LS-Dyna碰撞分析调试指南

1、LS-DYNA碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%;b、总沙漏能小于5%;c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性;e、检查数值输出的稳定性。一、质量缩放Mass scale 的检查：质量缩放一一对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我 们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时 问。关于LS-DYNA中单兀时间步长的计算方法请参见 附录一。1、初步检查。让模型在 dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出 glstat文件并检查 mass scali

2、ng 项（质量增加应该小于 5%）;调出matsum 文 件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件 应检查此部件的网格质量和材料参数设置 （质量增加一般是由于单元的特征长度 太小或者是材料参数 E、p设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设 置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。2、全过程检查。调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结 束。再按初步检查的要求检查调试整个模型直至达到要求。一个计算收敛的模 型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% o二、沙漏能Hourglass energy 的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分

3、引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式） 。具体介绍参见财 录二。检查：在dyna中计算模型至其正常结束。在 Hyper view 中调出glstat文 件并检查 energy 的total energy 、Hourglass energy 两项，整个计算过程中 沙漏能应小于总能量的5%。三、滑移界面能sliding interface energy 的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations ）常常会引起大的 负值的滑移截面能。详细介绍请参见附

4、录三。我们通常通过 sliding interface energy / knight energy来考察计算结果的准确性。四、模型碰撞变形模式的检查：从碰撞动画来诊断计算结果是否准确。1、检查各部件的碰撞变形是否合理；2、检查整个模型，是否有漏缺的重要零件（对计算结果影响不容忽略的零件）3、检查各部件之间的相对运动是否正确（主要是检查钱链、弹簧等联接定义是否正确）；4、检查各部件之间是否有出现明显穿透、干涉。五、数值输出的检查：主要检查B柱加速度曲线及各主要截面力曲线等输出数据的可靠性，这些数值应避免出现严重的振荡。Word资料LS-DYNA汽车碰撞计算过程中经常遇到的问题及解决方法:症状一

5、：出现了很大的，并且为负值的sliding interface energy原因分析：通常是由于模型中存在的初始穿透，而Dyna计算的初始化中无法消除掉这些初始穿透。诊断手段：删除掉模型中所有的接触定义，运行2 cycle，再查看sleout文件查看穿透情况。产看d3hsp文件中关于初始穿透的警告信息。解决对策：如果是两层板的穿透，Dyna的初始穿透纠正功能可以解决部分问题。如果是多层板的穿透，其将无能为力。此时需要手动的消除模型的初始穿透。症状二：模型的初始动能明显不合理诊断手段：1 .检查d3hsp中模型的总质量2 .检查模型的三个方向的速度3 .检查d3hsp中各个部件的质量4 .刚体的

6、质量会合并到master部件中5 . *PART_INERTIA中定义的速度优先级高于*INITIAL_VELOCITY6 .检查matsum 中各个部件的能量（动能、沙漏能）7 .确认定义为*PART_INERTIA的部件都定义了初速度8 .确认定义为*PART_INERTIA的部件没有作为合并刚体中的slave （可作为master ）9 .部件出现很高的速度，通常是由于接触中的初始穿透引起。症状三：计算异常终止原因：计算终止通常只有以下 4个原因1 .输入文件关键字定义错误。LS-DYNA对输入文件的格式要求十分严格，除默认值外，空白行是不被允许的。注释行必须以符号“$”开始。2 .单元

7、负体积。3 .节点速度无限大。4 .网格畸变严重，计算不收敛。5 .硬盘空间不足。诊断手段：除最后一个原因外，其他的错误原因都可以在message文件中找到解释。症状四：体单元出现负体积现象描述：LS-dyna 计算时报错： Error： Negative volume原因：常出现在泡沫、橡胶材料定义中。1 .加载在体单元上的载荷远大于单元的刚度2 .应力应变曲线定义出问题，当 dyna外推该曲线是出现异常3 . Foam单元在回弹时出现负体积，在材料 mat_low_density上增加一定的阻尼会有帮助。4 . 使用Contact_Interior 定义在FOAM 模型上。5 .在实体单元

8、上附一层Null壳单元，而后使用 automatic single surfacecontact6 . Foam材料的应力-应变曲线需要是平滑的症状五：节点速度无限大现象描述：在动画模型中表现为节点突然从表面呈爆炸状飞出。LS-dyna 计算时报错 Error ： Node velocity out of range原因：1 . 一般是由于材料参数的单位不一致引起的，在建立模型时应注意单位的统2 .在本该发生接触的地方没有定义接触或者接触定义错误。诊断手段：按照以下的步骤1 .显示碰撞动画的最后一步；2 .取出带有发散点的部件3 .反转显示部件4 .检查该部件的部件号5 .在前处理中，检查该部

9、件的网格，包括模型中的裂缝、单排单元等6 .检查对应部件的异常出现的过程，找到最初出现异常的位置7 . 检查重合单元8 .检查部件的材料和属性9 .检查接触定义10 .把时间步长设小试试症状六：时间步长太小原因：1 .在试运行中关掉质量缩放，检查单元的时间步长信息2 .检查材料属性中是否使用了正确的单位制3 .检查Foam的应力-应变曲线4 .检查Beam单元的材料和属性5 .梁单元和阻尼单元，确定两端没有连接在零质量的节点上。6 .检查是否因为初始穿透调整，导致了单元尺寸变化7 .如果梁单元参与接触，则也应该ofset症状七：模型变形模式不正常诊断手段：1 .查看整个模型的变形动画2 .常出

10、现的问题有，如果是做前碰分析，也需要对后部结构的变形。因为后部的接触可能会出现问题3 .察看断面，确定接触计算没有异常4 .察看速度、塑性应变和应力的变化情况症状八：*CONSTRAINED_EXTRA_NODES 定义错误现象描述：* Error part K：0 is cut-of-rangeinput phase will continus if pcssibli* Error undefined node tS9injput phase Hill continue if possible* Earning *COHGTHAlHED_XlHfl_hODES_. Ktyuord ii ni

11、mpelled - assuming NOOE option KEVVORD tped as - -CCMST BAIHED_EXTRA_NOPES_fr Chech Input deck原因：一般是因为模型中定义extra nodes的刚体被删除或者是节点所依附的单元被删除。措施：在K文件中找出所有以下类型的关键字(Part ID或者Node ID/Node set ID为0）并删除。*CCH3TF.A IMETHOPES SET SEHNAM GROUPS25Z593附录LS-DYNA果用的显式中心八分法是有条件跪出的.只看当时间步小干临畀时间步时横定（参见第二苟显式积分方法22 严综2工

12、U-irnwi =E大门然珀恒率杆件的临界时间先忆.一上锹*牙氏酬仍必VP用杆件临界时间步性为工TA尸 o其中特怔长慢/川波速c取决唯元类型L 来的通fr shalis: i壳也福max(L1,L”I ,，Vp(i-)体中心工1卮8点实体忧心t= * 4tt为电无最大一翻的面机时了 4匕疝文体单元=1 = 1小窝度筋界时间另代9由3DYNA仃劲计算 它依赖于单元长展和材料特性,LS-DYNA 讨算所需时间步时检育所仃地冗为达到质定采用牛比例条数（站有为口力来减小时间 步Ar=0.9从而对整个有限元模型来说,控制实际计算时网抄长的是岫小尺寸不冗.冷模型的网 格质量不是彳R好的时候,加有根步的小单

13、元存在,此时订算的旧印将成借的墙加.为减小计 算趾.需薯人为地拴制ls_dyma时同步盘称之为质晶缩故.此时在本改史言磔元模型的 芾提下,加大女际计肆时间赤区以尧第元为例单元1山川 %=E :=Hiific = V（”/）Q由上面公式可知.可以通过调整读单元的密度来增大它的时间步长（弹性模量一锻不调 整.网为接触中心性直处的弹性模量），LS_DYNA由关健*8NTROL/nMESTEPHi参酗 DTZMS发人为控制时同步长,籁过输入期里的实际计舁时向步氏.程序自动增加对同电元 的吃房） _ （. /）Pj区 F ,=牛生乎为隹元j的密度片（1-哈任L5-DYNA中，有画种质7躺放方粕DT2MS

14、为止的时间生；通过调整帆元的度，使得所有单元都具有相同的时间步长,只用于惯性效度不圣要时.DT2MS为负的时间步：质讹缩放只用于小丁指定时同步长Dt的电元使第质鼠缩放可以显著地降惬求解的时时,需要让露他居.某共单元褂橙的增加必然子 致有限元模型整体质量的糖外烟加,当需要著欣模型的福性颊应时.党祓对增加质量的百分 比鹿打控制（同牌还需考虑接触的稳定性）,即不可任意的设定丈际计算时同步性.一般情 况下，底控方质脑厝加白分比布5%之内,在】$DYNA运行窗口中存该辱镀的显打，附录二LS-DYNA闷用色&缩感）高斯积分的中元进行等线性动力分析“1掘人的V省计算机 时.也有利于大变形分析；似是早点视分可

15、能引起零能模式，或林沙海模式（蓼见究.章）.沙洞是一种以比结陶局响附将存多的蜿率震疡的零能堂形模式，足通用喟段如防中秩 小足导致的，而由此是由于枳分H不足铮致的.沙漏税武好致一浒在数学上是稳定尚、但在 捌理上无法史观的秋态。他们加常法刚畦，斐形呈一现傥心形网格，M点实体电元的沙漏模 式如归，即小元可以按照绿结的暗状曾动，总体未现形式:壳单元休他元在分析中澄海变田附山现使站里无效.所以应封盘减小和避兔.如枭总体沙漏能超过模 型总体的能的1。%.那幺分析可能就是无效的.有时候在至5物的沙漏能也是不允许的.所 以上常吞必要对它进行拄制方法一:总体蚓弹模的体以怙度川以减少沙漏变冷，格性沙漏控制推吞用快

16、速交形 的同感中（的如激振该）人工休税粘度本来史用于处理应力波的问题，因为在怏速变形过 程中.结构内部产生度力波，形成压力.密度，质山加速度知能屏的跳跟.为求解的稳定性. 加进人工体和粘性，使成力波的强向新模糊成在相呻放窄区值内急剧变化但却是逃健变叱 的.山丁沙漏层种以比结构主局响底向内事的频率震新.明翡慑型的体枳粘度能减少沙制 变形.在LIDYNA中由关犍产*CQNTRQL-RULLWSCOSITY控制口方法遍地由附加用度或粘性阻尼来控舸*由美键字*OONTRCIL_HDURWSS 控制.对于高速何堰我用粘度公式I缺省人对低速问题!建议用刚度公式U. 51方法二为防止模蝴为防止度国附加刚度而

17、增加过大时，可不用瓶体设置附加刚度或 粘%可通过关键字*HOURGLASS来对沙温能过大的PART进行沙漏控弱，承数与总体设 世71M通过叩ART关, ij相关PART独立连接上方法四：使用全积分单元，111 1 沙蠲是由中也积分导致的.所以盯以使用相应的全枳 分单元来控潞通漏,此时没行沙漏模式,但在大变溺情况下模批过丁内除北丈通过使用好的模瑕方式可以减少沙漏的产生t国桃的枷化,避免施加色点裁椅，分 散一些全积分的朴子e单元丁晶产生沙漏根式的部件中从而域少沙输*附录三猾动界面能力阕种情况：有摩擦利没者摩摞n力没有摩擦时即在接触中没有定义障重廉数、出动界面能为接触弹,保持晌的能（5 SK但在碗过

18、程中.能星的转换隔或是接触弹凌的势能转化为动傕.动能转化为变他建, 所以在计算中滑动界面能战节物理晌a响r控:判在很小的位以内：出-X 加Z容旷忸加邛不岫 1式中f为接触弹簧J.P为海造录.&为汨动界面能。在疑弹性碰撞中.料动界向他证完仝转此为动魄f如图所加工若为弹型性碰撞.即有 应变能，则滑动界面能向完2朴化为动能和后变能小摩燎时.在滑动界面能中包含了摩擦能.此时除了在接触面的江向仃漕动界面能, 花切向也产生界面庠操能.LS-DYNA的接触摩擦基于座仑公式.摩擦系也由下式i l算：山=内4也-内把“0c四）小二静摩擦系数出二动擦擦系数DC=指数裒减系数v二技触而同的相对速度若DC或V=。则=

19、3布库仑力作用下界面的切斶力在某些情况下会非常大，可便会超过材料的承受极限,所 以要限制该人摩擦力.雄人阳摧力可以由粘性摩擦系故VC和接触段的解职我定更丁 4诬tr=%粘性摩擦系数常用T接触时起里性流动的情i月推行北侑为V这里叫我小接触材料的屈服应力，对滑动界而能常旭到的M剧是出现负值r有两科情况会导致幺的滑动界向能；k基于段的映射方式2.初始浒遵L若干段的映射方式，如图所求；节点在两段的交界处检在不到港透产生，所以会满到接触厚度中 去.此时程序发现有渗透世仃存在,必定会给它施加一个接触力，把它拉回到接 触uL此时整个第：在对从节点做以 消它的按帆势能但此首没有好到动 般的补充L的以表现为负的帮动界面.实际上的滑动界面能与“算的沿勘界面能的比较解决谈问题的方法是犷克生段的接触而i.如I期所小.在两段交接处怏膜触面能捕捉到接.触渔迷.2.初始城透在建立有限元模型中.可能会存作模型之间有干涉网题二程序庄开始计驿时会白动检杳 初始浅道.X：有初始济透,程芹棍山警香，并把