CAE软件操作小百科(34)

第

25卷第6期 2016年12月

计算机辅助工程

Computer Aided Engineering

Vol. 25 No. 6 Dec. 2016

应用技术与技巧

Application Technique and Skills

DOI: 10. 13340/j. cae. 2016. 06. 013

C A E 软件操作小百科（34)

张一雨

(同济大学应用力学研究所，上

海

200092)

1

如何利用

Hypermesh 解

决

LS -DYNA 与

Abaqus 的接口问题

当需要将LS-DYNA 中的模型文件导人Abaqus 中进行数据计算或者其他处理时，往往会有诸多不

便.这时，可以通过修改Hypermesh 中Preference —>

Users Profiles 选项进行处理，然后在Materials 界面 中用update 功能进行模型信息的更新，最后利用 export 功能将修改格式后的模型输出.但是，将输出 文件导入到Abaqus 后，模型的材料信息、截面信息

均会丢失.

重复上述过程时，发现在更新单元材料信息的

操作结束后，材料信息并未得到真正的更新，在

Material —栏中显本的是Unspecified.因此，这一系 列操作是无法做到将LS-DYNA 中的模型文件完整 导入Abaqus 中的.这时，可以利用Hypermesh 中的

Tools ^ Convert 功會g ，选取其中的 LS-DYNA ^ To

MSC Nastran(MSC Nastran 与 Abaqus 的输人文件均 为b df 格式文件）.执行此操作后，模型文件的 Section,Material 和Element 信息均全部映射成功，见 图1(所示案例为LS-DYNA 的K 文件，无* part 实

体).

图1示例仅仅是解决LS-DYNA 与Abaqus 接口

问题的演7K ，而

Hypermesh 中Tools—^Convert 的功能 非常丰富，可以解决〇ptiStmct ，AbaqUS ，LS-DYNA 和 MSC Nastran 等多种软件接口问题，见图2.

2

LS -DYNA 中负体积的解决办法

变单元质量都可以.如果是金属材料出现负体积，主 要是单元质量问题，建议重新划分网格，但如果是非 金属，这是常见现象，不一定是网格问题，可以寻求

其他方法，比如发生的原因有可能是因为有initial

penetration.所以，应该先检查是不是有initial

penetration:如果是少数节点受力也因为力量集中造

成负体积，就可以把接触的网格划分细一点;如果是 用hex element 会有hourglass 的情形，可以检查一下

hourglass energy 或者是2个物体刚性相差太多.

E n titie s

Id

白

K MAT

-^ 1 - K MAT_ELASTIC

;□ MATL?_1

1

B E ： "PART

-公"PART

■ LSHELL1

1

D C D "SECTION

白..今白-■(

K

SECTION_SHELL □ Sects hIM ELEMENT g K ELEMEHT_SHELL

□ K ELEMENT_SHELL (1)

Z l

All active attributes for a given entity are mapped

D Only few active attributes for a given entity are mapped I

Card is not supported in conversion

图1

映射成功案例

Fig. 1 Mapping success case

□ptiStruct

Radioss (Block Format)Abaqus

Ansiis

LsDyna To Radioss (Block Format]Nastran

PamCrash Samcef Permas

To OptiStruct

RADIOSS (Using HyperCrash) To Nastran

负体积出现的原因是雅可比矩阵的行列式值为

负值.一般地，减小时间步长参数，增加材料刚度，改

图

2 Tools^Convert 的功能

Fig. 2 Function of Tools—^Convert

收稿日期：2016-11-30

作者简介：张一雨（1994—)，男，湖南长沙人，硕士研冗生，研冗方向为结构拓扑优化算法，（E-mail)zhangyiyul9@ 163. com

cae@ shmtu. edu. cn ； smucae@ 163. com http ：

//www. chinacae. cn

74计算机辅助工程2016 年

换言之,负体积是由于element 本身产生大变 形造成自我体积的内面跑到外面.负体积多是网格 畸变造成的，与网格质量以及材料、载荷条件都有关 系.可能的原因以及对应的解决方法大概有几种.

(1) 材料参数设置有问题，应选择合适的材料

模式.

(2) 沙漏模式的变形积累，尝试改为全积分 单元.

(3)

太高的局部接触力，尝试调整间隙，降低接 触刚度或降低时间步.不要将force 施在单一的node 上，最好分散到几个node 上，以pressure 的方式等 效施加.(4) 在容易出现大变形的地方将网格refine

处理.

(5) 材料太软有时也会出现负体积.

(6)

可以采用ALE 或是Eulei •单元算法，用流 固親合功能代替接触，控制网格质量.例如，承受压

力的单元在受压方向比其他方向尺寸长.(7) 尝试减小时间步长，从0.9减小到0.6或

更小.时间步长急剧变小，可能是因为单元产生严重 畸变而导致负体积现象，如果采用四面体单元，可以 用网格重划分的方法来解决.

通常，材料的大变形问题，如泡沫材料，是由于 单元大扭曲才导致出现单元负体积.这种情况一般出 现在材料失效之前.在没有网格光滑和网格重划分的 情况下，LS-DYNA 有内部限制调节Lagrange 单元的 变形.负体积一般都会导致计算中止，除非设置时间 步长控制中的erode = 1且设置终止控制中的dtmin 为非零数.这种情况下，出现负体积的单元将被自动 删除，计算不会中止.不过，就算设置erode =1且 dtmin 为非零数，负体积有时候也会导致计算出错而

停止.3

关于

LS -DYNA 的质量缩放问题

在动态分析中，任意时刻以增加非物理的质量 来增大时间步都将影响计算结果.但是，当这种影响 不明显时，完全可以增加非物理的质量，例如:额外 的质量仅在非关键区域的少数微小单元上或准静态 分析情况下增加时.总的来说，由分析者判断质量缩 放的影响有一定难度，因此有必要进行减小或消除 质量缩放的分析来估计质量增加对结果的灵敏度， 即人为增加一个部件的材料密度来实现质量缩 放.这种手动质量缩放的方法独立于通过设置

* Control_timestep 卡片的DT2MS 项来实现自动质

量缩放.TSSFAC 是时间步缩放因子，其数值范围一 般为0.67 ~0.90,其作用是增强计算的稳定性.

DT 2MS 是设置的人工时间步，LS -DYNA 真正在计算 时的时间步为TSSFAC 与DT 2MS 的乘积.相同的实

际计算时间步通过这2个参数可以有多种组合，比 如:减小DT 2M S 的绝对值，同时增大TSSFAC 的数 值，可保证其乘积不变，即保证实际计算时间步不

变，计算稳定;同时DT 2MS 绝对值变小，需要进行质

量缩放的单元也减少，整个模型增加的质量也会变

少，从而保证计算结果的可靠性.

在* control _timestep 中可设置DT 2MS 为正值

和负值.

DT 2MS 负值表示初始时间步不小于TSSFAC

与-DT 2M S 的乘积，质量只是增加到时间步小于 TSSFAC 与DT 2M S 的单元上.当质量缩放可接受

时，推荐用这种方法.用这种方法时质量增量应较

小，质量增加过多会导致计算任务终止.有无数种

TSSFAC 与DT 2MS 的组合可以得到同样的乘积，因

而会有相同的时间步，但是对于每一种组合，增加的

质量是不一样的.一般情况下，TSSFAC 越小，增加

的质量越多.作为回报，当TSSFAC 减小时计算稳定 性增加（就像在没有进行质量缩放的求解中一样）.

如果TSSFAC 的缺省值(0. 90)会导致稳定性问题， 那么可以尝试〇. 80或者0.70.

DT 2MS 正值表示初始时间不小于DT 2MS .通过

调整单元密度，使得单元质量增加或者减小以保证 每一个单元的时间步都一样.

选择只在初始化时增加一次质量（

MSI ST = 1)

还是选择任何需要维持由DT 2MS 所指定的时步时 都增加质量（MS 1ST = 0),由 * control_timestep 卡中

的参数

MS 1S T 控制.可以通过在* control _

termination 卡片中设置参数ENDMAS ,控制当质量

增加到初始质量一定比率时终止计算（只对自动质 量缩放有效）.

为确定质量自动增加的时间和位置，可以输出 GLSTAT 和MATSUM 文件.这些文件允许绘出完整 的模型或者单独部件所增加的质量对时间的曲线.为显示的由壳单元组成的部件增加的质量云 图，可将 * database _extent_binary 卡片的 STSSZ 项设 置为3，这样就可以用LS -Prep 〇st 绘制每个单元的质 量增加量的云图，具体为选择Fcomp —"Misc—"time

step size .

(摘自同济大学郑百林教授《CAE 操作技能与实践》课堂讲义）

(待续)

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