摘自:上海仿坤（LS-DYNA  China）官網(wǎng)

http://lsdyna-china.com/display/247706.html

LS-DYNA用戶關鍵字的二次開發(fā)

Zhidong Han, Brian Wainscott

Livermore Software Technology Corp.

 

摘要

在前面兩期中我們分別介紹了LS-DYNA新二次開發(fā)環(huán)境的特點和兼容性，以及相關動態(tài)連接庫的開發(fā)和調試全過程。本文將繼續(xù)介紹其另外一個新功能： *USER_KEYWORD (用戶關鍵字)，用戶可以定義自己的關鍵字，并在用戶子程序中實現(xiàn)，讓自己開發(fā)的用戶模塊的輸入更有效，功能更豐富。

 

引言

LS-DYNA在實際工程中得到了非常廣泛的應用，成功地解決了很多大規(guī)模非線性問題。用戶在幾十年的應用過程中積累了非常多的模型數(shù)據(jù)，比如各個部件的有效模型，各個機構的建模方法，各種材料的參數(shù)庫，以及各種求解控制參數(shù)等等。這些數(shù)據(jù)都是經(jīng)過長期應用反復驗證的，在實際應用中也非常有效。如何把這些數(shù)據(jù)準確可靠地應用到新的數(shù)值分析中，很多用戶都根據(jù)自己的模型特點建立一套管理方法來盡量避免模型差錯。目前LS-DYNA的模型輸入文件是主要是靜態(tài)模型文件（關鍵字文件），對于腳本的語言缺乏良好的支持。在新的二次開發(fā)環(huán)境下，用戶可以通過用戶子程序來實現(xiàn)動態(tài)的模型生成功能，實現(xiàn)建模自動化，比如：

l  對同一個標準部件，在不同的網(wǎng)格尺寸下，實現(xiàn)不同的劃分方式；

l  對同一個材料模型，在不同的單位制下，實現(xiàn)參數(shù)自動轉換，避免手工差錯；

l  對同一個連接機構，在不同的分析中，實現(xiàn)不同的建模方式。 

我們在前兩期已經(jīng)介紹了LS-DYNA新的二次開發(fā)環(huán)境支持用戶子程序與LS-DYNA的主程序完全分開，在運行時無需連接。在以前的模式下，用戶子程序必須與LS-DYNA的具體執(zhí)行程序相關聯(lián)，不同的執(zhí)行程序往往需要重新編譯連接才能執(zhí)行。當模型還需要別的用戶子程序時，往往會產生沖突。因此，當這種限制被突破以后，用戶開發(fā)的動態(tài)建模的用戶子程序就成為了模型的一部分，與LS-DYNA的執(zhí)行程序是完全分開，只有在該模型被讀入的時候該子程序才被動態(tài)調用。這種新的開發(fā)模式導致了用戶子程序在概念上有一個比較大的改變，即把用戶子程序和用戶數(shù)據(jù)綁定在一起，而與LS-DYNA的執(zhí)行程序無關，提高了用戶子程序的一致性和可維護性。

我們以兩個簡單的例子來介紹在新的開發(fā)環(huán)境下，如何利用用戶子程序來動態(tài)產生用戶關鍵字，實現(xiàn)模型輸入上的自動化。

 

模型自動建模

1）長方塊生成程序

這是一個簡單的例子，用來演示如何在現(xiàn)有的模型中生成一個長方塊（假定為某個部件）。這個長方塊的網(wǎng)格生成程序非常簡單，但演示了開發(fā)的全過程。其源程序已經(jīng)包含在LS-DYNA用戶子程序開發(fā)包里面，用戶可以根據(jù)需要開發(fā)出一個實用的部件生成子程序。

如圖一所示，先建立一個簡單的常規(guī)靜態(tài)模型，由三塊板組成的?，F(xiàn)在通過以下幾個步驟利用新的用戶關鍵字功能來實現(xiàn)長方塊的動態(tài)生成：

1）編輯源程序dyn21.f，將其中子程序rdusrkwd的第一行

isexample=0

改為

isexample=1

這個自帶的動態(tài)網(wǎng)格生成功能就能使用了。參閱前面兩篇文章，將用戶子程序編譯連接為動態(tài)連接庫就可以。假定該動態(tài)連接庫的名字為libdemo.so

 

2）調用動態(tài)連接庫，在模型文件中加入

*MODULE_LOAD

mydemo

libdemo.so

3) 加入新的用戶關鍵字，及其參數(shù)

*USER_KEYWORD

100., 20., 30., 10, 2, 3

這個簡單演示程序是生成一個長方塊，先讀入6個參數(shù)，分別是X,Y,Z方向的長度，及其相應的單元劃分單元個數(shù)。此例中輸入為X方向長為100，劃分10個單元。運行LS-DYNA則在初始的靜態(tài)模型中動態(tài)添加了一個新的長方塊，如圖二所示。

圖一 三塊板組成的一個簡單模型

 

圖二 含有動態(tài)生成長方塊的模型

 

 

2）用戶關鍵字子程序接口

用戶關鍵字的子程序統(tǒng)一入口是定義在dyn21.f中的rdusrkwd子程序。其第一個參數(shù)iphase是控制整個子程序的運行流程，其它參數(shù)見源程序中的說明。在LS-DYNA讀入模型文件的過程中，如果遇到用戶關鍵字*USER_KEYWORD，則設置iphase=1后直接調用該子程序，rdusrkwd。從此之后的輸入完全有該子程序控制，直到該子程序退出。該子程序在iphase=1時主要任務是讀取相應的參數(shù)，如上節(jié)示例中的6個參數(shù)，然后可以直接在內存里面生成LS-DYNA標準的關鍵字。比如上例中的節(jié)點和單元數(shù)據(jù)，以行為單位保存。在子程序退出之前將另外一個參數(shù)設置為iflag=1，表明用戶的關鍵字已經(jīng)處理結束并且相關卡片可以輸出。

LS-DYNA會根據(jù)iflag=1的返回值，會設置iphase=2并重復調用該子程序，rdusrkwd，每次以文本方式返回一行卡片數(shù)據(jù)。當生成的模型卡片讀完后，直接將iflag設置0，表明結束。至此，經(jīng)過這生成和讀入兩個階段后，對應的關鍵字*USER_KEYWORD就處理完畢，LS-DYNA的主程序將繼續(xù)讀入并處理余下的關鍵字。

這個子程序的具體執(zhí)行過程請參閱dyn21.f中的源程序的細節(jié)，在此不做詳細介紹。下面補充幾個細節(jié)：

· 用戶關鍵字的參數(shù)中可以包含自定義的關鍵字信息，以便生成不同的部件或者不同的關鍵字。

· 如果生成的模型太大，可以在iphase=1階段只進行部分生成，余下的工作也可以在iphase=2時繼續(xù)生成。

· 用戶子程序rdusrkwd不限于用FORTRAN語言實現(xiàn)。

· 用戶子程序rdusrkwd可以實現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫等各種外部數(shù)據(jù)源連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理。

 

材料參數(shù)的自動轉換

1）*MAT_096 (*MAT_BRITTLE_DAMAGE)

LS-DYNA中的96號材料兩張輸入卡如圖三所示，除去材料號以外，一共有14個材料參數(shù)。

從表一可以看到，大多數(shù)的參數(shù)都是應力的單位(Pa, 即M L^-1T^-2)。但是有兩個特殊的參數(shù)，一個是裂紋表面釋放能FTOUGH，其單位是每平方米釋放的能量(J/L^-2, 即 M T^-2)；另一個是粘性系數(shù)VISC，在這個模型里面是有量綱的，在LS-DYNA有些模型中粘性系數(shù)是無量綱的。

圖三 96號材料模型的輸入卡片

2）用戶關鍵字的數(shù)據(jù)安排

確定模型的單位制：模型的單位可以在模型文件里面定義為全局的變量，比如：

*PARAMETER

r M_UNIT 0.001

r L_UNIT 0.001

r T_UNIT 0.001

分別定義質量的單位為克（=0.001公斤），長度單位為毫米（=0.001米），時間單位為毫秒（=0.001秒）

這些變量可以作為數(shù)據(jù)輸入文件的標準設置。

用戶關鍵字的參數(shù)：這些參數(shù)可以定義在全局變量的基礎上，無需做局部修改，比如：

生成材料數(shù)據(jù)卡片：用戶子程序讀入上述數(shù)據(jù)后，自動生成以下卡片：

此類單位制的轉換工作雖然比較簡單，但手工轉換的出錯機會比較大。如果用戶將常用的材料參數(shù)集中整理好并保存到數(shù)據(jù)庫中，并在用戶子程序中實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫接口和自動轉換過程，這對數(shù)據(jù)的準確性和使用的便利性來說都非常重要。

結束語

本文介紹了LS-DYNA二次開發(fā)框架中的一個新關鍵字，*USER_KEYWORD，實現(xiàn)了模型自動化的開發(fā)功能。這個新型關鍵字把用戶的子程序和數(shù)據(jù)綁定在一起，而脫離了與LS-DYNA程序的直接綁定，為用戶實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理和數(shù)據(jù)庫管理提供了可能。這個關鍵字是在LS-DYNA的開發(fā)版本上新近實現(xiàn)的，功能在進一步完善中。即將發(fā)行的R9版本將支持用戶子程序的動態(tài)調用，但尚未包括該項新功能。有興趣的用戶可以測試LS-DYNA的開發(fā)版并歡迎將建議和需求反饋給我們。

 

作者簡介

*韓志東/Zhidong Han博士1998年畢業(yè)于清華大學計算固體力學專業(yè)，于2011年加入LSTC。他目前從事材料損傷斷裂分析及厚殼單元等方面研發(fā)。