LSDyna碰撞分析资料要点.docx
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LSDyna碰撞分析资料要点
LS-DYNA碰撞分析调试
LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有:
a、质量增加百分比小于5%;
b、总沙漏能小于5%；
c、滑移界面能；
d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性;
e、检查数值输出的稳定性。
一、质量缩放Massseal的检查:
质量缩放一一对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。
关于LS-DYNA中单兀时间步长的计算方法请参见附录一。
1、初步检查。
让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyperview中调出glstat文件并检查massscaling项（质量增加应该小于5%）;调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、p设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小
时间步长，从而引起质量缩放）。
2、全过程检查。
调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结
束。
再按［初步检查］的要求检查调试整个模型直至达到要求。
一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5%。
二、沙漏能Hourglassenergy检查:
沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。
具体介绍参见附
录二。
检查：
在dyna中计算模型至其正常结束。
在Hyperview中调出glstat文件并检查energy的totalenergy、Hourglassenergy两项，整个计算过程中沙漏能应小于总能量的5%。
三、滑移界面能slidinginterfaceener的检查:
滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。
剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetectedpenetrationS常常会引起大的负值的滑移截面能。
详细介绍请参见附录三。
我们通常通过slidinginterfaceenergy/knightenergy来考察计算结果的准确性。
四、模型碰撞变形模式的检查:
从碰撞动画来诊断计算结果是否准确。
1、检查各部件的碰撞变形是否合理；
2、检查整个模型，是否有漏缺的重要零件（对计算结果影响不容忽略的零件）
3、检查各部件之间的相对运动是否正确（主要是检查铰链、弹簧等联接定义是否正确）；
4、检查各部件之间是否有出现明显穿透、干涉。
五、数值输出的检查：
主要检查B柱加速度曲线及各主要截面力曲线等输出数据的可靠性，这些数值应避免出现严重的振荡。
LS-DYNA汽车碰撞计算过程中经常遇到的问题及解决方法：
症状一：
出现了很大的，并且为负值的slidinginterfaceenergy
原因分析：
通常是由于模型中存在的初始穿透，而Dyna计算的初始化中无法消除掉这些初
始穿透。
诊断手段：
删除掉模型中所有的接触定义，运行2cycle，再查看sleout文件查看穿透情况。
产看d3hsp文件中关于初始穿透的警告信息。
解决对策：
如果是两层板的穿透，Dyna的初始穿透纠正功能可以解决部分问题。
如果是多
层板的穿透，其将无能为力。
此时需要手动的消除模型的初始穿透。
症状二：
模型的初始动能明显不合理
诊断手段：
1.检查d3hsp中模型的总质量
2.检查模型的三个方向的速度
3.检查d3hsp中各个部件的质量
4.刚体的质量会合并到master部件中
5.*PART_INERTIA中定义的速度优先级高于*INITIAL_VELOCITY
6.检查matsum中各个部件的能量（动能、沙漏能）
7.确认定义为*PART_INERTIA的部件都定义了初速度
8.确认定义为*PART_INERTIA的部件没有作为合并刚体中的slave（可作为
master）
9.部件出现很高的速度，通常是由于接触中的初始穿透引起。
症状三：
计算异常终止
原因：
计算终止通常只有以下4个原因
1.输入文件关键字定义错误。
LS-DYNA对输入文件的格式要求十分严格，除默
认值外，空白行是不被允许的。
注释行必须以符号“$”开始。
2.单元负体积。
3.节点速度无限大。
4.网格畸变严重，计算不收敛。
5.硬盘空间不足。
诊断手段：
除最后一个原因外，其他的错误原因都可以在message文件中找到解释。
症状四：
体单元出现负体积
现象描述：
LS-dyna计算时报错：
Error:
Negativevolume
原因：
常出现在泡沫、橡胶材料定义中。
1.加载在体单元上的载荷远大于单元的刚度
2.应力应变曲线定义出问题，当dyna外推该曲线是出现异常
3.Foam单元在回弹时出现负体积，在材料mat_low_density上增加一定的阻尼会
有帮助。
4.使用Contact_Interior定义在FOAM模型上。
5.在实体单元上附一层Null壳单元，而后使用automaticsinglesurfacecontact
6.Foam材料的应力-应变曲线需要是平滑的
症状五：
节点速度无限大
现象描述：
在动画模型中表现为节点突然从表面呈爆炸状飞出。
LS-dyna计算时报错Error:
Nodevelocityoutofrange
原因：
1.一般是由于材料参数的单位不一致引起的，在建立模型时应注意单位的统
2.在本该发生接触的地方没有定义接触或者接触定义错误。
诊断手段：
按照以下的步骤
1.显示碰撞动画的最后一步；
2.取出带有发散点的部件
3.反转显示部件
4.检查该部件的部件号
5.在前处理中，检查该部件的网格，包括模型中的裂缝、单排单元等
6.检查对应部件的异常出现的过程，找到最初出现异常的位置
7.检查重合单元
8.检查部件的材料和属性
9.检查接触定义
症状六：
时间步长太小
原因：
1.在试运行中关掉质量缩放，检查单元的时间步长信息
2.检查材料属性中是否使用了正确的单位制
3.检查Foam的应力-应变曲线
4.检查Beam单元的材料和属性
5.梁单元和阻尼单元，确定两端没有连接在零质量的节点上。
6.检查是否因为初始穿透调整，导致了单元尺寸变化
7.如果梁单元参与接触，则也应该ofset
症状七：
模型变形模式不正常
诊断手段：
1.查看整个模型的变形动画
2.常出现的问题有，如果是做前碰分析，也需要对后部结构的变形。
因为后部
的接触可能会出现问题
3.察看断面，确定接触计算没有异常
4.察看速度、塑性应变和应力的变化情况
症状八：
*CONSTRAINED_EXTRA_NODES定义错误
现象描述:
»**Errot1partBisout-oF-r^n^
inputphasewillcontinueifpossible
***Errorundefinednodett0
inputphaseuillcontinueifpossible
***Uarning*CONSTRAINED_EXTnA_NODES_...
Keywordismispelled一assumingNODEoptionKEVWORDtypedas一«CONSTRAINEDJXTRA_NODES_
CheckInputdeck
原因：
一般是因为模型中定义extranodes的刚体被删除或者是节点所依附的单元
被删除。
措施：
在K文件中找出所有以下类型的关键字（PartID或者NodeID/NodesetID
为0）并删除。
PONSTUTMEDE求TRANODESSET丿
JHMNAMEGROUPS71b-piLJ-SGC
$HWCOLORGROUPS7128
附录
ls-dyna来用的扯代中心幷分仏足有给件険崔的,只有芍时间步小门:
缶幷时创步时隐
宦｛勒见风芒显成枳分力仏）:
具中％=加大门然角频率
杆件的临艸时间如门
心杆件临艸时间步检为t
At=~
c
其巾特祉怏度』和汲迪c肛决］輕朮爻竽:
；-len^tkof
壳单元’
UA
maxfl^L^l^l^yr丿卩
（2）侔甲元T
对丁8节点实休取元：
I=v/A^,为讹元址大一傅的Uii积.
（1+//X1-//）/>
对于4"点实体单元11=^小高度
临祥时HtbK'J±LS.DYNAf【仙计必它依赖『单尤长也和材*斗特性.LS-DYNA在计算所需时间步时检血所有单无为达到稳定釆用「个比例貳数〔缺省'■为09）来减小时何步；
ZV=0,9-
c
从而对于型个育限元模附來说•控制实际计算时同步兵的是垠小尺寸单元，'勺模世的网格质晟不足液好啲时候.如月毅峯的小单尤心；在，此时计算的时间将成倍的熠拥，为减小计算虽.需耍人为地控MLS^DYNA时何步反・称Z为质駅缩放.此时在不改变有眼兀模舉的询捉下，加大实际计算时河步L4以壳单元为例I
单元1
/1
2
/2
3
6
山上iHi公式可知，可以通过调幣该单元的密度來増人它的时间步K（弹性模駁一般不调能•因为接触中需耍真丈的州性模晟）.LS-DYNA±关建戸CONTROLJHMESTEP中参数DT2MS來人为控制时间步通过输入期望的实际让算时间步匕程序自动増加对应讥元的密度:
Ispecified
_（l-v2）PiE
X恰晋为单元啲密度
在LS・DYNA中.有两种质吊缩放方耒：
•DT2MS为止的时间步：
逋过调整唯元密度，使得所符臥冗都具有相同的时间步氏，只用丁惯性效应不亟耍时。
•DT2MS为员的时间步*
质晟缩放只用丁小『•指定时间步长Di的惟元。
使用质呈缩放可以显料地降低求解的时间.需耍注意的是.某些讹元密度的增加必然£致冇限元模型整体质晟的额外增加.X需耍芳世模型的惯性效W时.血该对増加质后的仃分比进行控制（同时还需考念接触的稳定性），即不可任意的设定丈际计算时间步怏，一般怙况下•应控制质吊增加帀分比在5鳴Z内.在LS-DYNA运行窗II中有该参数的显示•
附录二
LS-DYNA减用虹点（缩减）髙斯积分的恫元进存非域性动力分析可以极衣的*沖计算机悅也有利『吠变形分折’H1是分町能引起舞能橈式.成称沙漏榄式（卷丸第■-Y>
沙混扯一种旦比结构仝局响应高得彩的频率磁荡的寧能变形按式•足唯元刚度比附中秩不足导致的.而这兰是由于枳分点下足£致的。
沙瞞模氏导致一科在独学上是稳室的、但在物理上无法实现的状応他们他常洼有刚度’变形早现懈齿形料格・唯点陕休氓元的沙潮模亢则乳UI1驻兄可以按恿绿线的刑状变动・
总体表现形式|
在分析中沙漏变形的汨现便结杲无效•所以|讥:
』减小种避免・如果总怵沙漏能超i1摸型总体内能的10%.瞬么分析可能就定无效的.有时侯共望强的沙甸能也址不允许的nIff以#曲脊必耍对它进行控制.
方袪一：
总体调整模型的体积粘度可以减少沙漏变够’粘性沙甜控制稚荐用丁快速变形的何聽中（例如激擾泼h人丁•体积粘度木來她用丁处理曲力波的糾题.因为在快速变形过程中.结构内部产生应力波,形成压力、密度、质点加蝕度利能斌的跳溟・为求解的稳定性,加进人工休积粘性’憧战力沁的加闸断模糊咙金和％秋窄区填内急剧姣化2却是连纯变化的.血丁沙睛足一种以比錯构全局响应為得爹的频率寰荡，谓整模熨肘体积粘度能减少浊屈竺形*在L克DYNA中由jr*CONTROL_BLrLK_VISCOSITY揑冷
Ai±:
:
通过总个巒加刚度或粘性HIM來控制.由关tt7*CONTROL_HOURGLASS控制.时于曲逖伺題叙用粘度公式（缺咎），讨F低迷问題建玫用刚度公式〔4、5L
方法三.海防止棋型的总体刚度闵附加期度而凰加过大时，可不用总休设怪附加剛度或粘度■可迪过关犍字"HOURGLASS企讨沙淅陡过人的MRT进行沙M控制.参数与总体设置一样（通过*PART黄锥字9柑关PART建J：
连接九
厅仏叫便用全枳分虹鬲（iiT■沙漸址山丁W枳分导致的，所以可以使用州間的全枳分单元来控制沙涮，此时没有沙漏模成，但在人变瑕怙况下模舉过于刚鏈.
其实通过便用虾的模舉方武可以减少沙瀟的产生；网格的细化.避免施如氓点载荷.、、散一些全积分的“种予円小元丁屬产生沙漏模式的剖件中从而减少沙漏。
附录三
滑动界血能分两种悄况；有摩擦和社有摩擦.
:
叫没有摩擦时〔即在按尬中没仃匸义摩攥系数人滑功界啲能为接皴押熒探持的协能（如rax但在碰撞过精m能晟的转换应该是接触弾賞的整能转化为动能.动陡转化为变形能.所以隹计算中滑功界啲能足非物理你应巧控制在很小的值以内』
瑜二工伽辽斗
许创厚爭加即—
式中f为搖触弹賞力.p为渗进最.止为耐则
枉纯禅性碰撞中••滑动界向能^完仝转化为动能｛如图所不人若为弹觀性碰撞*即有罔变能.则淆动界向能冏亢全轉化为动能和应变能=
片有摩攥时.在滑动界而能中包含丁摩擦能.此时除了在接融啲的法向有滑动界山I能*在切向也产生界刖摩擦陡.
LS-DYNA的接触型攥址|库仑公式，傑擦系数山卜；武计算：
Mc=Hd+（^s-gd）e',DCBV*
ps=静厚擦系数
gd=动摩擦系数
DC=常数哀减系数
v=按傩血间的相熄速度
若DC或v=0则“亡=“$
在炸仑力作用下界ihJ剪切2力在某些怙况下会非常大.可能会超过材料的承受极限.所以耍限制垠人摩擦力，垠大摩擦力可以山粘性摩擦系数vc和接触孜的血积*定义：
仏=©A冋
粘件摩擦系数滋用丁•接触引起笔性渝动的怙况•推荐儿值为料的屈AH应力。
对丁滑动界血能常遇到的问題是出现负值，仃两种怙况会导致负的滑动界山|能:
1.基于段的映射方式
2.初始滨透
I.着于段的映财方式.
如图所示：
战点在两段的交界处检仓不到潑透产生.所以会滑到接触庁皮中氏此时f?
•序发现有渗透石点存在.必定会给它施加一个接触力，把它拉冋到接触|何上，此时報个系统在对从宵点做功，消耗它的接触势能（但此前没有得到动能的补充〉.所以表现为负的滑动界血能。
实际上的滑动界面能耳计算的滑动界面能的比较:
解决该问题的方法是扩充主段的接触山|・如图所爪.在两段交接处使接触山|能捕捉
到接触渗透.111*CONTACT关健7中的MAXPAR参数调無:
2.初始潅透
在建立右限元模型中.可能会“:
在模型Z间有干涉问題。
程序在开始计算时会（1动检任初始港透.若令初始渗透•程序捉出警告.并把这些W点移动到可能接触的界血上.在这过禅中.系统嬰对Z做功.导致负的滑动界血能产生。
3410初
从上術可知.初始渗透会9致负的滑动界啲能产生•同时并不是所有的从。
点都会移到主表面上.存在的渗透节点将会导致不切实际的接触行为。
解决方法：
方法一：
在建立模型时血'"|花费时间和粘力避免有初始渗透.尽吊:
保持接触对中的接触空隙（考虑壳甲元的庁度人但对丁反朵的悦型.不可避免会出现初始渎透.此时可根据第次递交丿F；秤序给111的渗透依息（在MESSAGE和D3HSP文件中有详细记求）.按曲捉示移动相关节点，调整计舜模型・消除渗透.
方法••：
对丁•比较小的初始滓透制題，可以通过减小接触厚度來解决，对应TCONTACT关进'"啲SFST和SFMT.该力汕只对很小的初始潍透效来妤.对丁人的初始渗透.可能会导致错误的结果。
方对「•初始潅透间题.LSTC公司在LS・DYNA960中增加了和关控制参数來处理该问題，在关fit'Y•CONTROL_CONTACT中冇一参数】GNORE设直，可以忽略所冇的初始穿透•对应CONTACT关键了中都有相同参数对以对取个的接触对进行处理。
3.4.11接傩阻尼
接触阻址刚开始主耍是用來处理在金属冲斥成刘过用中出现的乖氏T接触表血的法向人值振动问题・n.火发现任碰撞中对F高频SR值噪声的处理非常有效.通滋定义临界阻尼的门分比们，在"CONTACT关键7中旳VDC参数，该卷数定义临界阻尼的仃分比伉・一般定义为20。
ff}slaventmaster
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