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How to | LS-DYNA使用技巧(四)

發(fā)布日期:
2025-01-16

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本系列旨在探討在LS-DYNA仿真分析中若干問(wèn)題的解決方案和優(yōu)化策略,涵蓋了從基本的準(zhǔn)確性和單位一致性到更高級(jí)的主題,如接觸能量、截面分析、阻尼特性、雙精度計(jì)算、有效塑性應(yīng)變、環(huán)境變量設(shè)置、狀態(tài)方程、額外歷史變量、力分析、節(jié)點(diǎn)力、重力加載、Nastran數(shù)據(jù)文件讀取、內(nèi)能計(jì)算、關(guān)節(jié)剛度和質(zhì)量縮放、重力載荷、NASTRAN bulk數(shù)據(jù)文件如何讀取等多個(gè)方面,以幫助用戶更有效地利用LS-DYNA進(jìn)行工程模擬和分析。

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數(shù)據(jù)文件如何讀取


從LS-DYNA的970版本開(kāi)始,可以直接使用以下命令將NASTRAN bulk數(shù)據(jù)文件讀取到LS-DYNA中:

*INCLUDE_NASTRAN

nastran_input_filename

2, 16, 1

該關(guān)鍵字緊跟在?*KEYWORD?命令之后。雖然NASTRAN模型沒(méi)有轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵字輸入文件,但會(huì)創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)化輸入文件(dyna.str)文件。*INCLUDE_NAMESTRAN?后面的第二行給出了模型中的梁、殼和實(shí)體在LS-DYNA分析中采用的算法。如果您在這個(gè)NASTRAN-to-LSDYNA 的轉(zhuǎn)換過(guò)程中遇到任何錯(cuò)誤/問(wèn)題,請(qǐng)將LS-DYNA和NASTRAN輸入文件提供給bugs@lstc.com。

LS-Prepost中還有一個(gè)NASTRAN讀取/轉(zhuǎn)換器。從頂部菜單欄中,選擇 File>Open>Nastran File。如果模型被成功讀取,模型將顯示出現(xiàn);然后您可以使用?File>Save Keyword 以LS-DYNA關(guān)鍵字格式輸出它。


目前我們還沒(méi)有開(kāi)發(fā)自動(dòng)轉(zhuǎn)換DYTRAN數(shù)據(jù)的計(jì)劃。如果有想將DYTRAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至LS-DYNA中,請(qǐng)向我們提供你的DYTRAN命令。


鉸鏈剛度


一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸鏈通常是沒(méi)有阻力自由地轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)定義了關(guān)鍵字*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_?(GENERALIZED, FLEXION-TORSION),旋轉(zhuǎn)鉸鏈會(huì)產(chǎn)生繞其旋轉(zhuǎn)軸的阻力矩*。若使用關(guān)鍵字*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS _GENERALIZED?定義了鉸鏈剛度,那么JNTFORC?文件中將會(huì)記錄阻力矩,名字為psi-moment。在LS-PrePost中加載這一文件后,即可點(diǎn)擊JStifR按鈕來(lái)繪制相關(guān)曲線。


JID是在jntforc文件中 “joint ID” 后的列出選項(xiàng),對(duì)應(yīng)于*CONSTRAINED_JOINT_?關(guān)鍵字。使用*CONSTRAINED_JOINT_PLANAR_ID 可以用來(lái)定義JNTFORC 文件中的鉸鏈 ID,若用戶不定義該選項(xiàng)則程序自動(dòng)為鉸鏈分配ID。在如下示例中,JID為1,JID一行下面的數(shù)據(jù)為和*CONSTRAINED_JOINT_PLANAR有關(guān)的約束自由度,與*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENERALIZED, FLEXION-TORSION)無(wú)關(guān)。


How to | LS-DYNA使用技巧(四)

JNTFORC文件中的鉸鏈剛度ID由*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENER ALIZED, FLEXION-TORSION)中設(shè)置卡1中的JSID定義,例如下方JSID為1。而JSID行下方的數(shù)據(jù)均與*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_ (GENERALIZED, FLEXION-TORSION)有關(guān),與*CONSTRAINED_JOINT_無(wú)關(guān)。


How to | LS-DYNA使用技巧(四)

只有當(dāng)為*CONSTRAINED_JOINT_STIFFNESS_FLEXION-TORSION_GENERALIZED?中的某些參數(shù)為表格數(shù)據(jù)ID而不是曲線ID(作為負(fù)數(shù))時(shí),才會(huì)使用*CONSTRAINED_JONT_STIFFNESS_(GENERALIZED,F(xiàn)LEXION-TOR)第6字段中的JID。在這種情況下,表(*DEFINE_TABLE)列出了n個(gè)反作用力值,然后緊接在表之后定義了n條曲線(*DEFINE_CURVE)。這些曲線中的每一條都定義了鉸鏈JID產(chǎn)生的特定“反作用力”值的力矩極限值與旋轉(zhuǎn)的關(guān)系。JID不適用于*CONSTRAINED_JOINT_ STIFFNESS_TRANSLATIONAL的情況。



質(zhì)量縮放


//?質(zhì)量縮放是通過(guò)向結(jié)構(gòu)增加非物理性(虛擬)的質(zhì)量來(lái)增大顯式計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)的技術(shù)

在任何情況的動(dòng)力學(xué)分析中,為了增大時(shí)間步長(zhǎng)而向結(jié)構(gòu)增加虛擬質(zhì)量都會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響(想想F=m*a),但是有時(shí)這種影響是微乎其微的,從而質(zhì)量縮放也就是可以接受的了。對(duì)于僅在不重要區(qū)域?qū)σ欢〝?shù)量單元的質(zhì)量進(jìn)行增加,以及速度非常低且動(dòng)能與內(nèi)能峰值相比非常小的準(zhǔn)靜態(tài)模型中,質(zhì)量縮放一般是可以接受的。衡量質(zhì)量縮放對(duì)結(jié)果的影響取決于分析者的判斷。必要時(shí),可再求解計(jì)算一次(第2次計(jì)算中減少或無(wú)質(zhì)量縮放),以評(píng)估結(jié)果對(duì)質(zhì)量縮放的敏感性。


用戶可以通過(guò)設(shè)置某一部件的材料密度來(lái)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量縮放,這種方式的質(zhì)量縮放與*CONTROL_TIMESTEP中的DT2MS的自動(dòng)質(zhì)量縮放無(wú)關(guān)。


當(dāng)DT2MS是負(fù)值時(shí),質(zhì)量縮放只施加在時(shí)間步長(zhǎng)小于|DT2MS|的那些單元之上,通過(guò)增加質(zhì)量使其時(shí)間步長(zhǎng)等于|DT2MS|DT2MSTSSFAC這兩個(gè)參數(shù)有無(wú)數(shù)種組合,但是其乘積為時(shí)間步長(zhǎng),這個(gè)值是不變的。但是對(duì)于每一種組合而言,其增加的質(zhì)量是不同的。因此?|DT2MS|?越大(同時(shí) TSSFAC*|DT2MS| = const 常數(shù)的情況下,TSSFAC越?。?,增加的質(zhì)量越大。而在無(wú)質(zhì)量縮放模型中,TSSFAC越小,模型越穩(wěn)定(就像在非質(zhì)量縮放的解決方案中一樣)。如果分析模型運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題,那么可以將TSSFAC從默認(rèn)的0.9降到0.8, 0.7等。在降低TSSFAC時(shí),可以同時(shí)按比例增加?|DT2MS|?,這樣時(shí)間步長(zhǎng)就可以保持不變。


要想知道質(zhì)量縮放過(guò)程中的具體信息,可以查看GLSTATMATSUM文件,從這兩個(gè)文件中可以輸出整體模型或單個(gè)部件所增加的質(zhì)量隨時(shí)間的變化規(guī)律。如果想要顯示包括殼單元(DT2MS為負(fù)值)在內(nèi)的各個(gè)部件中增加質(zhì)量的云圖,可以在*DATABASE_EXTENT_BINARY中設(shè)置STSSZ=3;然后就可以在LS-POST通過(guò)Fcomp > Misc > time step size按鈕來(lái)查看每個(gè)單元增加的質(zhì)量(這里time step size就是表示單元所增加的質(zhì)量)。


//?*CONTROL_TIMESTEP中設(shè)置DT2MS為正值或負(fù)值的區(qū)別

負(fù)值:質(zhì)量縮放只施加在時(shí)間步長(zhǎng)小于TSSF*abs(DT2MS)的那些單元之上。當(dāng)質(zhì)量縮放是合適的時(shí)候,我們推薦這種方法。

正值:通過(guò)增加或減小單元質(zhì)量來(lái)保證每一個(gè)單元的時(shí)間步長(zhǎng)是一致的。我們認(rèn)為,使用這種方法與使用負(fù)DT2MS值方法相比沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì),而且它可能更難合理化。


*CONTROL_TIMESTEPMS1ST=1時(shí),程序只會(huì)在初始化計(jì)算時(shí)對(duì)單元增加一次質(zhì)量;MS1ST=0時(shí),程序會(huì)在任何必要時(shí)候?qū)卧黾淤|(zhì)量。

還可以通過(guò)*CONTROL_TERMINATIONENDMAS這一參數(shù)來(lái)指定一個(gè)停止計(jì)算的質(zhì)量增加閾值(只限自動(dòng)質(zhì)量縮放)。


//?可變形焊點(diǎn)梁的質(zhì)量縮放

關(guān)鍵字*MAT_SPOTWELD中的質(zhì)量縮放控制參數(shù)DT只對(duì)焊點(diǎn)起作用。當(dāng)*CONTROL_TIMESTEP中的質(zhì)量縮放參數(shù)DT2MS為0,且時(shí)間步長(zhǎng)由可變形焊點(diǎn)控制時(shí),DT可以用來(lái)在程序初始化時(shí)將焊點(diǎn)的慣性增加,使其時(shí)間步長(zhǎng)增加到DT這個(gè)值。此時(shí)d3hsp文件會(huì)記錄焊點(diǎn)梁增加的質(zhì)量。MATSUM文件中的動(dòng)能KE和轉(zhuǎn)矩不會(huì)考慮焊點(diǎn)增加的質(zhì)量;GLSTAT中的總動(dòng)能則會(huì)考慮增加的質(zhì)量。


//?考慮在具有可變形點(diǎn)焊的模型中使用質(zhì)量縮放的3種情況

????1. 當(dāng)DT2MS為負(fù)值,且*MAT_ SPOTWELD中的DT =0時(shí),盡管d3hsp文件中“Deformable Spotwelds”該項(xiàng)下的“percentage mass increase”是錯(cuò)誤的,但是下面這些數(shù)據(jù)是正確的:d3hsp文件中的“added spotweld mass”;第一個(gè)時(shí)間步計(jì)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. 當(dāng)DT2MS為負(fù),并且*MAT_ SPOTWELD中的DT為非零時(shí),*MAT_ SPOTWELD中由DT控制的增加點(diǎn)焊質(zhì)量不包括在d3hsp、glstatmatsum文件中的“added mass”內(nèi)容中。這可能會(huì)造成誤導(dǎo)。用戶必須檢查d3hsp中是否存在“added spotweld mass”。建議:不要同時(shí)調(diào)用兩個(gè)質(zhì)量縮放標(biāo)準(zhǔn)。DT2MSDT=0(上述情況1)是優(yōu)選的;

????3. 當(dāng)DT為非零且DT2MS=0時(shí),初始時(shí)間步不會(huì)考慮增加的焊點(diǎn)質(zhì)量,但是每一個(gè)循環(huán)的時(shí)間步長(zhǎng)會(huì)增加10%,直到時(shí)間步長(zhǎng)增加到指定的值(考慮了增加的焊點(diǎn)質(zhì)量)。Glstatmatsum不包含“added mass”項(xiàng)。


//?可選質(zhì)量縮放

LS-DYNA V971 R3版本后增加了可選質(zhì)量縮放,可以通過(guò)*CONTROL_TIMESTEPDT2MSIMSCL參數(shù)來(lái)激活。當(dāng)IMSCL=1時(shí),質(zhì)量縮放施加到所有部件;當(dāng)IMSCL< 0且 abs (IMSCL) = 部件集合列表ID(part set list,質(zhì)量縮放施加到指定部件。建議使用這種可選質(zhì)量縮放,因?yàn)橘|(zhì)量縮放是很耗費(fèi)計(jì)算資源的。


可選質(zhì)量縮放選項(xiàng)需要在每個(gè)時(shí)間步求解稀疏方程組。質(zhì)量矩陣不再是對(duì)角矩陣。存儲(chǔ)非對(duì)角質(zhì)量矩陣需要一些內(nèi)存,并且m*a=F的求解需要一些CPU時(shí)間。該系統(tǒng)是迭代求解的。



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