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How to | LS-DYNA使用技巧(四)

发布日期:
2025-01-16

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本系列旨在探讨在LS-DYNA仿真分析中若干问题的解决方案和优化策略,涵盖了从基本的准确性和单位一致性到更高级的主题,如接触能量、截面分析、阻尼特性、双精度计算、有效塑性应变、环境变量设置、状态方程、额外历史变量、力分析、节点力、重力加载、Nastran数据文件读取、内能计算、关节刚度和质量缩放、重力载荷、NASTRAN bulk数据文件如何读取等多个方面,以帮助用户更有效地利用LS-DYNA进行工程模拟和分析。

前期:

How to | LS-DYNA使用技巧(一)

How to | LS-DYNA使用技巧(二)

How to | LS-DYNA使用技巧(三)



NASTRAN bulk数据文件如何读取


从LS-DYNA的970版本开始,可以直接使用以下命令将NASTRAN bulk数据文件读取到LS-DYNA中:

*INCLUDE_NASTRAN

nastran_input_filename

2, 16, 1

该关键字紧跟在 *KEYWORD 命令之后。虽然NASTRAN模型没有转换为关键字输入文件,但会创建一个结构化输入文件(dyna.str)文件*INCLUDE_NAMESTRAN 后面的第二行给出了模型中的梁、壳和实体在LS-DYNA分析中采用的算法。如果您在这个NASTRAN-to-LSDYNA 的转换过程中遇到任何错误/问题,请将LS-DYNA和NASTRAN输入文件提供给bugs@lstc.com。

LS-Prepost中还有一个NASTRAN读取/转换器。从顶部菜单栏中,选择 File>Open>Nastran File。如果模型被成功读取,模型将显示出现;然后您可以使用 File>Save Keyword 以LS-DYNA关键字格式输出它。


目前我们还没有开发自动转换DYTRAN数据的计划。如果有想将DYTRAN数据转换至LS-DYNA中,请向我们提供你的DYTRAN命令。


铰链刚度


一个旋转铰链通常是没有阻力自由地转动,当定义了关键字*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENERALIZED, FLEXION-TORSION),旋转铰链会产生绕其旋转轴的阻力矩*。若使用关键字*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS _GENERALIZED 定义了铰链刚度,那么JNTFORC 文件中将会记录阻力矩,名字为psi-moment。在LS-PrePost中加载这一文件后,即可点击JStifR按钮来绘制相关曲线。


JID是在jntforc文件中 “joint ID” 后的列出选项,对应于*CONSTRAINED_JOINT_ 关键字。使用*CONSTRAINED_JOINT_PLANAR_ID 可以用来定义JNTFORC 文件中的铰链 ID,若用户不定义该选项则程序自动为铰链分配ID。在如下示例中,JID为1,JID一行下面的数据为和*CONSTRAINED_JOINT_PLANAR有关的约束自由度,与*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENERALIZED, FLEXION-TORSION)无关。


How to | LS-DYNA使用技巧(四)

JNTFORC文件中的铰链刚度ID由*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENER ALIZED, FLEXION-TORSION)中设置卡1中的JSID定义,例如下方JSID为1。而JSID行下方的数据均与*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENERALIZED, FLEXION-TORSION)有关,与*CONSTRAINED_JOINT_无关。


How to | LS-DYNA使用技巧(四)

只有当为*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_FLEXION-TORSION_GENERALIZED 中的某些参数为表格数据ID而不是曲线ID(作为负数)时,才会使用*CONSTRAINED_JONT_STIFFNESS_(GENERALIZED,FLEXION-TOR)第6字段中的JID。在这种情况下,表(*DEFINE_TABLE)列出了n个反作用力值,然后紧接在表之后定义了n条曲线(*DEFINE_CURVE)。这些曲线中的每一条都定义了铰链JID产生的特定“反作用力”值的力矩极限值与旋转的关系。JID不适用于*CONSTRAINED_JOINT_ STIFFNESS_TRANSLATIONAL的情况。



质量缩放


// 质量缩放是通过向结构增加非物理性(虚拟)的质量来增大显式计算时间步长的技术

在任何情况的动力学分析中,为了增大时间步长而向结构增加虚拟质量都会对计算结果产生影响(想想F=m*a),但是有时这种影响是微乎其微的,从而质量缩放也就是可以接受的了。对于仅在不重要区域对一定数量单元的质量进行增加,以及速度非常低且动能与内能峰值相比非常小的准静态模型中,质量缩放一般是可以接受的。衡量质量缩放对结果的影响取决于分析者的判断。必要时,可再求解计算一次(第2次计算中减少或无质量缩放),以评估结果对质量缩放的敏感性。


用户可以通过设置某一部件的材料密度来手动实现质量缩放,这种方式的质量缩放与*CONTROL_TIMESTEP中的DT2MS的自动质量缩放无关。


DT2MS是负值时,质量缩放只施加在时间步长小于|DT2MS|的那些单元之上,通过增加质量使其时间步长等于|DT2MS|DT2MSTSSFAC这两个参数有无数种组合,但是其乘积为时间步长,这个值是不变的。但是对于每一种组合而言,其增加的质量是不同的。因此 |DT2MS| 越大(同时 TSSFAC*|DT2MS| = const 常数的情况下,TSSFAC越小),增加的质量越大。而在无质量缩放模型中,TSSFAC越小,模型越稳定(就像在非质量缩放的解决方案中一样)。如果分析模型运行过程中出现稳定性问题,那么可以将TSSFAC从默认的0.9降到0.8, 0.7等。在降低TSSFAC时,可以同时按比例增加 |DT2MS| ,这样时间步长就可以保持不变。


要想知道质量缩放过程中的具体信息,可以查看GLSTATMATSUM文件,从这两个文件中可以输出整体模型或单个部件所增加的质量随时间的变化规律。如果想要显示包括壳单元(DT2MS为负值)在内的各个部件中增加质量的云图,可以在*DATABASE_EXTENT_BINARY中设置STSSZ=3;然后就可以在LS-POST通过Fcomp > Misc > time step size按钮来查看每个单元增加的质量(这里time step size就是表示单元所增加的质量)。


// *CONTROL_TIMESTEP中设置DT2MS为正值或负值的区别

负值:质量缩放只施加在时间步长小于TSSF*abs(DT2MS)的那些单元之上。当质量缩放是合适的时候,我们推荐这种方法。

正值:通过增加或减小单元质量来保证每一个单元的时间步长是一致的。我们认为,使用这种方法与使用负DT2MS值方法相比没有任何优势,而且它可能更难合理化。


*CONTROL_TIMESTEPMS1ST=1时,程序只会在初始化计算时对单元增加一次质量;MS1ST=0时,程序会在任何必要时候对单元增加质量。

还可以通过*CONTROL_TERMINATIONENDMAS这一参数来指定一个停止计算的质量增加阈值(只限自动质量缩放)。


// 可变形焊点梁的质量缩放

关键字*MAT_SPOTWELD中的质量缩放控制参数DT只对焊点起作用。*CONTROL_TIMESTEP中的质量缩放参数DT2MS为0,且时间步长由可变形焊点控制时,DT可以用来在程序初始化时将焊点的惯性增加,使其时间步长增加到DT这个值。此时d3hsp文件会记录焊点梁增加的质量。MATSUM文件中的动能KE和转矩不会考虑焊点增加的质量;GLSTAT中的总动能则会考虑增加的质量。


// 考虑在具有可变形点焊的模型中使用质量缩放的3种情况

    1. 当DT2MS为负值,且*MAT_ SPOTWELD中的DT =0时,尽管d3hsp文件中“Deformable Spotwelds”该项下的“percentage mass increase”是错误的,但是下面这些数据是正确的:d3hsp文件中的“added spotweld mass”;第一个时间步计算后的d3hsp文件中的“added mass”和 “percentage increase”以及 glstat 和 matsum文件中的“added mass”;

    2. 当DT2MS为负,并且*MAT_ SPOTWELD中的DT为非零时,*MAT_ SPOTWELD中由DT控制的增加点焊质量不包括在d3hsp、glstatmatsum文件中的“added mass”内容中。这可能会造成误导。用户必须检查d3hsp中是否存在“added spotweld mass”。建议:不要同时调用两个质量缩放标准。DT2MSDT=0(上述情况1)是优选的;

    3. 当DT为非零且DT2MS=0时,初始时间步不会考虑增加的焊点质量,但是每一个循环的时间步长会增加10%,直到时间步长增加到指定的值(考虑了增加的焊点质量)。Glstatmatsum不包含“added mass”项。


// 可选质量缩放

LS-DYNA V971 R3版本后增加了可选质量缩放,可以通过*CONTROL_TIMESTEPDT2MSIMSCL参数来激活。当IMSCL=1时,质量缩放施加到所有部件;当IMSCL< 0且 abs (IMSCL) = 部件集合列表ID(part set list质量缩放施加到指定部件。建议使用这种可选质量缩放,因为质量缩放是很耗费计算资源的。


可选质量缩放选项需要在每个时间步求解稀疏方程组。质量矩阵不再是对角矩阵。存储非对角质量矩阵需要一些内存,并且m*a=F的求解需要一些CPU时间。该系统是迭代求解的。



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