LS-DYNA跌落仿真Sliding Energy问题与解决方法(附视频直播)
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本文摘要(由AI生成):
本文讨论了ANSYS LS-DYNA中接触问题的处理策略,特别是在遇到穿透和滑移能异常时。当节点穿透接触面时,系统需做功以消耗接触势能。解决方法包括扩大接触面和调换接触算法。文章还介绍了不同接触类型的应用场景,并强调了在跌落仿真中对模型简化和单元类型选择的重视。最后,作者计划举办直播公开课,详细讲解LS-DYNA在跌落仿真中的关键知识点,包括模型简化、单元类型选择等,并提供了参与方式。
一、写在前面
在ANSYS LS-DYNA中,经常遇到Sliding Energy异常,以笔者曾经做过的跌落仿真为例,谈一谈解决办法。本文分析计算跌落模型常出现的2种情况,一是初始穿透导致Sliding Energy异常,二是由于SEGMENT接触导致的Sliding Energy异常,并给出解决方法。
二、问题提出
在仿真过程中,负的滑移能存在2种情况,第一种情况,GLSTAT中的滑移能在初始状态就出现负值。如图-1所示。
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1605173854076_iqipy3.jpg?imageView2/0)
第二种情况,在CAE工程师利用ANSYS LS-DYNA进行计算时,很多同行会碰到图-2所示的状况,严重的能量不平衡,内能、滑移能在计算前期表现还算正常,但是到计算后期,内能、动能、滑移能严重偏离,导致整个跌落模型能量异常,计算结果不可信。
图-2 第二种能量异常图
三、 解决方法
1、在跌落仿真模型中出现初始穿透,导致初始的滑移能为负值。跌落仿真穿透模型如图-3所示。产生机理即LS-DYNA在进行接触搜索时,发现存在网格穿透问题,其需要把穿透部分的节点移到不 穿透的位置,移动这些节点,需要能量,而这些是在由LS-DYNA软件设置定义的,不属于模型设置的边界条件导致,因此这部分能量设置为负值。当把初始穿透清除后(如图-4所示),其滑移能和整个跌落模型能量表现正常(如图-5所示)。
在进行跌落模型网格划分和设置零件厚度时必须确认是否存在干涉,即必须考虑壳单元的接触厚度。如果发生穿透,可以从计算出的message或d3hsp文件中的使用搜索关键字“initial penetrations”进行搜索,找到相关单元,然后调整单元节点,消除初始穿透。在一些专门前处理软件中,例如ANSA,HYPERMESH、SpaceClaim在提交计算前对跌落模型进行穿透检查,可以查出初始穿透的单元,然后进行节点移动,消除穿透。
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1605173854627_gv798o.jpg?imageView2/0)
图-6在message文件中查找初始穿透
(2)调整关键字参数
a) 调整*CONTACT中的SFST和SFMT,即调整该接触对的从面和主面的接触厚度的比例因子。该方法对微小的初始穿透效果很明显,但是对于初始穿透值很大,效果不好,容易导致计算结果错误。
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1605173854003_5pgbsk.jpg?imageView2/0)
b) 设置*CONTACT中的IGNORE参数,该参数默认值为0,即采用*CONTROL_CONTACT中IGNORE的值。可以对每个接触对进行修改,建议修改值为1或者2.众所周知,ANSYS LS-DYNA存在2种方式设置接触,即有Contact Region和Body Interaction。Body Interaction接触即LS-DYNA接触关键字*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE,主要用于整个跌落模型的接触或自接触。Contact Region用于建立接触对,当几何模型导入到ANSYS以后,Mechanical默认对每个零件建立bond 接触。其输出关键字即*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_OFFSET ,其set类型为segment set。对于2个segment进行接触搜索时,在交界处的节点是检查不出穿透产生,导致节点滑到接触厚度中,此时才发现穿透的节点存在,必定会给该节点施加一个力,把它拉回到接触面上,因此,必须系统给该节点做功,消耗其接触势能,其表现为负的滑移能。其解决方法之一是扩大主段的接触面。由*CONTACT中的关键字MAXPAR进行调整。MAXPAR默认值为0,即表示设置值为1.025,其LS-DYNA推荐值为1.2。其解决方法之二是调换接触算法。ANSYS LS-DYNA在Mechanical中设定的bond接触是*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_OFFSET,在LS-DYNA接触选项中带OFFSET,其目的把以约束类型的接触算法切换到基于罚函数的接触算法。因此,当出现滑移能异常,可以切换*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_OFFSET为*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE。
下文是一个简单的对比,使用bond接触的模型如图-10所示,其采用不同的接触算法的能量图如图-11所示。图-10 使用Bond接触的模型(黑色部分为接触域)注释:(a)采用*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_OFSET,(b)采用*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE
(a)实体单元到实体单元的bond接触,也就是说,对于没有节点具有旋转自由度的情况,使用TIED_NODES_TO_SURFACE和TIED_SURFACE_TO_SURFACE类型的接触。这些接触类型可能包括OFFSET或CONSTRAINED_OFFSET选项。(b)壳单元与壳单元、beam与壳单元的bond接触,也就是说,对于所有节点都具有旋转自由度的情况,可以使用TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE类型的接触。此接触类型可能包括OFFSET、CONSTRAINED_OFFSET或BEAM_OFFSET选项。(c)TIED_SHELL_EDGE_TO_SOLID用于将壳单元边与实体单元或beam端与实体单元绑定,即只有从端节点具有旋转自由度的情况。此部分,需要用户使用Mechanical中的Contact Property设置接触属性。四、总结和建议
在使用ANSYS LS-DYNA中总是不可避免遇到能量问题,因其涉及判断模型是否正常,计算结果是否正确,所以对能量的判断必须符合要求。对于小的初始穿透,在对模型与试验对标后,没有出现误差,可以采用IGNORE进行处理,但如果影响计算结果,请务必调整初始穿透,这要求CAE工程师在网格处理时必须进行网格检查。对于第二种情况,利用GLATAT和SLEOUT查出那一对接触出现能量异常,然后修改参数或者接触算法。五. LS-DYNA跌落仿真-模型简化及单元类型选择
为了让更多的学员可以学习到ANSYS LS-DYNA在跌落仿真中的关键知识点,笔者受仿真秀邀约,特定于在2020年11月12日晚8点举办直播公开课-《ANSYS LS-DYNA跌落仿真-模型简化及单元类型选择要点详解》。1. 跌落仿真概述
2. 跌落模型简化要领解析
3. ANSYS LS-DYNA单元类型详解
4. 单元类型选择
参考文献
[1] LS-DYNA®Theory Manual 07/24/19 (r:11261) [M] 2019
[2] LS-DYNA_Manual_Volume_I_R11 [M] 2018
[3] 赵海鸥LS-DYNA 动力分析指南[M] 北京:兵器工业出版社,2003声明:原创文章,首发上海安世亚太公 众号,本文已授权,部分图片源自网络,如有不当请联系我们,欢迎分享,禁止私自转载,转载请联系我们获赞 9743粉丝 21142文章 3406课程 216