ANSYS LS-DYNA常見問題之Sliding Energy解答

安世亞太

2020年10月20日 16:01

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在ANSYS LS-DYNA中，經(jīng)常遇到Sliding Energy異常，作者在本文中分析了計算模型常出現(xiàn)的2種情況——初始穿透導(dǎo)致的Sliding Energy異常和由于SEGMENT接觸導(dǎo)致的Sliding Energy異常，并給出了對應(yīng)的解決方法。

問題提出

負(fù)的滑移能存在2種情況

■ 第一種情況：GLSTAT中的滑移能在初始狀態(tài)就出現(xiàn)負(fù)值，如圖1所示。

圖1 第一種能量異常圖

■ 第二種情況：CAE工程師在利用ANSYS LS-DYNA進行計算時，很多時候會碰到圖2所示的狀況，嚴(yán)重的能量不平衡。內(nèi)能、滑移能在計算前期表現(xiàn)還算正常，但是到計算后期，內(nèi)能、動能、滑移能嚴(yán)重偏離，導(dǎo)致整個模型能量異常，計算結(jié)果不可信。

圖2 第二種能量異常圖

解決方案

第一種情況的解決方法（初始穿透）

在仿真模型中出現(xiàn)初始穿透，導(dǎo)致初始的滑移能為負(fù)值。仿真穿透模型如圖3所示。

產(chǎn)生機理：LS-DYNA在進行接觸搜索時，發(fā)現(xiàn)存在網(wǎng)格穿透問題，需要把穿透部分的節(jié)點移到不穿透的位置，這可以在LS-DYNA軟件中設(shè)置。如圖4所示，當(dāng)把初始穿透清除后，其滑移能和整個模型能量表現(xiàn)正常（如圖5所示）。

圖3 存在初始穿透模型

圖4 清除初始穿透模型

圖5 第一種能量正常圖

初始穿透解決方法有以下幾種

l 手動調(diào)整單元節(jié)點

在進行模型網(wǎng)格劃分和設(shè)置零件厚度時必須確認(rèn)是否存在干涉，即必須考慮殼單元的接觸厚度。

如果發(fā)生穿透，可以從計算出的message或d3hsp文件中對關(guān)鍵字“initial penetrations”進行搜索，找到相關(guān)單元，然后調(diào)整單元節(jié)點，消除初始穿透。

在一些專門的前處理軟件中，例如ANSA，HYPERMESH、SpaceClaim在提交計算前對模型進行穿透檢查，可以查出初始穿透的單元，然后進行節(jié)點移動，消除穿透。

圖6在message文件中查找初始穿透

l 調(diào)整關(guān)鍵字參數(shù)

■ 調(diào)整*CONTACT中的SFST和SFMT，即調(diào)整該接觸對從面和主面的接觸厚度的比例因子。該方法對微小的初始穿透效果很明顯，但是對于初始穿透值很大，效果不好，容易導(dǎo)致計算結(jié)果錯誤。

圖7 接觸卡片中的SFST和SFMT

■ 設(shè)置*CONTACT中的IGNORE參數(shù)，該參數(shù)默認(rèn)值為0，即采用*CONT ROL_CONTACT中IGNORE的值。可以對每個接觸對進行修改，建議修改值為1或者2。

圖8 接觸卡片中的IGNORE

第二種情況的解決方法

眾所周知，ANSYS LS-DYNA存在2種方式設(shè)置接觸，即有Contact Region和Body Interaction。

■Body Interaction接觸即LS-DYNA接觸關(guān)鍵字*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE，主要用于整個模型的接觸或自接觸。

■ Contact Region 用于建立接觸對，當(dāng)幾何模型導(dǎo)入到ANSYS以后，Mechanical默認(rèn)對每個零件建立bond接觸。其輸出關(guān)鍵字為*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_OFFSET ，其set類型為segment set。

對于接觸面和目標(biāo)面這兩個segment進行接觸搜索時，在交界處的節(jié)點無法檢查出穿透，然而當(dāng)節(jié)點滑到接觸厚度中時，就會發(fā)現(xiàn)穿透節(jié)點的存在，因此系統(tǒng)必定會給該節(jié)點施加一個力，把它拉回到接觸面上，在這個過程中系統(tǒng)對該節(jié)點做功，消耗其接觸勢能，能量曲線輸出表現(xiàn)為負(fù)的滑移能。

其解決方法之一是擴大主段的接觸面。

由*CONTACT中的關(guān)鍵字MAXPAR進行調(diào)整。MAXPAR默認(rèn)值為0，即表示設(shè)置值為1.025，其LS-DYNA推薦值為1.2。