LS-DYNA显式时间步长与沙漏控制
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• 有时使用隐式分析是一种高效的方法
终止控制
• *CONTROL_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_<option>
– SURFACE_SURFACE – AUTOMATIC_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
• *DATABASE_opHale Waihona Puke Baiduion
– ASCII 输出文件 GLSTAT:整体的统计数据 RCFORC:合成的接触力 SLEOUT:接触能量 NCFORC:在每一个节点的接触力（设置*contact打印标识SPR=1 和MPR=1）
• *CONTACT_DRAWBEAD
– Approximates complex behavior of a drawbead
• *CONTACT_FORMING_...
– NODES_TO_SURFACE,SURFACE_TO_SURFACE,ON E_WAY_SURFACE_TO_SURFACE OPTIONS
– 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_TRANSDUCER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*contact关键字中VDC参数来指定 • 抑制垂直与接触表面的振荡 • VDC=临界阻尼(2mω )的百分数
• 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SOFT=1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 • 该选项不能用于梁接触或节点到面的接触 • 运用
– 常规方法定义接触 – 在可选卡片A中，设置SOFT=2 • 970以前的版本不能用MPP
基于面段的接触(SOFT=2)
• 高密度高刚度材料有高的声速
材料
声速（m/s)
STEEL ALUMINUM TITANIUM PLEXIGLASS
WATER AIR
5240 5328 5220 2598 1478 331
材料声速
• 体单元或厚壳单元
– L=volume/areamax side
• 壳单元
– L=area/lengthmax edge (Default) – L=area/lengthdiagonal – L=area/lengthmin side
– 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）
SINGLE SURFACE CONTACT
• 处理self_contact(曲面）以及part-to-part的接 触
• 仅需定义从面，无需定义主面（主面假定为和从 面一样）
基于面段的接触(SOFT=2)
• 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
– 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
– 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part夹在其它两 个part之间，其接触力有时会出现明显的噪声
相关的关键字卡片
– AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE（推荐使用） – AIRBAG_SINGLE_SURFACE – ERODING_SINGLE_SURFACE – AUTOMATIC_GENERAL – AUTOMATIC_GENERAL_INTERIOR
SINGLE SURFACE CONTACT
– 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
力传感器
*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_option • 提供一种在选定位置记录接触力的方便的方法 • 只要指定从面 • 卡片2和3是空的 • 力传感器不产生接触力
• 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
– 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
• AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE是碰撞模拟中应用最多 的接触
• AUTOMATIC_GENERAL能够很好的处理壳的边－边接触 和梁－梁接触
– 计算比AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE慢许多
• AIRBAG_SINGLE_SURFACE用于折叠的气囊展开
Eroding Contact
• CPU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
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 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。
– 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）
基于面段的接触(SOFT=2)
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
即使节点没有穿透但面段仍有撞击
基于面段的接触(SOFT=2)
• Segment-Based Contact is implemented for:
– FORMING_NODES_TO_SURFACE 金属成型分析常用
– ERODING_NODES_TO_SURFACE – CONSTRAINT_NODES_TO_SURFACE
ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE
• 类似于NODES_TO_SURFACE CONTACT,除了…
– 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
2D Contact
• *CONTACT_2D_<option>
– 用于处理轴对称和平面应变单元中的接触 壳公式12－15 梁公式7，8
基于面段的接触(SOFT=2)
Falling Balls using Segment-Based Contact
基于面段的接触(SOFT=2)
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
基于面段的接触(SOFT=2)
Falling Blocks using Segment-Based Contact
• 梁单元
– L=beam length
特征长度L
显式时间步长的计算
• 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（tssf)
– 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：
– 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
LS-DYNA 显式时间步长与沙漏控制
• 基于时间积分的中心差分法 • 时刻tn的运动方程（无阻尼）
显式时间积分
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+anΔtn velocities at tn+1/2 un+1=un+ Vn+1/2 Δtn+1/2 displacements at un+1
基于面段的接触(SOFT=2)
• SOFT=2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－边穿透的检查
– 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
单向接触类型
• *CONTACT_...
– NODES_TO_SURFACE – ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE
– AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE – ONE_WAY_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE
显式时步计算
• 时间步长＝tssf*L/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/c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
– ω＝sqrt(k/m) – 例如：梁单元的轴向模态
k=EA/L; m=ρAL ω＝sqrt(EA/ρAL^2)= sqrt(E/ρ)/L=c/L
CONTACT_INTERIOR
• 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
– Part set ID – 惩罚因子 – 压垮激活因子（fraction of initial thickness）
• 970版本中有用于对大剪切变形作改进处理的选项 （TYPE=2）
片金属成型中的接触
• *CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE
– 从面应包含所有要定义接触的节点
• CONTACT_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)
• 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）
– 自由节点是否删除由*CONTROL_CONTACT中的ENMASS参数控 制
Eroding Contact
• *CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE（推荐使用）
– 基于*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE – 面段方向不重要
– 使用two-way treatment
• 总是考虑壳的偏置厚度
• 没有数据写到RCFORC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
– SINGLE_SURFACE（不推荐使用，“老的”基于节点 的搜索方式）
终止控制
• *CONTROL_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_<option>
– SURFACE_SURFACE – AUTOMATIC_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
• *DATABASE_opHale Waihona Puke Baiduion
– ASCII 输出文件 GLSTAT:整体的统计数据 RCFORC:合成的接触力 SLEOUT:接触能量 NCFORC:在每一个节点的接触力（设置*contact打印标识SPR=1 和MPR=1）
• *CONTACT_DRAWBEAD
– Approximates complex behavior of a drawbead
• *CONTACT_FORMING_...
– NODES_TO_SURFACE,SURFACE_TO_SURFACE,ON E_WAY_SURFACE_TO_SURFACE OPTIONS
– 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_TRANSDUCER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*contact关键字中VDC参数来指定 • 抑制垂直与接触表面的振荡 • VDC=临界阻尼(2mω )的百分数
• 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SOFT=1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 • 该选项不能用于梁接触或节点到面的接触 • 运用
– 常规方法定义接触 – 在可选卡片A中，设置SOFT=2 • 970以前的版本不能用MPP
基于面段的接触(SOFT=2)
• 高密度高刚度材料有高的声速
材料
声速（m/s)
STEEL ALUMINUM TITANIUM PLEXIGLASS
WATER AIR
5240 5328 5220 2598 1478 331
材料声速
• 体单元或厚壳单元
– L=volume/areamax side
• 壳单元
– L=area/lengthmax edge (Default) – L=area/lengthdiagonal – L=area/lengthmin side
– 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）
SINGLE SURFACE CONTACT
• 处理self_contact(曲面）以及part-to-part的接 触
• 仅需定义从面，无需定义主面（主面假定为和从 面一样）
基于面段的接触(SOFT=2)
• 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
– 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
– 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part夹在其它两 个part之间，其接触力有时会出现明显的噪声
相关的关键字卡片
– AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE（推荐使用） – AIRBAG_SINGLE_SURFACE – ERODING_SINGLE_SURFACE – AUTOMATIC_GENERAL – AUTOMATIC_GENERAL_INTERIOR
SINGLE SURFACE CONTACT
– 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
力传感器
*CONTACT_FORCE_TRANSDUCER_option • 提供一种在选定位置记录接触力的方便的方法 • 只要指定从面 • 卡片2和3是空的 • 力传感器不产生接触力
• 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
– 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
• AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE是碰撞模拟中应用最多 的接触
• AUTOMATIC_GENERAL能够很好的处理壳的边－边接触 和梁－梁接触
– 计算比AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE慢许多
• AIRBAG_SINGLE_SURFACE用于折叠的气囊展开
Eroding Contact
• CPU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
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 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。
– 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）
基于面段的接触(SOFT=2)
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
即使节点没有穿透但面段仍有撞击
基于面段的接触(SOFT=2)
• Segment-Based Contact is implemented for:
– FORMING_NODES_TO_SURFACE 金属成型分析常用
– ERODING_NODES_TO_SURFACE – CONSTRAINT_NODES_TO_SURFACE
ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE
• 类似于NODES_TO_SURFACE CONTACT,除了…
– 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
2D Contact
• *CONTACT_2D_<option>
– 用于处理轴对称和平面应变单元中的接触 壳公式12－15 梁公式7，8
基于面段的接触(SOFT=2)
Falling Balls using Segment-Based Contact
基于面段的接触(SOFT=2)
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
基于面段的接触(SOFT=2)
Falling Blocks using Segment-Based Contact
• 梁单元
– L=beam length
特征长度L
显式时间步长的计算
• 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（tssf)
– 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：
– 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
LS-DYNA 显式时间步长与沙漏控制
• 基于时间积分的中心差分法 • 时刻tn的运动方程（无阻尼）
显式时间积分
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+anΔtn velocities at tn+1/2 un+1=un+ Vn+1/2 Δtn+1/2 displacements at un+1
基于面段的接触(SOFT=2)
• SOFT=2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－边穿透的检查
– 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
单向接触类型
• *CONTACT_...
– NODES_TO_SURFACE – ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE
– AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE – ONE_WAY_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE
显式时步计算
• 时间步长＝tssf*L/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/c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
– ω＝sqrt(k/m) – 例如：梁单元的轴向模态
k=EA/L; m=ρAL ω＝sqrt(EA/ρAL^2)= sqrt(E/ρ)/L=c/L
CONTACT_INTERIOR
• 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
– Part set ID – 惩罚因子 – 压垮激活因子（fraction of initial thickness）
• 970版本中有用于对大剪切变形作改进处理的选项 （TYPE=2）
片金属成型中的接触
• *CONTACT_ERODING_NODES_TO_SURFACE
– 从面应包含所有要定义接触的节点
• CONTACT_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)
• 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）
– 自由节点是否删除由*CONTROL_CONTACT中的ENMASS参数控 制
Eroding Contact
• *CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE（推荐使用）
– 基于*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE – 面段方向不重要
– 使用two-way treatment
• 总是考虑壳的偏置厚度
• 没有数据写到RCFORC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
– SINGLE_SURFACE（不推荐使用，“老的”基于节点 的搜索方式）