應用技術與技巧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

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

重復上述過程時，發現在更新單元材料信息的操作結束后，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實體）.

負體積出現的原因是雅可比矩陣的行列式值為負值.一般地，減小時間步長參數，增加材料剛度，改變單元質量都可以.如果是金屬材料出現負體積，主要

是單元質量問題，建議重新劃分網格，但如果是非金屬，這是常見現象，不一定是網格問題，可以尋求其他方法，比如發生的原因有可能是因為有initial penetration.所以，應該先檢查是不是有initial penetration：如果是少數節點受力也因為力量集中造成負體積，就可以把接觸的網格劃分細一點；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，負體積是由于element本身產生大變形造成自我體積的內面跑到外面.負體積多是網格畸變造成的，與網格質量以及材料、載荷條件都有關系.可能的原因以及對應的解決方法大概有幾種.

（1）材料參數設置有問題，應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）在容易出現大變形的地方將網格refine處理.

（5）材料太軟有時也會出現負體積.

（6）可以采用ALE或是Euler單元算法，用流固耦合功能代替接觸，控制網格質量.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，可能是因為單元產生嚴重畸變而導致負體積現象，如果采用四面體單元，可以用網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致出現單元負體積.這種情況一般出現在材料失效之前.在沒有網格光滑和網格重劃分的情況下，LSDYNA有內部限制調節Lagrange單元的變形.負體積一般都會導致計算中止，除非設置時間步長控制中的erode=1且設置終止控制中的dtmin為非零數.這種情況下，出現負體積的單元將被自動刪除，計算不會中止.不過，就算設置erode=1且dtmin為非零數，負體積有時候也會導致計算出錯而停止.

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

在*control_timestep中可設置DT2MS為正值和負值.

DT2MS負值表示初始時間步不小于TSSFAC與-DT2MS的乘積，質量只是增加到時間步小于TSSFAC與DT2MS的單元上.當質量縮放可接受時，推薦用這種方法.用這種方法時質量增量應較小，質量增加過多會導致計算任務終止.有無數種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，增加的質量是不一樣的.一般情況下，TSSFAC越小，增加的質量越多.作為回報，當TSSFAC減小時計算穩定性增加（就像在沒有進行質量縮放的求解中一樣）.如果TSSFAC的缺省值（0.90）會導致穩定性問題，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.通過調整單元密度，使得單元質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量（MS1ST=0），由*control_timestep卡中的參數MS1ST控制.可以通過在*control_termination卡片中設置參數ENDMAS，控制當質量增加到初始質量一定比率時終止計算（只對自動質量縮放有效）.

為確定質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部件所增加的質量對時間的曲線.

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

（摘自同濟大學鄭百林教授《CAE操作技能與實踐》課堂講義）

（待續）