LS-DYNA显式时间步长与沙漏控制共51页文档
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– 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）
（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
– 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
• 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>
• 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）
– 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…
• 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
• 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
• 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
• 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）
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
• 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
• 高密度高刚度材料有高Hale Waihona Puke 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
– AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE（推荐使用） – AIRBAG_SINGLE_SURFACE – ERODING_SINGLE_SURFACE – AUTOMATIC_GENERAL – AUTOMATIC_GENERAL_INTERIOR
SINGLE SURFACE CONTACT
– 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）
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）
（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
– 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
• 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>
• 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）
– 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…
• 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
• 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
• 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
• 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）
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
• 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
• 高密度高刚度材料有高Hale Waihona Puke 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
– AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE（推荐使用） – AIRBAG_SINGLE_SURFACE – ERODING_SINGLE_SURFACE – AUTOMATIC_GENERAL – AUTOMATIC_GENERAL_INTERIOR
SINGLE SURFACE CONTACT
– 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）