Lsdyna超单元技术关键字详解

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1、Lsdyna子结构超单元技术

1.1 Lsdyna子结构超单元技术背景

Lsdyna子结构超单元主要通过*INTERFACE_COMPONENT关键字定义子结构分析的驱动界面数据传递，即将子结构与残余结构交界的节点定义为子结构分析的界面数据传递节点；再通过*INTERFACE_COMPONENT_FILE将驱动界面节点的时间历程结果传递到指定的如d3iff文件；最后通过在子结构分析中使用*INTERFACE_LINKING_FILE关键字调用驱动界面节点结果d3iff。 Lsdyna子结构技术整体思路是通过对刚度及质量等矩阵的缩聚，模型自由度的分解和转换，将通过界面自由度进行数据传递，实现残余结构的完整状态下的分析和优化，实现了模型的降阶，进而缩短了计算时间，快速得到残余结构的分析结果。

1.2 Lsdyna子结构超单元技术创建方法

在Lsdyna中与子结构创建相关的主要关键字包括两大类，第一类是创建界面并生成界面传输文件（d3iff），为带COMPONENT关键字，如FILE、NODE及SEGMENT等；第二类是调用界面传输文件NODE、EDGE及SEGMENT等，并用于子结构的计算，Lsdyna子结构方法的关键字见表1。

表1 子结构调用关键字列表

序号	第一类关键字	第二类关键字
1	*INTERFACE_COMPONENT_FILE	*INTERFACE_LINKING_DISCRETE_NODE_NODE
2	*INTERFACE_COMPONENT_NODE	*INTERFACE_LINKING_DISCRETE_NODE_SET
3	*INTERFACE_COMPONENT_SEGMENT	*INTERFACE_LINKING_EDGE
4	/	*INTERFACE_LINKING_FILE
5	/	*INTERFACE_LINKING_SEGMENT
6	/	*INTERFACE_LINKING_NODE_NODE
7	/	*INTERFACE_LINKING_NODE_LOCAL
8	/	*INTERFACE_LINKING_NODE_SET
9	/	*INTERFACE_LINKING_NODE_SET_LOCAL

第一类关键字如下：

（1）*INTERFACE_COMPONENT_FILE

该关键字主要用于输出指定界面的数据文件，主要参数包括以下：

1）ID为驱动界面编号，在子结构计算时调用。

2）FNAME为界面数据输出文件的文件名，默认为d3iff。

3）FORMAT为使用的数据格式。文件格式为1，表示旧数据格式；文件格式为2，表示新数据格式（默认）。

图1 子结构FILE关键字

如果通过命令Z 提交计算，则该关键字将被忽略，同时默认使用新的LSDA文件格式。

（2）
*INTERFACE_COMPONENT_NODE/SEGMENT

该关键字的目的是创建子结构的驱动界面集，该关键字与通过命令Z=L提交或通过*INTERFACE_COMPONENT_FILE命令提交一起配合使用，其关键字如图2所示。驱动界面数据的输出间隔由*CONTROL_OUTPUT中的OPIFS控制，如果未指定OPIFS，则输出间隔默认为*DATABASE_BINARY_D3PLOT中DT值的1/10，建议根据实际情况进行相应设置。

图2 子模型界面数据创建NodeSet关键字

第二类关键字如下：

（1）*INTERFACE_LINKING_DISCRETE_NODE_OPTION

OPTION可以是NODE或者SET，其通过NODE或NODE SET集调用驱动界面数据，用于子结构分析，适用所有单元类型，其主要参数如图3所示。

图3 子模型界面数据调用Discrete关键字

1）Config为指选择需要驱动界面数据的方式。

2）NID为指选择需要驱动界面数据的节点或者节点集。

3）IFID为指子结构调用的驱动界面编号。

（2）*INTERFACE_LINKING_FILE

该关键字主要是调用驱动界面数据，若采用命令L提交，该关键字将被忽略，如图4所示。

图4 子结构界面数据d3iff调用关键字

2、案例应用

2.1 柱碰模型建立

某动力电池开发过程中需要进行整车柱碰分析，根据柱碰过程中力的传递路径建立等效的电池包级整车柱碰模型，同时与完整的整车柱碰结果进行标定和对比，检验等效模型的准确性及合理性。对于电池包的柱碰考察，一般是关注模组是否受到挤压及挤压力情况、各个关键零部件的受力情况等，此时根据需要建立相应的力传感器。

图6 某整车模型

2.2子结构界面数据输出设置

根据前述的子结构定义方法，设置子结构界面以及设置输出，如图7所示。通过计算可以得到界面结构文件d3iff，后续的子结构模型通过调用该文件进行分析及优化分析。

图7子结构界面设置

2.3 柱碰基础分析

在相同计算资源下，基于子结构技术子结构模型分析结果与完整模型几乎一致，如图8所示。其对比结果见表2，柱碰过程中的柱子最大接触力（16ms）差异为2.17%，模组挤压力差异为2.00%，边梁最大应力和位移差异分别为0.04%和0.17%，计算时间缩短80.47%，效果非常明显，如图8所示。将创建完成的柱碰模型进行分析，得到模组与下壳体边梁内壁的挤压力为73.573kN，挤压力不满足设计要求，设计要求在柱碰过程中电芯不能受到挤压。为进一步验证等效柱碰模型的准确性，进行带完整整车的柱碰分析，分析结果显示挤压力最大为72.6kN，即该等效柱碰模型满足要求，可用于进一步的柱碰优化。

表2 完整与子结构计算结果对比（16ms）

名称	完整模型	子结构模型	差值
单元数量/个	2373633	415356	-82.50%
最大柱碰力/kN	554.927	542.885	-2.17%
模组挤压力/kN	73.573	75.046	2.00%
边梁最大应力/MPa	364.215	364.357	0.04%
边梁最大位移/mm	99.182	99.012	-0.17%
计算时间/s	76905	15017	-80.47%