应用技术与技巧CAE软件操作小百科

张一雨

1如何利用Hypermesh解决LSDYNA与Abaqus的接口问题

当需要将LSDYNA中的模型文件导入Abaqus中进行数据计算或者其他处理时，往往会有诸多不便.这时，可以通过修改Hypermesh中Preference→Users Profiles选项进行处理，然后在Materials界面中用update功能进行模型信息的更新，最后利用export功能将修改格式后的模型输出.但是，将输出文件导入到Abaqus后，模型的材料信息、截面信息均会丢失.

重复上述过程时，发现在更新单元材料信息的操作结束后，材料信息并未得到真正的更新，在Material一栏中显示的是Unspecified.因此，这一系列操作是无法做到将LSDYNA中的模型文件完整导入Abaqus中的.

这时，可以利用Hypermesh中的Tools→Convert功能，选取其中的LSDYNA→To MSC Nastran（MSC Nastran与Abaqus的输入文件均为bdf格式文件）.执行此操作后，模型文件的Section，Material和Element信息均全部映射成功，见图1（所示案例为LSDYNA的K文件，无*part实体）.

负体积出现的原因是雅可比矩阵的行列式值为负值.一般地，减小时间步长参数，增加材料刚度，改变单元质量都可以.如果是金属材料出现负体积，主要

是单元质量问题，建议重新划分网格，但如果是非金属，这是常见现象，不一定是网格问题，可以寻求其他方法，比如发生的原因有可能是因为有initial penetration.所以，应该先检查是不是有initial penetration：如果是少数节点受力也因为力量集中造成负体积，就可以把接触的网格划分细一点；如果是用hex element会有hourglass的情形，可以检查一下hourglass energy或者是2个物体刚性相差太多.

换言之，负体积是由于element本身产生大变形造成自我体积的内面跑到外面.负体积多是网格畸变造成的，与网格质量以及材料、载荷条件都有关系.可能的原因以及对应的解决方法大概有几种.

（1）材料参数设置有问题，应选择合适的材料模式.

（2）沙漏模式的变形积累，尝试改为全积分单元.

（3）太高的局部接触力，尝试调整间隙，降低接触刚度或降低时间步.不要将force施在单一的node上，最好分散到几个node上，以pressure的方式等效施加.

（4）在容易出现大变形的地方将网格refine处理.

（5）材料太软有时也会出现负体积.

（6）可以采用ALE或是Euler单元算法，用流固耦合功能代替接触，控制网格质量.例如，承受压力的单元在受压方向比其他方向尺寸长.

（7）尝试减小时间步长，从0.9减小到0.6或更小.

时间步长急剧变小，可能是因为单元产生严重畸变而导致负体积现象，如果采用四面体单元，可以用网格重划分的方法来解决.

通常，材料的大变形问题，如泡沫材料，是由于单元大扭曲才导致出现单元负体积.这种情况一般出现在材料失效之前.在没有网格光滑和网格重划分的情况下，LSDYNA有内部限制调节Lagrange单元的变形.负体积一般都会导致计算中止，除非设置时间步长控制中的erode=1且设置终止控制中的dtmin为非零数.这种情况下，出现负体积的单元将被自动删除，计算不会中止.不过，就算设置erode=1且dtmin为非零数，负体积有时候也会导致计算出错而停止.

在动态分析中，任意时刻以增加非物理的质量来增大时间步都将影响计算结果.但是，当这种影响不明显时，完全可以增加非物理的质量，例如：额外的质量仅在非关键区域的少数微小单元上或准静态分析情况下增加时.总的来说，由分析者判断质量缩放的影响有一定难度，因此有必要进行减小或消除质量缩放的分析来估计质量增加对结果的灵敏度，即人为增加一个部件的材料密度来实现质量缩放.这种手动质量缩放的方法独立于通过设置*Control_timestep卡片的DT2MS项来实现自动质量缩放.TSSFAC是时间步缩放因子，其数值范围一般为0.67～0.90，其作用是增强计算的稳定性.DT2MS是设置的人工时间步，LSDYNA真正在计算时的时间步为TSSFAC与DT2MS的乘积.相同的实际计算时间步通过这2个参数可以有多种组合，比如：减小DT2MS的绝对值，同时增大TSSFAC的数值，可保证其乘积不变，即保证实际计算时间步不变，计算稳定；同时DT2MS绝对值变小，需要进行质量缩放的单元也减少，整个模型增加的质量也会变少，从而保证计算结果的可靠性.

在*control_timestep中可设置DT2MS为正值和负值.

DT2MS负值表示初始时间步不小于TSSFAC与-DT2MS的乘积，质量只是增加到时间步小于TSSFAC与DT2MS的单元上.当质量缩放可接受时，推荐用这种方法.用这种方法时质量增量应较小，质量增加过多会导致计算任务终止.有无数种TSSFAC与DT2MS的组合可以得到同样的乘积，因而会有相同的时间步，但是对于每一种组合，增加的质量是不一样的.一般情况下，TSSFAC越小，增加的质量越多.作为回报，当TSSFAC减小时计算稳定性增加（就像在没有进行质量缩放的求解中一样）.如果TSSFAC的缺省值（0.90）会导致稳定性问题，那么可以尝试0.80或者0.70.

DT2MS正值表示初始时间不小于DT2MS.通过调整单元密度，使得单元质量增加或者减小以保证每一个单元的时间步都一样.

选择只在初始化时增加一次质量（MS1ST=1）还是选择任何需要维持由DT2MS所指定的时步时都增加质量（MS1ST=0），由*control_timestep卡中的参数MS1ST控制.可以通过在*control_termination卡片中设置参数ENDMAS，控制当质量增加到初始质量一定比率时终止计算（只对自动质量缩放有效）.

为确定质量自动增加的时间和位置，可以输出GLSTAT和MATSUM文件.这些文件允许绘出完整的模型或者单独部件所增加的质量对时间的曲线.

为显示的由壳单元组成的部件增加的质量云图，可将*database_extent_binary卡片的STSSZ项设置为3，这样就可以用LSPrepost绘制每个单元的质量增加量的云图，具体为选择Fcomp→Misc→time step size.

（摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课堂讲义）

（待续）