢查d3hsp中模型的總質(zhì)量2 .檢查模型的三個方向的速度3 .檢查d3hsp中各個部件的質(zhì)量4 .剛體的質(zhì)量會合并到master部件中5 .*PART_INERTIA中定義的速度優(yōu)先級高于*INITIAL_VELOCITY6 .檢

6、查matsum中各個部件的能量（動能、沙漏能）7 .確認(rèn)定義為*PART_INERTIA的部件都定義了初速度8 .確認(rèn)定義為*PART_INERTIA的部件沒有作為合并剛體中的slave（可作為master）9 .部件出現(xiàn)很高的速度，通常是由于接觸中的初始穿透引起。癥狀三：計算異常終止原因：計算終止通常只有以下4個原因1 .輸入文件關(guān)鍵字定義錯誤。LS-DYNA對輸入文件的格式要求十分嚴(yán)格，除默認(rèn)值外，空白行是不被允許的。注釋行必須以符號“$”開始。2 .單元負(fù)體積。3 .節(jié)點(diǎn)速度無限大。4 .網(wǎng)格畸變嚴(yán)重，計算不收斂。5 .硬盤空間不足。診斷手段：除最后一個原因外，其他的錯誤原因都可以在me

7、ssage文件中找到解釋。癥狀四：體單元出現(xiàn)負(fù)體積現(xiàn)象描述：LS-dyna計算時報錯：Error：Negativevolume原因：常出現(xiàn)在泡沫、橡膠材料定義中。1. 加載在體單元上的載荷遠(yuǎn)大于單元的剛度2. 應(yīng)力應(yīng)變曲線定義出問題，當(dāng)dyna外推該曲線是出現(xiàn)異常3. Foam單元在回彈時出現(xiàn)負(fù)體積，在材料mat_low_density上增加一定的阻尼會有幫助。4. 使用Contact_Interior定義在FOAM模型上。5. 在實(shí)體單元上附一層Null殼單元，而后使用automaticsinglesurfacecontact6. Foam材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線需要是平滑的癥狀五：節(jié)點(diǎn)速度無限

8、大現(xiàn)象描述：在動畫模型中表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)突然從表面呈爆炸狀飛出。LS-dyna計算時報錯Error：Nodevelocityoutofrange原因：1 ,一般是由于材料參數(shù)的單位不一致引起的，在建立模型時應(yīng)注意單位的統(tǒng)2 .在本該發(fā)生接觸的地方?jīng)]有定義接觸或者接觸定義錯誤。診斷手段：按照以下的步驟1 .顯示碰撞動畫的最后一步；2,取出帶有發(fā)散點(diǎn)的部件3 .反轉(zhuǎn)顯示部件4 .檢查該部件的部件號5 .在前處理中，檢查該部件的網(wǎng)格，包括模型中的裂縫、單排單元等6 .檢查對應(yīng)部件的異常出現(xiàn)的過程，找到最初出現(xiàn)異常的位置7 .檢查重合單元8 .檢查部件的材料和屬性9 .檢查接觸定義10 .把時間步長設(shè)小試試

9、癥狀六：時間步長太小原因：1 .在試運(yùn)行中關(guān)掉質(zhì)量縮放，檢查單元的時間步長信息2 .檢查材料屬性中是否使用了正確的單位制3 .檢查Foam的應(yīng)力-應(yīng)變曲線4 .檢查Beam單元的材料和屬性5,梁單元和阻尼單元，確定兩端沒有連接在零質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)上。6 .檢查是否因為初始穿透調(diào)整，導(dǎo)致了單元尺寸變化7 .如果梁單元參與接觸，則也應(yīng)該0fset癥狀七：模型變形模式不正常診斷手段：1,查看整個模型的變形動畫2 .常出現(xiàn)的問題有，如果是做前碰分析，也需要對后部結(jié)構(gòu)的變形。因為后部的接觸可能會出現(xiàn)問題3 .察看斷面，確定接觸計算沒有異常4 .察看速度、塑性應(yīng)變和應(yīng)力的變化情況癥狀八：*CONSTRAINED

10、_EXTRA_NODES定義錯誤現(xiàn)象描述：其*Errot1partBisinputpliaseuillcontinueifpossible*Errorundefinednodett0inputphaseuillcontinueifpossible*Uarning*CONSTRAINED_EXTnA_NODES_.Keywordismispelled-assumingNODEoptionKEVWORDtypedas-«CONSTRAINED_EXTRA_NODES_CheckInputdeck原因：一般是因為模型中定義extranodes的剛體被刪除或者是節(jié)點(diǎn)所依附的單元被刪除。措施：

11、在K文件中找出所有以下類型的關(guān)鍵字（PartID或者NodeID/NodesetID為0）并刪除。EXTRA5ETJHMNAMEGROUPS71b-piLJ-SGC$HU8LORGROUPS7128附錄LS-DYNA一用的顯式中心培分法是有條件穩(wěn)定的.只有當(dāng)時間步小護(hù)臨界時間步時穩(wěn)定f參見第二零顯式枳分方法h2St<A產(chǎn)=其中山叩不=設(shè)大門然向頻率將桿件臨界時間步長為£At=C其中特征氏魔和波速C取決單元類早：梁1'打i-lentkofthe小包瓷逑啦for切舟”切*.柄臺*/2A殼單元工/=,max（LiI*?/）HpQ-2）體單元1對手號節(jié)點(diǎn)文休單元：，=v/A,4

12、皿為雎元最大一儲的面枳.對于4節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元f二及小高度臨界時間步尺才由3DWAEI動計算&它依人于單元長廢和材料特性.LS-DYNA在計算所需時間步時檢杳所有單元*為達(dá)到穩(wěn)定采用一個比例系數(shù)缺管為來減小時間步；&=0舅c從而對于糙個有限元模型來說,控制比際計算時間步匕的是最小尺寸單元，與模型的網(wǎng)格質(zhì)最不是很好的時候,如有很笠的小單元在在，此時計真的時間將成倍的增加為減小計肆吊.需要人為地控制3DYNA時間步長.稱之為質(zhì)累緡放，此時在不改變有限元模型的前提下.加大實(shí)際計算時間步長,以殼小無為例：單元1由上面公式可知，可以通過調(diào)性該單元的密度來增大它的時間步長（彈性模質(zhì)一般不謝幅因

13、為接觸中需要真實(shí)的弗性模設(shè)）,LIDYNA由關(guān)鍵字，CONTROLTIMESTEP中參數(shù)DT2MS求人為控制時間步長，通過輸入期望的實(shí)際計兌時間步長,程序自動增加對應(yīng)單元的密度：牛絲坐為單元j的密度在LS.DYNA中,有兩種質(zhì)中:縮放方案：DT2MS為止的時間步：通過謝整單元密度，使得所有單元都具有相同的時間步長，只用丁慣性效應(yīng)不歪要時。DT2MS為負(fù)的時間步：質(zhì)最縮放只用了小丁指定時間步氏Di的小元。使用質(zhì)景縮放可以顯著地降低求解的時間,需要注意的是,某些單元定度的增加必然導(dǎo)致有限元模型整體質(zhì)於的額外增加.齒要考慮模型的慣性效應(yīng)時，應(yīng)該對增加岐戰(zhàn)的仃分比進(jìn)行控制（同時還需考慮接觸的穩(wěn)定性）,

14、即不可任意的設(shè)定實(shí)際計算時間步長，一般情況下應(yīng)控制質(zhì)吊增加百分比在5%之內(nèi)，在3DYNA運(yùn)行窗口中有該參數(shù)的顯示.附錄二LS-DYNA兩用單點(diǎn)（縮減）高斯稅分的單元進(jìn)行非線性動力分析可以極大的節(jié)？?計算機(jī)時*也有利大變形分析,他是引點(diǎn)枳分可能引起零能模式或稱沙漏稅式f參見第片，沙漏足一種以比結(jié)構(gòu)仝局響悔高希多的頻率震蕩的零能變形模式，足單元剛度地防中秩不足導(dǎo)致的，而這些是由于枳分點(diǎn)不足導(dǎo)致的：沙漏模式導(dǎo)致一腳在數(shù)學(xué)上是檢定的，但在物理上無法實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)他們通常沒有剛度，變形早現(xiàn)般齒形網(wǎng)格,單點(diǎn)實(shí)體電元的沙漏模式如圖T即/元可以按照綠線的形狀變動.總體表現(xiàn)形£i伴中兀在分析中沙漏變聰?shù)某?/p>

15、現(xiàn)使結(jié)果無效，所以，悔減小和避缸如果總體沙潮能超好模型總體內(nèi)傕的10%,那么分析可能就骷無效的,有時怏甚至5%的沙幅能也是不允許的.所以非常有必要對它進(jìn)行控制.方法一：總體調(diào)整模型的體積粘度可以減少沙浜變形，粘性沙漏控制推薦用于快速變形的何題中f例如激振波L人工體枳粘段本來是用了處理腳力被的何題,因為在快速變月過程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波,形成壓力、冷慢、質(zhì)點(diǎn)加速度和能受的跳躍,為求解的挽定性,加進(jìn)人工體積粘性.使成力波的力i間斷模糊或花相力狹窄區(qū)域內(nèi)急劇殳化但卻是在域變化的U由于沙漏是一種以比蠟構(gòu)全局響應(yīng)高得當(dāng)?shù)念l率凝弱，調(diào)整模型的體積粘度能減少沙漏生時，在LS,DYNA中由關(guān)愷字*CONTR

16、OLBULK.VISCOFTY控制方法通過總f婀加剛度或粘性HIM來控制,由關(guān)簿戶CONTROL_HOURGLASS控制.對于育速何意急用粘度公式（缺希），時F低速問題建議用剛度公式（4、5r方法三為防止模型的總體剛度因附加剛度而闡加過大時，可不用總體設(shè)置酊加剛度或粘發(fā)可劃過關(guān)犍學(xué)*HOURGLASS用時沙漏能過大的MRT進(jìn)行沙漏控制,參數(shù)與總體設(shè)置一樣（通過"PART關(guān)林下。相美PART建0：連接，小A四使用全枳分單元，由丁沙海是由丁堆點(diǎn)枳分導(dǎo)致的,所以可以使用相由的至枳分單元來控襦沙漏.此時沒有沙蠢模式,但在大變格情況下模里過剛健,其實(shí)通過使用好的模型方式可以減少沙漏的產(chǎn)生：網(wǎng)棉

17、的細(xì)化，避免他加單點(diǎn)載荷，分散一造金積分的“種子I冷元于易產(chǎn)生沙漏模式的部件中從而減少沙漏.附錄三滑動界而能分兩種情況；有摩擦和沒有摩擦.當(dāng)沒有摩擦?xí)r即在接觸中沒仃定義摩擦系數(shù),揖動界面能為接觸彈簧保持的勢能（如圖），但在碰撞過程中，能敏的轉(zhuǎn)換悶該是接觸彈25的勢能轉(zhuǎn)化為動能動徒轉(zhuǎn)化為變形能,所以在計尊中滑動界而能是非物理的,應(yīng)巧控制在根小的值以內(nèi)M叫悄印TH善L式中f為接觸彈簧力.P為滲透最，S”為滑動界面能口在純彈性碰撞中.滑動界血能完仝轉(zhuǎn)化為動能（如圖所示）.若為彈型性碰撞，即有w變能.則甜動界面能成完全特化為動能和應(yīng)變能.當(dāng)有摩擦?xí)r,在酒動界而能中包含了摩擦能.此時除了在接觸面的法向有

18、猾動界而能.在切向也產(chǎn)生界面摩擦徒0LS.DYNA的接觸摩擦址庫侖公式，摩擦系數(shù)山卜.式計克*生=國+（s-gd）e-,DCBV）內(nèi)=靜摩擦系數(shù)陽=動摩擦系數(shù)DC二指數(shù)衰勰系數(shù)v=接觸血間的相對速度若DC或v=0則4c=,在庫侖力作用下界面剪切應(yīng)力在某些情況下會亦常大,可能會超過材料的承受極限,所以要限制最大摩擦力，最大摩擦力可以由粘性摩擦系數(shù)VC和接觸段的面枳來定義：與，=y.4加vc=%粘性摩擦系數(shù)常用丁接觸引起里性流動的情況.推花其值為5/3這里/，表示接觸材料的屈服應(yīng)力。f?對滑動界而能常遇到的問題是出現(xiàn)負(fù)位，仃兩種情況會導(dǎo)致負(fù)的滑動界血能：1 .基于段的映射方式2 .初始滲透1 .基

19、于段的映射方式I如圖所示：。點(diǎn)在兩段的交界處檢杳不到滲透產(chǎn)生，所以會滑到接觸厚度中去,此時程序發(fā)現(xiàn)有滲透3點(diǎn)存在,必定會給它施加一個接觸力，把它拉回到接觸而上，此時整個系統(tǒng)在對從。點(diǎn)做功，消耗它的接觸勢能（但此前沒有得到動能的補(bǔ)充），所以表現(xiàn)為負(fù)的滑動界血能。實(shí)際上的滑動界血能與計算的滑動界面能的比較:解決該問盅的方法是擴(kuò)充主段的接觸血，如圖所示，在兩段交接處使接觸血能捕捉到接觸滲透,由“CONTACT關(guān)惟字中的MAXPAR參數(shù)洞整,2 .初始滲透在建立仃限元模型中,可能會存在模型之間有干涉問題。程序在開始計算時會力動檢自初始滲透，若石初始滲透.程序提出警告,并把這些"點(diǎn)移動到可能接觸的界面上.在這過程中.系統(tǒng)要