應(yīng)用技術(shù)與技巧CAE軟件操作小百科

張一雨

1如何利用Hypermesh解決LSDYNA與Abaqus的接口問題

當(dāng)需要將LSDYNA中的模型文件導(dǎo)入Abaqus中進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算或者其他處理時，往往會有諸多不便.這時，可以通過修改Hypermesh中Preference→Users Profiles選項(xiàng)進(jìn)行處理，然后在Materials界面中用update功能進(jìn)行模型信息的更新，最后利用export功能將修改格式后的模型輸出.但是，將輸出文件導(dǎo)入到Abaqus后，模型的材料信息、截面信息均會丟失.

重復(fù)上述過程時，發(fā)現(xiàn)在更新單元材料信息的操作結(jié)束后，材料信息并未得到真正的更新，在Material一欄中顯示的是Unspecified.因此，這一系列操作是無法做到將LSDYNA中的模型文件完整導(dǎo)入Abaqus中的.

這時，可以利用Hypermesh中的Tools→Convert功能，選取其中的LSDYNA→To MSC Nastran（MSC Nastran與Abaqus的輸入文件均為bdf格式文件）.執(zhí)行此操作后，模型文件的Section，Material和Element信息均全部映射成功，見圖1（所示案例為LSDYNA的K文件，無*part實(shí)體）.

負(fù)體積出現(xiàn)的原因是雅可比矩陣的行列式值為負(fù)值.一般地，減小時間步長參數(shù)，增加材料剛度，改變單元質(zhì)量都可以.如果是金屬材料出現(xiàn)負(fù)體積，主要

是單元質(zhì)量問題，建議重新劃分網(wǎng)格，但如果是非金屬，這是常見現(xiàn)象，不一定是網(wǎng)格問題，可以尋求其他方法，比如發(fā)生的原因有可能是因?yàn)橛衖nitial penetration.所以，應(yīng)該先檢查是不是有initial penetration：如果是少數(shù)節(jié)點(diǎn)受力也因?yàn)榱α考性斐韶?fù)體積，就可以把接觸的網(wǎng)格劃分細(xì)一點(diǎn)；如果是用hex element會有hourglass的情形，可以檢查一下hourglass energy或者是2個物體剛性相差太多.

換言之，負(fù)體積是由于element本身產(chǎn)生大變形造成自我體積的內(nèi)面跑到外面.負(fù)體積多是網(wǎng)格畸變造成的，與網(wǎng)格質(zhì)量以及材料、載荷條件都有關(guān)系.可能的原因以及對應(yīng)的解決方法大概有幾種.

（1）材料參數(shù)設(shè)置有問題，應(yīng)選擇合適的材料模式.

（2）沙漏模式的變形積累，嘗試改為全積分單元.

（3）太高的局部接觸力，嘗試調(diào)整間隙，降低接觸剛度或降低時間步.不要將force施在單一的node上，最好分散到幾個node上，以pressure的方式等效施加.

（4）在容易出現(xiàn)大變形的地方將網(wǎng)格refine處理.

（5）材料太軟有時也會出現(xiàn)負(fù)體積.

（6）可以采用ALE或是Euler單元算法，用流固耦合功能代替接觸，控制網(wǎng)格質(zhì)量.例如，承受壓力的單元在受壓方向比其他方向尺寸長.

（7）嘗試減小時間步長，從0.9減小到0.6或更小.

時間步長急劇變小，可能是因?yàn)閱卧a(chǎn)生嚴(yán)重畸變而導(dǎo)致負(fù)體積現(xiàn)象，如果采用四面體單元，可以用網(wǎng)格重劃分的方法來解決.

通常，材料的大變形問題，如泡沫材料，是由于單元大扭曲才導(dǎo)致出現(xiàn)單元負(fù)體積.這種情況一般出現(xiàn)在材料失效之前.在沒有網(wǎng)格光滑和網(wǎng)格重劃分的情況下，LSDYNA有內(nèi)部限制調(diào)節(jié)Lagrange單元的變形.負(fù)體積一般都會導(dǎo)致計(jì)算中止，除非設(shè)置時間步長控制中的erode=1且設(shè)置終止控制中的dtmin為非零數(shù).這種情況下，出現(xiàn)負(fù)體積的單元將被自動刪除，計(jì)算不會中止.不過，就算設(shè)置erode=1且dtmin為非零數(shù)，負(fù)體積有時候也會導(dǎo)致計(jì)算出錯而停止.

在動態(tài)分析中，任意時刻以增加非物理的質(zhì)量來增大時間步都將影響計(jì)算結(jié)果.但是，當(dāng)這種影響不明顯時，完全可以增加非物理的質(zhì)量，例如：額外的質(zhì)量僅在非關(guān)鍵區(qū)域的少數(shù)微小單元上或準(zhǔn)靜態(tài)分析情況下增加時.總的來說，由分析者判斷質(zhì)量縮放的影響有一定難度，因此有必要進(jìn)行減小或消除質(zhì)量縮放的分析來估計(jì)質(zhì)量增加對結(jié)果的靈敏度，即人為增加一個部件的材料密度來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量縮放.這種手動質(zhì)量縮放的方法獨(dú)立于通過設(shè)置*Control_timestep卡片的DT2MS項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)自動質(zhì)量縮放.TSSFAC是時間步縮放因子，其數(shù)值范圍一般為0.67～0.90，其作用是增強(qiáng)計(jì)算的穩(wěn)定性.DT2MS是設(shè)置的人工時間步，LSDYNA真正在計(jì)算時的時間步為TSSFAC與DT2MS的乘積.相同的實(shí)際計(jì)算時間步通過這2個參數(shù)可以有多種組合，比如：減小DT2MS的絕對值，同時增大TSSFAC的數(shù)值，可保證其乘積不變，即保證實(shí)際計(jì)算時間步不變，計(jì)算穩(wěn)定；同時DT2MS絕對值變小，需要進(jìn)行質(zhì)量縮放的單元也減少，整個模型增加的質(zhì)量也會變少，從而保證計(jì)算結(jié)果的可靠性.

在*control_timestep中可設(shè)置DT2MS為正值和負(fù)值.

DT2MS負(fù)值表示初始時間步不小于TSSFAC與-DT2MS的乘積，質(zhì)量只是增加到時間步小于TSSFAC與DT2MS的單元上.當(dāng)質(zhì)量縮放可接受時，推薦用這種方法.用這種方法時質(zhì)量增量應(yīng)較小，質(zhì)量增加過多會導(dǎo)致計(jì)算任務(wù)終止.有無數(shù)種TSSFAC與DT2MS的組合可以得到同樣的乘積，因而會有相同的時間步，但是對于每一種組合，增加的質(zhì)量是不一樣的.一般情況下，TSSFAC越小，增加的質(zhì)量越多.作為回報，當(dāng)TSSFAC減小時計(jì)算穩(wěn)定性增加（就像在沒有進(jìn)行質(zhì)量縮放的求解中一樣）.如果TSSFAC的缺省值（0.90）會導(dǎo)致穩(wěn)定性問題，那么可以嘗試0.80或者0.70.

DT2MS正值表示初始時間不小于DT2MS.通過調(diào)整單元密度，使得單元質(zhì)量增加或者減小以保證每一個單元的時間步都一樣.

選擇只在初始化時增加一次質(zhì)量（MS1ST=1）還是選擇任何需要維持由DT2MS所指定的時步時都增加質(zhì)量（MS1ST=0），由*control_timestep卡中的參數(shù)MS1ST控制.可以通過在*control_termination卡片中設(shè)置參數(shù)ENDMAS，控制當(dāng)質(zhì)量增加到初始質(zhì)量一定比率時終止計(jì)算（只對自動質(zhì)量縮放有效）.

為確定質(zhì)量自動增加的時間和位置，可以輸出GLSTAT和MATSUM文件.這些文件允許繪出完整的模型或者單獨(dú)部件所增加的質(zhì)量對時間的曲線.

為顯示的由殼單元組成的部件增加的質(zhì)量云圖，可將*database_extent_binary卡片的STSSZ項(xiàng)設(shè)置為3，這樣就可以用LSPrepost繪制每個單元的質(zhì)量增加量的云圖，具體為選擇Fcomp→Misc→time step size.

（摘自同濟(jì)大學(xué)鄭百林教授《CAE操作技能與實(shí)踐》課堂講義）

（待續(xù)）