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02 时间步长简介(LS-DYNA)

1年前浏览2017
专注于仿真分析和振动分析

00 导读

本文内容如下:

1)简介了时间步长对显式动力学求解耗时的影响;

2)简介了时间步计算公式和应力波波速计算公式;

3)简介了质量缩放技术对时间步长的影响;

4)刚体网格不影响时间步长。


01 研究背景

    显式动力学仿真往往需要较长的求解时间,这主要取决于三个因素:1)模型的求解规模和类型;2)时间步长(time step)的大小;3)计算机的硬件性能。其中硬件性能和求解类型是相对固定不变的。时间步长和模型规模是可以优化的,它们和求解耗时的关系如下。

    1)单元总数增加,求解耗时增加;

    2)时间步长减小,求解耗时增加;



     

02 时间步长(time step)

    时间步长取决于单元尺寸最小单元尺寸决定时间步长;要求一个时间步长内,应力波传播不超过一个单元。所以划分网格最重要一条要求,单元尺寸应该尽量均匀。单元尺寸和时间步长的基本关系大致如下。

    CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)时间步长计算公式,0.9是默认的时间步系数。

    在WB LS-DYNA中查看网格的CFL时间步长。


03 应力波波速

    应力波(纵波)在实体单元内的传播速度:

    

    应力波在壳单元内的传播速度:


    应力波在梁单元内的传播速度:


    以上三个公式可以简单记忆为:


    应力波(横波) 传播速度可以简单记忆为:


    应力波在各种材料中的传播速度:      


04 质量缩放(mass scaling)

    根据CFL时间步计算公式可知,增加时间步长,可以通过增加单元特征尺寸和降低波速。根据波速计算公式可知,降低波速,可以通过提高密度。      
    质量缩放通过提高时间步较小单元的材料密度来降低波速,进而提高时间步长。如果因为局部网格尺寸过小而导致时间步偏小,可以尝试使用质量缩放。量缩放是一种纯数值方法,没有实际物理含义。质量缩放可以减少求解耗时,但会影响求解的准确性,所以要慎用并且评估其影响。Added Mass,尽量控制在5%。      
     





05 刚体影响

    在显式动力学仿真中经常会存在刚体。当然现实世界不存在刚体,在仿真中,当某个部件的硬度远大于其它部件时,可以将该部件简化为刚体,减少求解量,刚体的网格不会影响时间步长。


未完待续。。。


       

来源:华仿CAE

LS-DYNA振动显式动力学材料控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-05-02
最近编辑:1年前
华仿CAE
硕士 致力于推广工程仿真技术
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