LS-DYNA显式时间步长与沙漏控制

1、LS-DYNA显式时间步长与沙漏控制显式时间步长与沙漏控制显式时间积分 基于时间积分的中心差分法基于时间积分的中心差分法 时刻时刻t tn的运动方程（无阻尼）的运动方程（无阻尼） Man=Pn-Fn+Hn M对角质量阵 P外部载荷体力 F内力（stress divergence vector） H沙漏阻力显式时间积分 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 显式时步计算 时间步长时间步长tss

2、ftssf* *L/cL/c Tssf=时间步长缩放因子（default=0.9） L=单元的特征长度 C=材料的声速 L/cL/c表示一个弹性应力波传过这个单元的时间表示一个弹性应力波传过这个单元的时间 时步和最高的频率成反比时步和最高的频率成反比 sqrt(k/m) 例如：梁单元的轴向模态 k=EA/L; m=AL sqrt(EA/AL2)= sqrt(E/)/L=c/L材料声速 高密度高刚度材料有高的声速高密度高刚度材料有高的声速 材料 声速（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特征长度L 体单元或厚壳单元体单元或厚壳单元 L=volume/areamax side 壳单元壳单元 L=area/lengthmax edge (Default) L=area/lengthdiagonal L=area/lengthmin side 梁单元梁单元 L=beam length显式时间步长的计算 离散的弹簧离散的弹簧 和长度无关（刚度直接给定） 和节点质量和弹簧刚度有关系 时步缩放因子（时步缩放因子（tssf)tssf)

4、 本质上来说，安全因子是确保计算的稳定 默认是0.9（爆炸模型取0.67） 如果计算不稳定或结果有疑问，可减小到0.8或更小（或者是用双精度计算）运行时间的一些说明 仿真分析运行的时间决定于：仿真分析运行的时间决定于： 问题的分析时间 时步大小（材料性质，单元大小） LS-DYNA使用所有单元时步的最小时步 单元的数目/单元公式 接触类型（通常影响不大） 附加计算选项的设置（如：二阶应力更新，沙漏能的计算，沙漏控制的类型等） 计算机的速度/CPU的数目 CPUCPU用时的估计用时的估计 估计的CPU用时可以通过发送开关命令（sw2)得到 假定时间步长保持不变 SOFT1推荐在包含软材料接触的情

5、况下使用，如泡方等。或者用于不同网格密度间的接触缩短运行时间 有些模型，运行时间短，不是问题。对于大模型或准静态有些模型，运行时间短，不是问题。对于大模型或准静态模拟，运行时间是重要的。通常，可采用下面几个步骤来模拟，运行时间是重要的。通常，可采用下面几个步骤来减少显式仿真的运行时间。减少显式仿真的运行时间。 当求解不正常时及早中断 避免不必要的小单元 软化材料（不建议使用） 使用单点积分单元公式（推荐的公式） 删除引起时步减少的单元 时间缩放（增大载荷，减少载荷作用时间） 质量缩放（增加质量） 有时使用隐式分析是一种高效的方法有时使用隐式分析是一种高效的方法 * *CONTROL_TERMI

6、NATIONCONTROL_TERMINATION 指定时间或循环（时间步）终止 当时步初始时间步长的某个小数时终止 能量变化达到某个百分数时终止 质量变化（仅用于使用质量缩放的求解）达到某个百分数时的终止 * *TERMINATION_TERMINATION_ BODY:基于刚体位移的终止 NODE:基于节点坐标值的终止 CONTACT:基于零接触力的终止终止控制单向接触类型 * *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 金属成型分析常用 ERODING_NODES_TO_SURFACE CONSTRAINT_NODES_TO_SURFACEONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE 类似于类似于NODES_TO_SURFACE CONTACT,NODES_TO_SURFACE CONTACT,除了除了 从面是面段的集合而不是节点集 借助于”INTFOR“二进制数据库文件可以显示出从面的压力分布（more on that later） 处理处理self_contact(self_contact(曲面）以及曲面）以及

8、part-to-partpart-to-part的接的接触触 仅需定义从面，无需定义主面（主面假定为和从仅需定义从面，无需定义主面（主面假定为和从面一样）面一样） 使用two-way treatment 总是考虑壳的偏置厚度总是考虑壳的偏置厚度 没有数据写到没有数据写到RCFORCRCFORC输出文件中。输出文件中。 必须设置力传感器*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_PENALTY来输出接触力SINGLE SURFACE CONTACT 类型类型 SINGLE_SURFACE（不推荐使用，“老的”基于节点的搜索方式） AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE（推荐使用

9、） AIRBAG_SINGLE_SURFACE ERODING_SINGLE_SURFACE AUTOMATIC_GENERAL AUTOMATIC_GENERAL_INTERIORSINGLE SURFACE CONTACT AUTOMATIC_SINGLE_SURFACEAUTOMATIC_SINGLE_SURFACE是碰撞模拟中应用最多是碰撞模拟中应用最多的接触的接触 AUTOMATIC_GENERALAUTOMATIC_GENERAL能够很好的处理壳的边边接触能够很好的处理壳的边边接触和梁梁接触和梁梁接触 计算比AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE慢许多 AIRBAG_SI

10、NGLE_SURFACEAIRBAG_SINGLE_SURFACE用于折叠的气囊展开用于折叠的气囊展开SINGLE SURFACE CONTACTEroding Contact 处于自由面的单元被删除后接触面会自动更新处于自由面的单元被删除后接触面会自动更新 单元删除是根据材料失效准则删除的，而不是因为eroding contact 时间步长自动的调整以满足接触时间步长时间步长自动的调整以满足接触时间步长 Eroding contact通常用在高速仿真中 借助于ECDT参数(*CONTROL_CONTACT)可以取消eroding contact对时间步长的影响 因为单元删除后，从节点将变为自

11、由节点，这些节点可以因为单元删除后，从节点将变为自由节点，这些节点可以在接触中继续考虑（质量守恒）在接触中继续考虑（质量守恒） 自由节点是否删除由*CONTROL_CONTACT中的ENMASS参数控制Eroding Contact * *CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACECONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE（推荐使用）（推荐使用） 基于*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE 面段方向不重要 * *CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACECONTACT_ERODING_NODES_TO_SUR

12、FACE 从面应包含所有要定义接触的节点 CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACECONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE 每一时步块排序一次Projectile Penetrating Plate删除的节点对接触的影响基于面段的接触(SOFT=2) 对壳单元，体单元和厚壳单元是基于惩罚的接触算法对壳单元，体单元和厚壳单元是基于惩罚的接触算法 刚度计算和刚度计算和SOFT=1SOFT=1采用相同的方式（基于稳定性原则）采用相同的方式（基于稳定性原则） 穿透搜索采用独特的方法穿透搜索采用独特的方法 该选项不能用于梁接触或节点到面的接触该选项不能用于

13、梁接触或节点到面的接触 运用运用 常规方法定义接触 在可选卡片A中，设置SOFT=2 970970以前的版本不能用以前的版本不能用MPPMPP基于面段的接触(SOFT=2)基于面段的接触(SOFT=2)即使节点没有穿透但面段仍有撞击即使节点没有穿透但面段仍有撞击因为检测的是面段与面段之间的穿透，而不是节点和面段之间的穿透如果模型的几何形状带有尖角或边沿，基于面段的选择是一个很好的选择 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基于面段的接触(SOFT=2) 忽略初始穿透忽略初始穿透 有初始穿透的节点在分析开始的时候不被移动 面段的初始穿透量会被存储起来，在计算接触力的时候，要从当前的穿透量中减去初始的穿透量作为接触力计算的穿透量 这种方法

15、一直贯穿在整个分析中，因此，如果一个在开始计算时未被检测到的穿透节点在第一次检测到穿透时不会因为很大的接触力而产生巨大的速度 所谓的“shooting node logic” 参数SNLOG对此接触没有影响 当参数IGNORE设置成1时对SOFT=0或1的初始穿透会作同样的处理基于面段的接触(SOFT=2) SOFT=2SOFT=2接触增加的选项接触增加的选项 SBOPT在可选的卡片A中 2（默认）：假定为平面面段 3：可考虑面段的翘曲 4：滑移选项 5：使用选项3和4 DEPTH在可选的卡片A中 2（默认）：检查面段穿透 3：同2，但穿透深度同时在面段边缘检查 5：同2，同时增加边边穿透的检

16、查基于面段的接触(SOFT=2)基于面段的接触(SOFT=2)Falling Balls using Segment-Based Contact基于面段的接触(SOFT=2)基于面段的接触(SOFT=2)Falling Blocks using Segment-Based Contact每一个块用一个块单元来定义，节点不和接触面段产生接触 有时用来阻止发生严重变形的泡沫单元产生负体积有时用来阻止发生严重变形的泡沫单元产生负体积 输入包括输入包括 Part set ID 惩罚因子 压垮激活因子（fraction of initial thickness） 970970版本中有用于对大剪切变形作改

17、进处理的选项版本中有用于对大剪切变形作改进处理的选项（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）可以由不相联的和不规则形状的面段组成（as in IGES surfaces） 允许使用负壳厚度

18、偏置（模具和工件的中性面一致） 当对工件调用”look ahead” h-adaptivity 时必须使用片金属成型中的接触 * *CONTACT_2D_CONTACT_2D_ 用于处理轴对称和平面应变单元中的接触 壳公式1215 梁公式7，8 CONTACT_2D_AUTOMATIC_.在显式仿真中优先使用 非自动接触CONTACT_2D.通常用在隐式仿真分析中2D Contact力传感器* *CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_optionCONTACT_FORCE_TRANSDUCER_option 提供一种在选定位置记录接触力的方便的方法提供一种在选定位置记录接触力的方便

19、的方法 只要指定从面只要指定从面 卡片卡片2 2和和3 3是空的是空的 力传感器不产生接触力力传感器不产生接触力 单元删除是根据材料失效准则删除的，而不是因为eroding contact * *CONTACT_FORCE_TRANSDUCERCONTACT_FORCE_TRANSDUCER的两个选项的两个选项 _PENALTY(测量基于惩罚的接触力） _CONSTRAINT（测量基于约束的接触力）粘性接触阻尼 通过通过* *contactcontact关键字中关键字中VDCVDC参数来指定参数来指定 抑制垂直与接触表面的振荡抑制垂直与接触表面的振荡 VDC=VDC=临界阻尼临界阻尼(2m(2

20、m) )的百分数的百分数 20的阻尼20，而不是0.2 界面固有频率的计算使用下面的参数界面固有频率的计算使用下面的参数 刚度 K=interface stiffness 质量 m=min mslave ,mmaster 对光滑接触力的噪声影响很有用。如一个对光滑接触力的噪声影响很有用。如一个partpart夹在其它两夹在其它两个个partpart之间，其接触力有时会出现明显的噪声之间，其接触力有时会出现明显的噪声相关的关键字卡片 * *DATABASE_optionDATABASE_option ASCII 输出文件 GLSTAT:整体的统计数据 RCFORC:合成的接触力 SLEOUT:接

21、触能量 NCFORC:在每一个节点的接触力（设置*contact打印标识SPR=1和MPR=1） Binary 输出文件 *DATABASE_BINARY_INTFOR-接触力和应力 a.在*contact_的卡片1中设置SPR=1和MPR=1 b.在执行命令行中包含参数s=filename 二进制文件可以被LS-PREPOST读入处理相关的关键字卡片(*CONTROL_CONTACT)对所有的接触设置默认的控制对所有的接触设置默认的控制全局的接触惩罚力比例因子（全局的接触惩罚力比例因子（Default=0.10)SLSFACDefault=0.10)SLSFAC Effect is cumu

22、lative with penalty scale factor specified on card 3 of *contact刚体和固定的刚性墙接触的比例因子刚体和固定的刚性墙接触的比例因子RWPNALRWPNAL非自动（非自动（non-automatic)non-automatic)接触时考虑壳厚度偏置接触时考虑壳厚度偏置SHLTHKSHLTHK对单面自接触考虑厚度的变化对单面自接触考虑厚度的变化THKCHGTHKCHG 必须同时在*control_shell设置标识，计算薄膜应变导致的壳厚度的改变SOFT=0SOFT=0时惩罚刚度的计算方时惩罚刚度的计算方PENOPTPENOPT自动检查

23、自动检查/ /重新定向接触面段的法向重新定向接触面段的法向ORIENORIEN对所有的接触设置默认的控制对所有的接触设置默认的控制全局的接触惩罚力比例因子（全局的接触惩罚力比例因子（Default=0.10)SLSFACDefault=0.10)SLSFAC Effect is cumulative with penalty scale factor specified on card 3 of *contact刚体和固定的刚性墙接触的比例因子刚体和固定的刚性墙接触的比例因子RWPNALRWPNAL非自动（非自动（non-automatic)non-automatic)接触时考虑壳厚度偏置接触

24、时考虑壳厚度偏置SHLTHKSHLTHK对单面自接触考虑厚度的变化对单面自接触考虑厚度的变化THKCHGTHKCHG 必须同时在*control_shell设置标识，计算薄膜应变导致的壳厚度的改变SOFT=0SOFT=0时惩罚刚度的计算方时惩罚刚度的计算方PENOPTPENOPT自动检查自动检查/ /重新定向接触面段的法向重新定向接触面段的法向ORIENORIEN相关的关键字卡片(*CONTROL_CONTACT) 单元删除后自由节点的接触处理方式单元删除后自由节点的接触处理方式ENMASSENMASS 块排序的频率块排序的频率NSBCSNSBCS 阻止使用壳的边缘长度来考虑接触厚度阻止使用壳

25、的边缘长度来考虑接触厚度SSTHKSSTHK 阻止侵蚀接触控制计算的时间步长阻止侵蚀接触控制计算的时间步长ECDTECDT 处理初始穿透的处理初始穿透的IGNOREIGNORE参数参数IGNOREIGNORE相关的关键字卡片(*CONTROL_CONTACT)接触摩擦能可选择计算摩擦能量并输出到二进制接触界面数据库中（可选择计算摩擦能量并输出到二进制接触界面数据库中（INTFORINTFOR），），用于用于“表面能量密度表面能量密度”的可视化的可视化 设置FRCENG=1(*CONTROL_CONTACT) 可以快速识别高摩擦区域 对片金属冲压成型时非常有用接触摩擦能是一个热源接触摩擦能是一个

26、热源 摩擦生热的计算目前还不可以。接触摩擦能可用于 锻造模拟 刹车啸叫（Brake squeal)通过接触进行热传递的计算已经可以实现通过接触进行热传递的计算已经可以实现 在*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE增加热选项 输入传导率和辐射参数 通过接触，高温部件向低温部件传递热量初始穿透 使用自动接触时，应该注意构造网格时要考虑到壳中性面使用自动接触时，应该注意构造网格时要考虑到壳中性面的偏置，否则将产生初始穿透的偏置，否则将产生初始穿透 默认的处理是把每一个初始穿透的从节点投射到主面上 几何形状会有所改变，可能产生初始屈曲 不能保证这种方法能消除所有的初始穿透 设置IGNO

27、RE=1(via *control_contact or *contact), 初始穿透的节点不被移动，然而，接触厚度根据穿透量会相应地减少。穿透减少，接触厚度增加，直至最大值到完全的接触厚度识别初始穿透 在在d3hspd3hsp文件中查找警告信息文件中查找警告信息 IGNORE=0时报告初始穿透 IGNORE=2和IGNORE=1一样，打印警告信息 IGNORE=0IGNORE=0可以进行下面的操作可以进行下面的操作 在LS-PREPOST中，使用状态按钮在状态0和状态1之间切换。状态0是初始化前的几何，状态1初始化后的几何。 云图显示状态1的合位移。状态1的非零位移表示由于初始穿透而移动的

28、节点。General Tips对大多数的显示碰撞仿真，推荐使用接触：对大多数的显示碰撞仿真，推荐使用接触：* *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触 一个“全局”的接触并不比几个小接触（除了梁）多花太多的时间 使用*contact_force_transducer监视接触力需要的时候，可使用需要的时候，可使用* *CONTACT_AUTOMATIC_GENERALCONTACT_AUTOMATIC_GENERAL接触接触 计算时

29、间长但对壳边边接触和梁梁接触的效果较好 如果接触中有内部的壳边，试用*contact_automatic_general_interior接触替代增加的空梁到壳边的接触对能可靠地建立接触方向的简单几何体，非自动接触通常是可靠的对能可靠地建立接触方向的简单几何体，非自动接触通常是可靠的 壳的厚度考虑不是强制的 正确的接触方向是严格要求的（check) 隐式仿真首选的接触方式General Tips对很薄的壳，如果接触释放，增加接触厚度（增加到不小于对很薄的壳，如果接触释放，增加接触厚度（增加到不小于1 1到到2mm)2mm)包含体单元的接触可以受益于使用可选卡片包含体单元的接触可以受益于使用可选

30、卡片B B中参数中参数SLDCHKSLDCHK和和SLDSTF(SLDSTF(简单的方法是用简单的方法是用* *mat_nullmat_null壳覆盖体表面）壳覆盖体表面）使用单向接触（使用单向接触（one-way contact),one-way contact),粗糙的网格做主面粗糙的网格做主面避免多余的接触定义避免多余的接触定义网格和材料相差较大的接触，默认的接触刚度要改变网格和材料相差较大的接触，默认的接触刚度要改变 修改*contact卡片3中的惩罚比例因子 设置*contact卡片A中的参数SOFT=1如果可能，避免几何中的尖角如果可能，避免几何中的尖角 保证倒圆角的网格质量 使用

31、基于面段的接触（SOFT=2）General Tips 如果如果d3hspd3hsp文件报告很多小的初始穿透，设置文件报告很多小的初始穿透，设置IGNORE=1IGNORE=1 穿过壳中性面的需要修正 默认的块排序间隔通常是默认的块排序间隔通常是OKOK的。对大多数的接触，每的。对大多数的接触，每100100个循环步排序一次。可以在个循环步排序一次。可以在* *contactcontact或或* *control_contactcontrol_contact中改变。对高速碰撞，更频繁的排序将产生较好的接触计中改变。对高速碰撞，更频繁的排序将产生较好的接触计算结果。算结果。 刚体应有合理的网格密

32、度，足够分布接触力（同时能给出刚体应有合理的网格密度，足够分布接触力（同时能给出精确的质量性质）精确的质量性质）Tied Contact Applications绑定接触 适合于绑定网格差异大的部件适合于绑定网格差异大的部件 绑定准则绑定准则 从节点位于主面段的正交投影区内，同时 投影距离在一个容差范围内 容差可以设置成接触厚度的负值 大部分绑定接触强加运动约束大部分绑定接触强加运动约束 基于约束的绑定接触不用刚体 OFFSETOFFSET或者或者TIEBREAKTIEBREAK选项调用基于惩罚的处理选项调用基于惩罚的处理 OK for rigid bodiesTied Contacts with Failure方向对于区分拉伸和