LS-DYNA显式时间步长与沙漏控制
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利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数Translated by SunnyWinterLS-DYNA已广泛用于汽车碰撞分析。
默认的输入参数一般能给出有效,精确的碰撞模拟结果。
但是,这些默认值对于成形仿真分析并不一定理想。
下面是一个标准的金属成形过程。
为及时参考,推荐输入参数用黑体字标识,并包含在盒状关键字输入框中。
模型明确要求的数据,如终止时间等参数,输入黑体的0值。
一般问题设定在显式成形仿真中,利用质量比例缩放和(或者)人为的高工具速度,运行时间可以大大缩减。
这两种方法都会引入人为的动力学影响,因此必须将其减小到在工程意义上合理的水平。
一个单独的描述人为动力影响的参数是:工具每运动1毫米所采用的显式时间步进值(或周期)数目。
当成形过程允许大的无限的板料运动,比如冲击成形,需要更多的毫米周期数。
当板料被压边圈和冲模支撑较强的约束住时,较少的毫米周期数是必要的。
对大多数的仿真来说,100到1000之间的毫米周期数能产生合理的结果。
如果可能,或者有必要重复一个仿真,可利用两个不同的毫米周期值并比较分析结果去估计其对人为动力学影响的敏感性。
推荐选择的一个最大工具速度是2.0mm/ms,起始和结束速度为0。
可以使用简单的梯形速度轮廓(如图1)。
利用大的时间缩放步参数dt2ms获得要求的毫米周期数,可参考下面的公式:时间步大小=1.0/(最大工具速度*毫米周期数)工具速度,时间步大小和结束时间必须在协调的参照系中选择。
如果所有的工具运动给定,可用下面的步骤设置模拟参数:已知:工具全部行程(mm):D最大工具速度(mm/ms):2.0速度轮廓: 2.0毫秒上升和2.0毫秒下降的梯形(如图1)选择:毫米周期数:ncpm计算:结束时间(ms): T=2.0+D/2速度数据点:(0.0,0.0)(2.0,2.0)(T-2.0,2.0) (T,0.0)时间步大小(ms): dt2ms=1/(2*ncpm)上面的运算提供速度轮廓数据点用于下面的工具运动部分。
一、关于dyna中材料失效准则的定义有些材料类型中有关于失效准则的定义,但是也有些材料类型没有失效准则的材料类型,这时需要额外的失效准则定义,与材料参数一块定义材料特性。
需要用到*mat_add_erosion关键字,对于这个关键字有几个需要注意的地方。
1、材料的通用性破坏准则:`材料通常为拉破坏或者剪切破坏,静水压是以压为正,拉为负,所以静水压破坏就是给出最小的承受压力,当然需要小于0(即拉力),如果静水压小于该值,则材料破坏。
相反,应力则是以压为负,拉为正,故最大主应力或最大等效应力或最大剪应力破坏等等都是给出最大的应力极限,当然大于0,如果拉应力大于该值,则材料破坏,无论是*MAT_ADD_EROSION,还是材料内部自带的破坏准则还是其他软件,都遵循以上准则。
注意:屈服不是失效。
2、单元失效模拟的功能与目的单元删除功能是为了克服有限元本身的缺陷而提出的一项方法,由于有限元本身是基于连续介质力学的,而在连续介质力学中,所研究的物体需要是连续的,既物质域在空间中连续。
在这样的理论假设框架下,单元本身是不会消失的。
然而在实际情况下,由于损伤断裂的存在,势必会使得一些单元消失或者完全的失效,所以为了能够模拟这种情况,DYNA 提供了单元失效功能。
破坏、失效、断裂,都是工程性的概念,它表示在达到某一准则后,结构、构件、或者构件中的某一部分,从结构中退出工作,不再影响整体结构的受力。
而从有限元概念上说,对上述机制的模拟,基本手段都是一样的,就是当满足某一指标(比如某个应变大小)后,将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零(或者非常接近与零),这样它在整体结构计算中就不再发挥作用,进而实现了退出工作机制的模拟。
所以,无论是把纤维模型中的某个纤维、或者分层壳模型中的某一层、或者实体模型中的某个积分点,或者结构中的某个单元,让其不再参与整体结构计算,都可以达到模拟破坏退出工作的目的。
而所谓单元生死技术,是上述基本概念在有限元程序中的一个“打包”应用。
一、关于dyna中材料失效准则的定义有些材料类型中有关于失效准则的定义,但是也有些材料类型没有失效准则的材料类型,这时需要额外的失效准则定义,与材料参数一块定义材料特性。
需要用到 *mat_add_erosion关键字,对于这个关键字有几个需要注意的地方。
1、材料的通用性破坏准则:`材料通常为拉破坏或者剪切破坏,静水压是以压为正,拉为负,所以静水压破坏就是给出最小的承受压力,当然需要小于0(即拉力),如果静水压小于该值,则材料破坏。
相反,应力则是以压为负,拉为正,故最大主应力或最大等效应力或最大剪应力破坏等等都是给出最大的应力极限,当然大于0,如果拉应力大于该值,则材料破坏,无论是 *MAT_ADD_EROSION,还是材料内部自带的破坏准则还是其他软件,都遵循以上准则。
注意:屈服不是失效。
2、单元失效模拟的功能与目的单元删除功能是为了克服有限元本身的缺陷而提出的一项方法,由于有限元本身是基于连续介质力学的,而在连续介质力学中,所研究的物体需要是连续的,既物质域在空间中连续。
在这样的理论假设框架下,单元本身是不会消失的。
然而在实际情况下,由于损伤断裂的存在,势必会使得一些单元消失或者完全的失效,所以为了能够模拟这种情况,DYNA 提供了单元失效功能。
破坏、失效、断裂,都是工程性的概念,它表示在达到某一准则后,结构、构件、或者构件中的某一部分,从结构中退出工作,不再影响整体结构的受力。
而从有限元概念上说,对上述机制的模拟,基本手段都是一样的,就是当满足某一指标(比如某个应变大小)后,将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零(或者非常接近与零),这样它在整体结构计算中就不再发挥作用,进而实现了退出工作机制的模拟。
所以,无论是把纤维模型中的某个纤维、或者分层壳模型中的某一层、或者实体模型中的某个积分点,或者结构中的某个单元,让其不再参与整体结构计算,都可以达到模拟破坏退出工作的目的。
而所谓单元生死技术,是上述基本概念在有限元程序中的一个“打包”应用。
关于求解控制——很多时候,在显式分析中要说明的求解控制参数与隐式分析中的控制参数非常相似。
——显式求解中要说明的基本参数:1:TIME代表实际的物理时间。
实际求解时间应该很短,通常为毫秒级。
solution : time controls>solution time2: EDINT 积分点数(对)。
壳单元需要至少3-5 个积分点,这样才能捕捉到塑性效应。
solution : output control:Integ Pt Storage …3: EDRST,EDHTIM将时间步结果写入到.rst和.his文件的个数。
.rst文件记录了整个模型的结果,可供通用后处理器使用,一般典型的输出步数为10-100个(缺省为100)。
.his 文件记录了模型的一个子组的结果,可供时间历史后处理器使用。
一般输出步数为 1 000- 1 000000(缺省为1000)――除写出.his和.rst二进制结果文件以外,还可以用EDOPT命令确定写出结果文件d3plot 和d3thdt 。
――用户还可以输出一系列包含特定信息的ASCII文件:GLSTA■全局模型数据,BNDOU边界条件力与能量,RWFOF刚性墙力,DEFOR离散单元力,MATSU材料能量,NCFOR节点界面力,RCFOR界面反作用力,DEFGE变形几何数据,SPCFORC 单点约束力,SWFOF节点约束反力(点焊),RBDOU刚体数据,GCEOU 几何接触实体,SLEOU滑移面能量,JNTFOR节点数据,ELOU■单元数据。
――使用三种高级求解控制选项:1, CPC控制:说明CPU限制。
2,质量缩放:调整单元质量,增加时间步长。
3,子循环:调整模型以减少CPU时间(不推荐)。
――通过调整每个单元的密度,质量缩放(根据单元的大小调整任何单元的密度)从而对每个单元调整合适的时间步。
――初始的时间步长与最小的单元有关,使用质量缩放初始时间步长加长,CPU计算时间减少68%,具有质量误差,质心坐标也会发生变化。