LS-Dyna碰撞分析调试指南

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——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间。

关于LS-DYNA中单元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 scaling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、ρ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% 。

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）。

具体介绍参见附录二。

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
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（主要是检查铰链、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。

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：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_VELOCITY
6.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.在实体单元上附一层Null壳单元，而后使用automatic single surface contact
6.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一；
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offset
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：
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。

Part ID Node ID OR Node set ID
附录一。