LS-dyna能量介紹

2016-09-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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(nèi)能 internal energy

動能 kinetic energy

接觸(滑移)能 contact(sliding) energy

沙漏能 houglass energy

系統(tǒng)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(nèi)能及和鉸鏈剛度相關(guān)的內(nèi)能(*constrained_joint_stiffness…)之和。而內(nèi)能”Internal Energy”包含彈簧阻尼能”Spring and damper energy”和所有其它單元的內(nèi)能。因此彈簧阻

尼能”Spring and damper energy”是內(nèi)能”Internal energy”的子集。

由SMP 5434a版輸出到glstat文件中的鉸鏈內(nèi)能”joint internal energy”跟*constrained_joing_stiffness不相關(guān)。它似乎與*constrained_joint_revolute(_spherical,etc)的罰值剛度相關(guān)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(xiàn)象在用拉格朗日乘子(Lagrange Multiplier)方程時不會出現(xiàn)。

與*constrained_joint_stiffness相關(guān)的能量出現(xiàn)在jntforc文件中,也包含在glstat文件中的彈簧和阻尼能和內(nèi)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(nèi)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(dāng)在卡片*control_energy中設(shè)置HGEN項為2時才計算和輸出。同樣,剛性墻能和阻尼能僅當(dāng)上面的卡片中RWEN和RYLEN分別設(shè)置為2時才會計算和輸出。剛性阻尼能集中到內(nèi)能里面。質(zhì)量阻尼能以單獨的行”system damping energy”出現(xiàn)。由于殼的體積粘性(bulk viscosity)而產(chǎn)生的能量耗散(energy dissipated)在版本970.4748之前是不計算的。在后續(xù)子版本中,設(shè)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(zhì)量縮放而增加質(zhì)量可能會導(dǎo)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(xiàn),然而GLSTAT文件中的能量包含了它們。注意它們的貢獻(xiàn)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(guān)的內(nèi)能和刪掉的節(jié)點相關(guān)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(guān)系?？偰芰勘嚷试黾右獨w于其它原因,比如增加質(zhì)量。

重述一下,將一個單元刪掉時,文件glstat中的內(nèi)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(nèi)能減去”eroded internal energy”將得到分析中還存在的單元的內(nèi)能。對動能也一樣。

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

注意,如果在*control_contact卡中將ENMASS設(shè)置為2,則與刪掉的單元的相關(guān)的節(jié)點不會刪掉,”eroded kinetic energy”是0。

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

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殼的負(fù)內(nèi)能:

為了克服這種不真實的效應(yīng)

--關(guān)掉考慮殼的減薄(ISTUPD in *control_shell)

--調(diào)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(fù)的內(nèi)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(shè)置RYLEN=2,因為剛性阻尼而能會計算且包含在內(nèi)能中。

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正的接觸能:

當(dāng)在接觸定義中考慮了摩擦?xí)r將得到正的接觸能。摩擦將導(dǎo)致正的接觸能。如果沒有設(shè)置接觸阻尼和接觸摩擦系數(shù),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(jù)判斷-在沒有接觸摩擦系數(shù)時,接觸能為峰值內(nèi)能的10%內(nèi)可以被認(rèn)為是可接受的。

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負(fù)的接觸能:

突然增加的負(fù)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(fù)接觸能的步驟。查閱LS-DYNA理論手冊的23.8.3&23.8.4節(jié)可得到更多接觸能的信息。負(fù)接觸能有時候因為parts之間的相對滑動而產(chǎn)生。這跟摩擦沒有關(guān)系,這里說的負(fù)接觸能從法向接觸力和法向穿透產(chǎn)生。當(dāng)一個穿透的節(jié)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(chǎn)生負(fù)的接觸能。

如果內(nèi)能為負(fù)接觸能的鏡像,例如glstat文件中內(nèi)能曲線梯度與負(fù)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(qū)域,通繪制殼單元部件內(nèi)能云圖(Fcomp > Misc > Internal energy)。實際上,顯示的是內(nèi)能密度,比如內(nèi)能/體積。內(nèi)能密度云圖中的熱點通常表示著負(fù)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(fù)接觸能集中處的范圍。

克服負(fù)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(yīng)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(shù)

-設(shè)置接觸控制參數(shù)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(shè)置SOFT=2(僅用于segment-to-segment接觸)。而且,在版本970中推薦設(shè)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(shè)置DEPTH=5。請注意SOFT=2接觸增加了額外的計算開消,尤其是當(dāng)SBOPT或者DEPTH不是缺省值時,因此應(yīng)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(xì)節(jié)可能會指示可用其它的一些方法

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