LS-DYNA常见问题及解决策略-(2012年11月7日)

2011/11/91湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室张冠军[e-mail]2011/11/91湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/92主要内容基础知识单位制沙漏问题能量控制负体积接触节点数据输出材料碰撞分析原则湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/93LS‐DYNA基础LS‐DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性基本情况湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/94LS‐DYNA基础LS‐DYNA是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（160多种材料动态模型）和接触非线性（40多种接触类型）程序它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法以显式求解为主，兼有隐式求解功能以结构分析为主，兼有热分析、流体‐结构耦合功能以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成形后的回弹计算）软件特点湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/95LS‐DYNA基础非线性动力分析热分析失效分析裂纹扩展分析接触分析准静态分析欧拉场分析任意拉格朗日‐欧拉（ALE）分析流体‐结构相互作用分析不可压缩流体CFD分析实时声场分析多物理场耦合分析（结构、热、流体、声场等）分析能力湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/96LS‐DYNA基础金属塑料玻璃泡沫编制品橡胶（人造橡胶）蜂窝材料复合材料混凝土和土壤炸药推进剂粘性流体用户自定义材料材料库2011/11/92湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/97LS‐DYNA基础体单元薄/厚壳单元梁单元焊接单元离散单元束和索单元安全带单元节点质量单元SPH单元单元库（140多种）湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/98LS‐DYNA基础柔体对柔体接触柔体对刚体接触刚体对刚体接触边‐边接触侵蚀接触充气模型约束面刚墙面拉延筋接触方式（50多种）湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/99LS‐DYNA基础利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟，用较简单的问题代替复杂问题后再求解由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段能直观地显示结构的应力、应变云图，方便结构分析LS‐DYNA有限元分析的优点湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/910LS‐DYNA基础汽车工业：碰撞分析、气囊设计、约束系统匹配、部件加工航空航天：鸟撞、飞机结构冲击动力分析、碰撞，坠毁、冲击爆炸及动态载荷、火箭级间分离模拟分析、宇宙垃圾碰撞、特种复合材料设计制造业：冲压、锻造、铸造、切割建筑业：地震安全、混凝土结构、爆破拆除、公路桥梁设计国防工业：内弹道和终点弹道、装甲和反装甲系统、穿甲弹与破甲弹设计、战斗部结构设计、空气，水与土壤中爆炸电子领域：跌落分析、包装设计、热分析、电子封装生物医学体育器材LS‐DYNA应用领域湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/911LS‐DYNA基本分析流程几何模型修正几何模型读取单元尺寸的定义和模型网格划分定义单元属性、材料参数施加载荷和边界条件结果的后处理修改设计前处理计算求解后处理LS‐DYNA基础湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/912前处理软件FEMBLS‐PREPOSTHYPERMESHANSYSPATRANFEMAPLS‐DYNA基础2011/11/93湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/913LS‐DYNA求解器支持单机和并行计算支持Windows、Unix、Linux等系统有32位、64位版本有单精度、双精度版本LS‐DYNA基础湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/914LS‐DYNA求解器LS‐DYNA基础湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/915LS‐DYNA求解器LS‐DYNA基础湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/916后处理软件LS‐PREPOSTHYPERVIEWANSYSLS‐DYNA基础湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/917基本概念关键字文件由前处理软件生成*KEYWORD*END*NODE*ELEMENT*PART*SECTION*MAT*CONTACT*CONTROL*DATABASE*CONSTRAIN/*BOUNDARY*LOAD*SET湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/918关键字基本内容*KEYWORD$ETA/DYNAFORM:DYNA3D(960)INPUTDECK$DATE:Nov3,2003at17:19:47$*TITLENumisheet96:S-railStamping以$开始的是注释行输入文件的第一个关键词都是*KEYWORD该分析项目的标题*END输入文件的最后一个关键词都是*ENDLS‐DYNA基础2011/11/94湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/919关键字组织结构LS‐DYNA基础湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/920常用单位系统单位制湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/921单位制引起的问题无法计算，提示错误不提示任何错误，能够计算单位制湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/922单位制统一a=m/s21加速度单位=1长度单位/1时间单位的平方F=ma1力单位＝1质量单位×1加速度单位1N=1kg×1m/s2=1kg×103mm/s2=103kg×1mm/s2(mm/T/s/N)=1kg×103mm/106ms2=10-3kg×1mm/ms2(mm/ms/kg/kN)单位制湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/923单位制辨别根据模型尺寸确定长度单位根据密度确定质量单位根据弹性模量确定时间的单位也可根据加速度确定时间的单位单位制K文件中注明单位制如何根据关键字辨别单位湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/924沙漏的产生Hourglass有限元计算的数值积分采用高斯积分方法2011/11/95湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/925沙漏的产生Hourglass有限元计算的数值积分采用高斯积分方法单元原始状态单元受剪后应该的状态单元受弯后应该的状态例如一阶四边形缩减积分单元，有四个节点，但只有一个积分点“*”，位于单元中心位置。如果单元受剪或者受弯，必然会发生变形。湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/926沙漏的产生Hourglass沙漏的零能模式单元原始状态单元受剪后应该的状态单元受弯后应该的状态在原始、受剪和受弯状态下，单元积分点上的主应力和剪应力状况都没有发生变化，也就是说该单元可以自由地在这三种形态之间转变而无需外力。因此，很小的扰动理论上可以让单元无限地变形下去，而不会消耗任何能量。湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/927沙漏的控制Hourglass缩减积分引起沙漏的零能模式缩减积分计算效率高、速度快需要对沙漏进行控制，人为地给单元加上一定的刚度沙漏只影响实体和四边形单元而四面体单元、三角形壳单元、梁单元没有沙漏模式但四面体单元、三角形壳单元缺点是在许多应用中被认为过于刚硬湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/928沙漏的控制Hourglass当显式动态分析使用缩减积分单元时，应判断沙漏是否会显著的影响结果。沙漏能量不能超过内能的5‐10％。沙漏能量和内能的对比可在ASCⅡ文件GLSTAT和MATSDM*database_glstat输出系统沙漏能*database_matsum输出各部件沙漏能需要提前在*control_energy卡片中设置HGEN＝2湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/929沙漏的控制HourglassHGEN Hourglass energy calculation option. This option requires significantadditional storage and increases cost by ten percent:EQ.1: hourglass energy is not computed (default),EQ.2: hourglass energy is computed and included in the energybalance. 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/930沙漏的控制HourglassSHGE Output shell hourglass energy density:EQ.1: off (default), no hourglass energy written,EQ.2: on.壳单元可以绘制沙漏云图*database_extent_binary卡中设置SHGE=2LS‐Prepost中选择FcompMischourglass energy2011/11/96湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/931沙漏控制方法Hourglass网格细化、网格均匀（建模过程控制）避免单点集中加载（加载控制，压力载荷）使用全积分单元（根本解决、耗时、刚硬）LS‐DYNA软件控制湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/932LS‐DYNA沙漏控制策略Hourglass通过增加正交的稳定矩阵控制沙漏刚性沙漏控制：增加单元抵抗沙漏模式的刚度，单元变硬粘性沙漏控制：在沙漏方向上的速度施加阻尼，抑制作用*CONTROL‐HOURGLASS：整体，低优先级*HOURGLASS：Part，高优先级湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/933LS‐DYNA沙漏控制方法HourglassIHQ：沙漏控制模式QH：沙漏控制系数湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/934LS‐DYNA沙漏控制方法‐IHQHourglassIHQ=1，2，3：粘性控制模式，用于高速IHQ=4，5，6：刚性控制模式，用于低速IHQ=8：仅用于16号壳单元湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/935IHQ=6Hourglass对于单元类型1的体和减缩积分2D体(shell types 13 & 15)，调用了一种假设应变协同转动方程（单元表现的像一个有同样假设应变场的全积分单元），厚度方向仅需一层单元即可获得正确的弯曲刚度（QH=1）。在隐式计算时，对于类型1的体单元应该总是使用Type 6的沙漏控制（默认）单元长宽比较大或歪斜较严重，推荐使用对于较软材料的控制效果较好，泡沫、蜂窝铝、人体组织湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/936沙漏效果对比Hourglass2011/11/97湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室2011/11/937LS‐DYNA中的能量类型能量控制总能量在GLSTAT中输出湖南大学汽车车身先进设