質量縮放設定的案例
ABAQUS質量縮放
ABAQUS質量縮放
ABAQUS分析布中中質量縮放設定.pdf
ABAQUS應用之質量縮放
本文是關于 Abaqus/Explicit 中質量縮放（Mass Scaling）設定的技術文檔，主要介紹了質量縮放的原理、設定方法以及相關注意事項
1、 質量縮放的背景和原理
1． 背景：
Abaqus/Explicit 在分析接觸、碰撞等高度非線性問題或 Abaqus/Standard 難以收斂時具有優勢，但求解時使用非常小的時間增量，計算成本龐大。提高加載速率和質量縮放可提升計算效率，當材料需考慮應變率時，可使用質量縮放。
2． 原理：
Abaqus/Explicit 將求解過程視為波傳問題，穩定時間增量與元素特征長度及疏密波波速有關，疏密波波速又和楊氏系數與密度有關。質量縮放通過調整部分元素的密度，放大時間增量來提升計算效率。
2、 質量縮放的設定方法
1． 檢查穩定時間增量：
建立 Job 之后，通過提交分析或執行 Data Check，系統會將穩定時間增量信息寫入（.sta）檔，可作為后續調整依據。
2． 設定質量縮放：
(1) 在建立 Dynamic, Explicit 分析步時，進入 Mass Scaling 的標簽，勾選 Use Scaling Definitions Below 選項后，點擊 Create 進行設定。
(2) 相關參數說明：
? Objective：包括 Semi - Automatic Mass Scaling（預設）、Automatic Mass Scaling、Reinitialize Mass、Disable Mass Scaling Through Step。
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 質量縮放系數
如何選擇合適的縮放方法** - **對于準靜態分析**（如金屬成形、緩慢加載）：這類問題對慣性效應不敏感。可以采用**全局質量縮放**，直接指定一個目標時間增量（`Scale to target time increment`）。 - **對于真正的動態分析**（
ABAQUS質量縮放
質量縮放.pdf
ABAQUS中的質量縮放
對真正的動態問題，只能對少數單元進行質量縮放，并且不允許明顯地增加整個模型的質量，否則會降低動態結果的精度。
3、模型中引入質量縮放
顯示動態分析中有兩種質量縮放方法：定比例質量縮放和變比例質量縮放。兩種方法可以分開使用，也可以結合起來使用。質量縮放可用于整個模型，也可以用在單元組上。
—定比例質量縮放
定比例縮放方法是對組裝成全局節點質量陣的單元質量進行縮放，該方法在分析步起始時執行。縮放后的質量陣接著用于該分析步的每個增量步，除非同時采用了變比例縮放。如果接下來的分析步中沒有重新定義質量縮放，定比例縮放方法將延續下去。
定比例縮放的兩種基本方法：直接定義質量縮放因子，或者用戶定義最小的穩態時間增量，由顯示動態分析過程來確定質量縮放因子。
定比例縮放方法簡單，在分析步起始時修改準靜態模型的質量，或修改動態模型少數單元的質量，使它們不控制穩態時間增量的大小。由于只在分析步起始時執行一次質量縮放，因此該方法的計算效率很高。
—變比例質量縮放
在分析步中變比例縮放方法同期性地縮放單元質量。當采用此類型的質量縮放方法時，需定義最小的穩態時間增量：質量縮放比例因子自動計算，并按要求施加到單元上。
當分析步中控制穩態時間增量的剛度變化劇烈時，變比例縮放非常有用。準靜態體積成形分析和單元壓縮量很大的動態分析中常會出現這樣的情形。
—直接定義質量縮放因子
對于動能必須保持很小的準靜態分析中，直接定義質量縮放因子很有用。用戶可以對指定單元組內的所有單元定義一個固定的質量縮放因子。這些單元的質量在分析步開始時被縮放，并將在整個分析步中保持不變，除非通過變比例質量因子進一步修改質量。
圖1 直接定義質量縮放因子
來源：有限元在線
展開 質量縮放原理（LS-DYNA）
質量縮放指的是通過增加非物理的質量到結構上從而獲得大的顯式時間步的技術。
在一個動態分析中，任何時候增加非物理的質量來增大時間步將會影響計算結果（因為F=ma）。有時候這種影響不明顯，在這種情況下增加非物理的質量是無可非議的。比如額外的質量只增加到不是關鍵區域的很少的小單元上或者準靜態的分析（速度很小，動能相對峰值內能非常小）。總的來說，是由分析者來判斷質量縮放的影響。你可能有必要做另一個減小或消除了質量縮放的分析來估計質量增加對結果的靈敏度。
你可以通過人工有選擇的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是獨立于通過設置*Control_timestep卡DT2MS項來實現的自動質量縮放。
當DT2MS設置為一個負值時，質量只是增加到時間步小于TSSFAC*|DT2MS|的單元上。通過增加這些單元的質量，它們的時間達到TSSFAC*|DT2MS|。有無數種TSSFAC和DT2MS的組合可以得到同樣的乘積，因而有相同的時間步，但是對于每一種組合增加的質量將是不一樣的。一般的趨勢是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（就像在沒有做質量縮放的求解中一樣）。 如果TSSFAC缺省的值0.9會導致穩定性問題，可以試試0.8或者0.7。 如果你減小TSSFAC，你可以相應增加|DT2MS|，這樣還是可以保證時間步乘積不變。
為了確定什么時候和位置質量自動增加了，可以輸出GLSTAT和MATSUM文件。這些文件允許你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。為了得到由殼單元組成的部件增加的質量云圖，將*database_extent_binary卡的STSSZ項設置為3。
展開 質量縮放詳細解釋（上）
質量縮放
ABAQUS Analysis User’s Manual 11.7.1
概要
準靜態分析或某些動態分析中，少數尺寸較小的單元控制穩態時間增量，為提高計算效率，ABAQUS/Explicit常采用質量縮放的方法。質量縮放可用于：
§ 縮放整個模型，單個單元或單元組的質量
§ 多步分析中，縮放每個分析步中的質量
§ 分析步起始或整個過程中進行質量縮放
質量比例縮放可通過以下方式執行：
§ 采用給定的常數因子對特定單元進行質量縮放
§ 對所有指定的單元采用相同比例因子進行質量縮放，使單元組內任意單元的最小穩態時間增量等于用戶給定的時間增量
§ 僅對單元組內穩態時間增量小于用戶給定時間增量的單元進行質量縮放，使這些單元的穩態時間增量等于用戶給定的時間增量
§ 縮放所有指定單元的質量，使每個單元的穩態時間增量等于用戶給定的時間增量
§ 對于金屬成形分析，基于網格的幾何形狀和初始條件，自動進行質量縮放
簡介
顯示動態過程常用于解決以下兩類問題：瞬時動態響應計算和含復雜非線性效應（最常見的是復雜的接觸條件）的準靜態模擬。由于求解動態方程時采用了顯示中心差分法，平衡方程中離散的質量矩陣對計算效率和精度都起到了關鍵性的影響。如果恰當地運用質量縮放方法，可以在保證計算精度的情況下，大大提高計算效率。然而，最適合于準靜態模擬的質量縮放技術與動態分析中必須采用的質量縮放方法存在很大差異。
準靜態分析
對于應變率無關材料的準靜態分析，自然時間并不重要。為節省計算時間，有效的辦法是有兩種：減少分析的時間步長或人為地增加模型的質量（質量縮放）。對于率無關材料，這兩種方法產生的效果相同；但如果模型中含有率相關材料，首選質量縮放方法，因為該方法保留了自然時間。
展開 關于質量縮放
在ANSYS/LS-DYNA程序中，可以在分析中通過包括質量縮放來控制最小時間步長。如果程序計算出時間步太小，則須用質量縮放。當要求質量縮放時，就要調整單元密度以達到用戶規定的時間步長。
在ANSYS/LS-DYNA程序中用 EDCTS
命令定義質量縮放，使用該命令時，根據給定的DTMS值而決定施加質量縮放的兩種方法之一；
·DTMS>0，所有的單元采用同樣的時間步長，質量縮放加到全部單元上。
·DTMS<0，質量縮放僅加到計算時間步長小于DTMS的單元上。
在以上兩種方法中，第二種方法更有效并建議使用。雖然質量縮放可能會輕微地增加模型質量和改變質心位置，然而所節省的CPU時間足以讓這些誤差顯得微不足道。例如，使用質量縮放，節省50％的CPU時間，而只會增加0.001％質量。必須注意，不要模型增加過多的質量，它將對慣性影響顯著。
單元計算的時間步大小乘以比例因子（通常為0.9），用戶輸入的質量縮放參數在縮放之前會影響時間步長，在質量縮放之后控制時間步長，采用 EDCTS
命令的TSSFAC參數。
展開 質量縮放詳細解釋（下）
分析步之初，可對這些單元進行質量縮放。此外，沖擊導致部分區域內的網格發生嚴重扭曲。穩態時間增量可能受沖擊區內的單元控制。
實質上，沖擊區內的單元相對于剛性表面是穩態的，選擇性地使用質量縮放方法可以保證整個動態響應不受影響。用指定的時間增量對這些單元進行質量縮放，可以有效地地減少計算時間。
例如，采用定比例質量縮放，指定模型中所有單元的穩態時間增量下限值為1.0E-6。此外，采用變比例質量縮放，指定沖擊區單元(elset1)的穩態時間下限值為0.5E-6。這樣，分析步開始時，檢查所有單元，如果單元的穩態時間增量小于1.0E-6，分別對這些單元進行質量縮放，使之達到1.0E-6。除單元組elset1之外，所有單元在隨后的分析過程中保持該質量縮放。在分析步中，變比例縮放影響單元組elset1，使其穩態時間增量不小于0.5E-6。由于分析過程中只對單元組elset1進行了質量縮放，可能會出現整個模型的穩態時間增量小于0.5E-6的情況。
多分析步中的質量縮放
從一個分析步轉到另一個分析步，質量縮放可以保留，也可以刪除，已經縮放過的單元質量也可以重新初始化。跨分析步應用質量縮放方法，應遵循以下規則：
如果新分析步中沒有重新定義變比例質量縮放方法，前一步定義的變比例質量縮放自動保留。
如果新分析步中沒有重新定義定比例質量縮放方法，前一步分析結束時，無論單元的質量是否經過縮放，都將保留下來。
多步分析中，除了第一步之外，分析步開始時由于使用了質量縮放，單元質量變化較大，可能會影響到質量的計算精度。當單元質量變化較大時，建議新分析步開始時，先用定比例縮放的方法把單元質量重新初始化（使之回到原始值），然后再定義必要的質量縮放方法。
刪除質量縮放
在當前分析步中定義變比例縮放方法，將刪除前一步中所有的變比例縮放。
展開 Abaqus/CAE質量縮放設置SOP
ABAQUS中質量縮放設置SOP（后續慢慢題入一些ABAQUS的使用技巧以供相互交流學習）
LS-DYNA中的操作及設置（五）（應變率，質量縮放）
二、質量縮放（Mass scaling）
質量縮放是通過向結構增加虛擬的質量來加大顯式計算時間步長的技術。
在任何情況的動力學分析中，為了提高時間步長而向結構增加虛擬質量都會對計算結果產生影響，但是有時這種影響是微乎其微的，從而質量縮放也就是可以接受的了。對于僅在不重要區域對一定數量單元的質量進行增加的模型以及速度非常低且動能與內能峰值相比非常小的準靜態模型中，質量縮放一般是可以接受的。模擬完成后，我們還需額外運行不施加質量縮放（或很小的質量縮放）的模型計算，來判斷質量縮放的實際影響。
用戶可以通過設置某一部件的材料密度來手動實現質量縮放，這個方式和自動質量縮放是相互獨立的（DT2MS in *CONTROL_TIMESTEP）。
當DT2MS是負值時，質量縮放只施加在時間步長小于|DT2MS|的那些單元之上，使其時間步長等于|DT2MS|。DT2MS和TSSFAC這兩個參數有無數種組合，但是其乘積為時間步長，這個值是不變的。但是對于每一種組合而言，其增加的質量是不同的。因此|DT2MS|越大（即TSSFAC越小），增加的質量越大。而在無質量縮放模型中，TSSFAC越小，模型越穩定。如果分析模型運行過程中出現穩定性問題，那么可以將TSSFAC從默認的0.9降到0.8,0.7等。在降低TSSFAC時，可以同時按比例增加|DT2MS|，這樣他們的乘積所表示的時間步長就可以保持不變。（注：本段原文描述比較混亂）
要想知道質量縮放過程中的具體信息，可以查看GLSTAT和MATSUM文件，從這兩個文件中可以輸出整體模型或單個部件所增加的質量隨時間的變化規律。
展開 Hypermesh_Ls_Dyna聯合仿真質量縮放如何設置總結 ￥2
為了縮短模型計算時間，可采用質量縮放，不過要保證增加的質量不能超過總質量的 5%，不然計算出 來的結果會不準確。通常以失效單元數量不超過總單元數量的 5%來保證前面的條件。現分享到論壇里，也 算做個備份吧。
◇主要參數：
名稱
時間步長縮放因子
時間步長 最小時間步長
DT2MS
代號
TSSFAC
failure criteria minimum values
DT2MS
◇調整流程：
一文讀懂DYNA時間步長理論，深度解析質量縮放原理
最小時間步長計算公式
其中▲t是時間步長，α是時間步長縮放因子，L是單元特征長度，c是材料聲速
α（時間步長縮放因子）對應DYNA中的關鍵字TSSFAC。在DYNA官方幫助文檔中對α的解釋為：計算穩定性的考慮，TSSFAC通常設置為0.90（默認值）或者更小。為了減少求解時間，我們希望使用更大的穩定的時間步長，但大于0.90的值通常會導致不穩定。
Abaqus Mass Scaling（質量縮放）的用途及設置方法
如圖公式：
2，設置步驟
（1）先不用質量縮放，看時間增量是多少，做到心中有數；
（2）Step模塊-Edit Step-Create-輸入參數，如圖：
3，各選項的含義
（1）Object參數含義：
Semi-Automatic Mass Scaling：預設質量縮放；
Automatic Mass Scaling：自動質量縮放；
Reinitialize Mass：還原前一分析步放大的質量；
Disable Mass Scaling Through Step：停止前一個分析步設定的質量放大，否則將沿用前一個分析步的質量放大。
（2）Application參數含義：
Region：質量縮放的區域，默認是整個模型，可以設置成自定義的集合區域；
Scale：質量縮放系數。At beginning of step在分析前設置scale，分析過中不再調整；Through step會在分析過程中調整。
（3）Type參數含義：
Scale by factor：按照固定比例進行質量縮放；
Scale to target increment：目標時間增量。如果原本的時間增量小于設定的目標時間增量，系統強行通過質量縮放調整到目標時間增量；
Scale element mass:
Uniformly to satisfy target：等比例調整所有單元的時間增量，讓最小值等于目標時間增量；
If below minimum target：僅對時間增量小于目標時間增量的單元進行質量縮放；
Nonuniformly to equal target：直接將所有單元調整到目標時間增量。
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