LS-dyna能量介紹

2016-09-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

LS-DYNA FAQ 7.Energy balance 能量平衡

time........................... 4.99735E-03

time step...................... 4.45000E-06

kinetic energy................. 3.80904E+09

internal energy................ 5.15581E+09

spring and damper energy....... 1.00000E-20

hourglass energy .............. 1.34343E+08

system damping energy.......... 0.00000E+00

sliding interface energy....... 1.72983E+07

external work.................. 4.54865E+09

eroded kinetic energy.......... 0.00000E+00

eroded internal energy......... 0.00000E+00

total energy................... 9.11649E+09

total energy / initial energy.. 1.09716E+00

energy ratio w/o eroded energy. 1.09716E+00

global x velocity.............. -6.63878E+01

global y velocity.............. 3.44465E+02

global z velocity.............. -1.86129E+04

time per zone cycle.(nanosec).. 11286

GLSTAT(參見*database_glstat)文件中報告的總能量是下面幾種能量的和:

內能 internal energy

動能 kinetic energy

接觸(滑移)能 contact(sliding) energy

沙漏能 houglass energy

系統阻尼能 system damping energy

剛性墻能量 rigidwall energy

GLSTAT中報告的彈簧阻尼能”Spring and damper energy”是離散單元(discrete elements)、安全帶單元(seatbelt elements)內能及和鉸鏈剛度相關的內能(*constrained_joint_stiffness…)之和。而內能”Internal Energy”包含彈簧阻尼能”Spring and damper energy”和所有其它單元的內能。因此彈簧阻

尼能”Spring and damper energy”是內能”Internal energy”的子集。

由SMP 5434a版輸出到glstat文件中的鉸鏈內能”joint internal energy”跟*constrained_joing_stiffness不相關。它似乎與*constrained_joint_revolute(_spherical,etc)的罰值剛度相關連。這是SMP 5434a之前版本都存在的缺失的能量項,對MPP 5434a也一樣。這種現象在用拉格朗日乘子(Lagrange Multiplier)方程時不會出現。

與*constrained_joint_stiffness相關的能量出現在jntforc文件中,也包含在glstat文件中的彈簧和阻尼能和內能中。回想彈簧阻尼能”spring and damper energy”,不管是從鉸鏈剛度還是從離散單元而來,總是包含在內能里面。

在MATSUM文件中能量值是按一個part一個part的輸出的(參見*database_matsum)。沙漏能Hourglass energy僅當在卡片*control_energy中設置HGEN項為2時才計算和輸出。同樣,剛性墻能和阻尼能僅當上面的卡片中RWEN和RYLEN分別設置為2時才會計算和輸出。剛性阻尼能集中到內能里面。質量阻尼能以單獨的行”system damping energy”出現。由于殼的體積粘性(bulk viscosity)而產生的能量耗散(energy dissipated)在版本970.4748之前是不計算的。在后續子版本中,設置TYPE=-2來在能量平衡中包含它。

最理想的情況下能量平衡:

總能量total energy = 初始總能量 + 外力功external work 。換句話說,如果能量比率energy ratio(指的是glstat中的total energy/initial energy,實際上是total energy/(initial energy + external work)) 等于1.0。注意,質量縮放而增加質量可能會導致能量比率增加。

注意在LSprepost的History>Global energies中不包含刪掉的單元(eroded elements)的能量貢獻,然而GLSTAT文件中的能量包含了它們。注意它們的貢獻可以通過ASCII>glstat中的”Eroded Kinetic Energy”& “Eroded Internal Energy”來繪制。侵蝕能量(Eroded energy)是與刪掉的單元相關的內能和刪掉的節點相關的動能。典型來說,如果沒有單元刪掉”energy ratio w/o eroded energy”等于1,如果有單元被刪掉則小于1。刪掉的單元與”total energy/initial energy”比率沒有關系。總能量比率增加要歸于其它原因,比如增加質量。

重述一下,將一個單元刪掉時,文件glstat中的內能和動能不會反映能量的丟失。取而代之的是能量的丟失記錄在glstat文件的”eroded internal energy” & “eroded kinetic energy”中。如果用內能減去”eroded internal energy”將得到分析中還存在的單元的內能。對動能也一樣。

matsum文件中的內能和動能只包含余下(noneroded)的單元的貢獻。

注意,如果在*control_contact卡中將ENMASS設置為2,則與刪掉的單元的相關的節點不會刪掉,”eroded kinetic energy”是0。

在LSprepost中History>Global 只是動能和內能的簡單相加,因此不包含接觸能和沙漏能等的貢獻。

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殼的負內能:

為了克服這種不真實的效應

--關掉考慮殼的減薄(ISTUPD in *control_shell)

--調用殼的體積粘性(set TYPE=-2 在*control_bulk_viscosity卡中)

--對在matsum文件中顯示為負的內能的parts使用*damping_part_stiffness;

先試著用一個小的值,比如0.01

如果在*control_energy中設置RYLEN=2,因為剛性阻尼而能會計算且包含在內能中。

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正的接觸能:

當在接觸定義中考慮了摩擦時將得到正的接觸能。摩擦將導致正的接觸能。如果沒有設置接觸阻尼和接觸摩擦系數,你將會看到凈接觸能為零或者一個很小的值(凈接觸能=從邊和主邊能量和)。所說的小是根據判斷-在沒有接觸摩擦系數時,接觸能為峰值內能的10%內可以被認為是可接受的。

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負的接觸能:

突然增加的負接觸能可能是由于未檢測到的初始穿透造成的。在定義初始幾何時考慮殼的厚度偏置通常是最有效的減小負接觸能的步驟。查閱LS-DYNA理論手冊的23.8.3&23.8.4節可得到更多接觸能的信息。負接觸能有時候因為parts之間的相對滑動而產生。這跟摩擦沒有關系,這里說的負接觸能從法向接觸力和法向穿透產生。當一個穿透的節點從它原來的主面滑動到臨近的沒有連接的主面時,如果穿透突然檢測到,則產生負的接觸能。

如果內能為負接觸能的鏡像,例如glstat文件中內能曲線梯度與負接觸能曲線梯度值相等,問題可能是非常局部化的,對整體求解正確性沖擊較小。你可以在LS-prepost中分離出有問題的區域,通繪制殼單元部件內能云圖(Fcomp > Misc > Internal energy)。實際上,顯示的是內能密度,比如內能/體積。內能密度云圖中的熱點通常表示著負的接觸能集中于那里。

如果有多于一個的接觸定義,sleout文件(*database_sleout)將報告每一個接觸對的接觸能量,因此縮小了研究負接觸能集中處的范圍。

克服負接觸能的一般的建議如下:

-消除初始穿透(initial penetration)。(在message文件中查找”warning”)

-檢查和排除冗余的接觸條件。不應該在相同的兩個parts之間定義多于一個的接觸。

-減小時間步縮放系數

-設置接觸控制參數到缺省值,SOFT=1 & IGNORE=1除外(接觸定義選項卡C)

-對帶有尖的邊的接觸面,設置SOFT=2(僅用于segment-to-segment接觸)。而且,在版本970中推薦設置SBOPT(之前的EDGE)為4對于部件之間有相對滑移的SOFT=2的接觸。為了改進edge-to-edge SOFT=2接觸行為,設置DEPTH=5。請注意SOFT=2接觸增加了額外的計算開消,尤其是當SBOPT或者DEPTH不是缺省值時,因此應該僅在其它接觸選項(SOFT=0或者SOFT=1)不能解決問題時。

模型的細節可能會指示可用其它的一些方法

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