LS-DYNA常见问题及解决策略 (2012年11月7日)

LS‐DYNA基础
LS‐DYNA求解器
后处理软件
LS‐PREPOST HYPERVIEW ANSYS
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关键字文件
由前处理软件生成 *KEYWORD *END
基本概念
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LS‐DYNA基础
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LS‐DYNA基础
基本情况
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
SHGE Output shell hourglass energy density: EQ.1: off (default), no hourglass energy written, EQ.2: on.
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LS‐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求解器
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LS‐DYNA基础
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Hourglass LS‐DYNA沙漏控制方法
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Hourglass LS‐DYNA沙漏控制方法‐IHQ
IHQ：沙漏控制模式 QH：沙漏控制系数
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
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主要内容
基础知识 单位制 沙漏问题 能量控制 负体积
张冠军 13755163941 zgjhuda@
接触 节点数据输出 材料 碰撞分析原则
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5Hale Waihona Puke 2011/11/9材料库
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
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LS‐DYNA基础
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Hourglass
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沙漏控制方法
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
Hourglass LS‐DYNA沙漏控制策略
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
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沙漏的产生
有限元计算的数值积分采用高斯积分方法
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Hourglass
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Hourglass
沙漏的产生
有限元计算的数值积分采用高斯积分方法
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。
无法计算，提示错误 不提示任何错误，能够计算
F=ma
1 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)
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输入文件的第一个关键词都是*KEYWORD
*KEYWORD
输入文件的最后一个关键词都是*END
*END
该分析项目的标题
*TITLE Numisheet 96: S-rail Stamping
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单元原始状态
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单元受剪后应该的状态
单元受弯后应该的状态
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Hourglass
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Hourglass
沙漏的控制
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
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软件特点
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）
LS‐DYNA基础
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单位制
关键字组织结构
常用单位系统
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单位制 单位制引起的问题
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单位制
单位制统一
a=m/s2
1 加速度单位 = 1 长度单位/1 时间单位的平方
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体育器材 2011/11/9
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LS‐DYNA基础 LS‐DYNA基本分析流程
几何模型修正 几何模型读取
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LS‐DYNA基础
前处理软件
FEMB LS‐PREPOST HYPERMESH ANSYS PATRAN FEMAP
LS‐DYNA基础
单元库 （140多种）
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
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接触方式 （50多种）
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
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LS‐DYNA基础 LS‐DYNA有限元分析的优点
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LS‐DYNA基础 LS‐DYNA应用领域
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
不应该在相同的两个parts之间定义多于一个的接触对带有尖的边的接触面设置soft2仅用于segmenttosegment接触2011119湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111949什么是负体积负体积单元变得非常扭曲致体积计算得到一个负值出现负体积的单元可能并未问题的根源湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111950什么是负体积负体积湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111951解决负体积的方法负体积把材料应力应变曲线在大应变时硬化非常有效修改初始网格来适应特定的变形场计算精度较好但工作量较大避免使用全积分体单元因为单元的一个积分点出现负的jacobian而整个单元可能还维持正的体积湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111952解决负体积的方法负体积使用单点积分并配合4或5沙漏控制刚性控制对于软材料低速可用6沙漏控制系数为10高速可用2或3对于软材料可用四面体建模使用10体单元对于57材料设置damp05湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111953解决负体积的方法负体积使用内接触contactinterior湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111954节点速度无限大负体积材料太软或负体积201111910湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111955lsdyna接触算法的能力接触问题拉延筋湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111956lsdyna接触算法接触问题对称罚函数法默认湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111957lsdyna接触算法接触问题若穿透则在从节点与主面间主节点与从面间引入一个界面接触力其大小与穿透深度接触刚度成正比即罚函数值k接触面刚度穿透量湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111958主面与从面接触问题基于对称罚函数的接触对主面从面已不敏感对于固连接触tied从面上的节点需要附着在主面上一般较硬的面作为主面湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111959单向与双向接触接触问题单向接触仅检查从节点对主面的穿透nodestosurface双向接触既检查从节点对主面的穿透又检查主面节点对从面的穿透对主从面的定义是任意的surfacetosurface湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室201111960单向接触接触问题20111191
前处理
单元尺寸的定义和模型网格划分 定义单元属性、材料参数
计算求解 后处理
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施加载荷和边界条件 结果的后处理 修改设计
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LS‐DYNA基础
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LS‐DYNA基础
沙漏的产生
沙漏的零能模式
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。
单元原始状态
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单元受剪后应该的状态
单元受弯后应该的状态
LS‐DYNA基础
关键字基本内容
以$开始的是注释行
$ ETA/DYNAFORM : DYNA3D(960) INPUT DECK $ DATE $ : Nov 3, 2003 at 17:19:47

*NODE *ELEMENT *PART *SECTION *MAT *CONTACT *CONTROL *DATABASE *CONSTRAIN/*BOUNDARY *LOAD *SET
HGEN Hourglass energy calculation option. This option requires significant additional 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 energy balance.
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单位制
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Hourglass
单位制辨别
K文件中注明单位制 如何根据关键字辨别单位
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
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沙漏的控制
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
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LS‐DYNA基础
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LS‐DYNA基础
分析能力
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） 2011/11/9
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Hourglass
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Hourglass
沙漏的控制
沙漏的控制
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Fcomp>Misc>hourglass energy
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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