分享|LS-dyna能量介绍

zhengmai0101

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(参见*database_glstat)文件中报告的总能量是下面几种能量的和：
内能 internal energy
动能 kinetic energy
接触(滑移)能 contact(sliding) energy
沙漏能 houglass energy
系统阻尼能 system damping energy
刚性墙能量 rigidwall energy
GLSTAT中报告的弹簧阻尼能”Spring and damper energy”是离散单元(discrete elements)、安全带单元(seatbelt elements)内能及和铰链刚度相关的内能(*constrained_joint_stiffness…)之和。而内能”Internal Energy”包含弹簧阻尼能”Spring and damper energy”和所有其它单元的内能。 因此弹簧阻
尼能”Spring and damper energy”是内能”Internal energy”的子集。
由SMP 5434a版输出到glstat文件中的铰链内能”joint internal energy”跟*constrained_joing_stiffness不相关。它似乎与*constrained_joint_revolute(_spherical,etc)的罚值刚度相关连。这是SMP 5434a之前版本都存在的缺失的能量项，对MPP 5434a也一样。这种现象在用拉格朗日乘子(Lagrange Multiplier)方程时不会出现。
与*constrained_joint_stiffness相关的能量出现在jntforc文件中，也包含在glstat文件中的弹簧和阻尼能和内能中。回想弹簧阻尼能”spring and damper energy”，不管是从铰链刚度还是从离散单元而来，总是包含在内能里面。
在MATSUM文件中能量值是按一个part一个part的输出的(参见*database_matsum)。沙漏能Hourglass energy仅当在卡片*control_energy中设置HGEN项为2时才计算和输出。同样，刚性墙能和阻尼能仅当上面的卡片中RWEN和RYLEN分别设置为2时才会计算和输出。刚性阻尼能集中到内能里面。质量阻尼能以单独的行”system damping energy”出现。由于壳的体积粘性(bulk viscosity)而产生的能量耗散(energy dissipated)在版本970.4748之前是不计算的。在后续子版本中，设置TYPE=-2来在能量平衡中包含它。
最理想的情况下能量平衡：
总能量total energy ＝ 初始总能量 ＋ 外力功external work 。换句话说，如果能量比率energy ratio(指的是glstat中的total energy/initial energy，实际上是total energy/(initial energy + external work)) 等于1.0。注意，质量缩放而增加质量可能会导致能量比率增加。
注意在LSprepost的History>Global energies中不包含删掉的单元(eroded elements)的能量贡献，然而GLSTAT文件中的能量包含了它们。注意它们的贡献可以通过ASCII>glstat中的”Eroded Kinetic Energy”& “Eroded Internal Energy”来绘制。侵蚀能量(Eroded energy)是与删掉的单元相关的内能和删掉的节点相关的动能。 典型来说，如果没有单元删掉”energy ratio w/o eroded energy”等于1，如果有单元被删掉则小于1。删掉的单元与”total energy/initial energy”比率没有关系。总能量比率增加要归于其它原因，比如增加质量。
重述一下，将一个单元删掉时，文件glstat中的内能和动能不会反映能量的丢失。取而代之的是能量的丢失记录在glstat文件的”eroded internal energy” & “eroded kinetic energy”中。 如果用内能减去”eroded internal energy”将得到分析中还存在的单元的内能。对动能也一样。
matsum文件中的内能和动能只包含余下(noneroded)的单元的贡献。
注意，如果在*control_contact卡中将ENMASS设置为2，则与删掉的单元的相关的节点不会删掉，”eroded kinetic energy”是0。
在LSprepost中History>Global 只是动能和内能的简单相加，因此不包含接触能和沙漏能等的贡献。
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壳的负内能：
为了克服这种不真实的效应
－－关掉考虑壳的减薄(ISTUPD in *control_shell)
－－调用壳的体积粘性(set TYPE=-2 在*control_bulk_viscosity卡中)
－－对在matsum文件中显示为负的内能的parts使用*damping_part_stiffness;
先试着用一个小的值，比如0.01
如果在*control_energy中设置RYLEN=2，因为刚性阻尼而能会计算且包含在内能中。
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正的接触能：
当在接触定义中考虑了摩擦时将得到正的接触能。摩擦将导致正的接触能。如果没有设置接触阻尼和接触摩擦系数，你将会看到净接触能为零或者一个很小的值(净接触能＝从边和主边能量和)。 所说的小是根据判断－在没有接触摩擦系数时，接触能为峰值内能的10%内可以被认为是可接受的。
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负的接触能：
突然增加的负接触能可能是由于未检测到的初始穿透造成的。在定义初始几何时考虑壳的厚度偏置通常是最有效的减小负接触能的步骤。查阅LS-DYNA理论手册的23.8.3&23.8.4节可得到更多接触能的信息。负接触能有时候因为parts之间的相对滑动而产生。这跟摩擦没有关系，这里说的负接触能从法向接触力和法向穿透产生。当一个穿透的节点从它原来的主面滑动到临近的没有连接的主面时，如果穿透突然检测到，则产生负的接触能。
如果内能为负接触能的镜像，例如glstat文件中内能曲线梯度与负接触能曲线梯度值相等，问题可能是非常局部化的，对整体求解正确性冲击较小。你可以在LS-prepost中分离出有问题的区域，通绘制壳单元部件内能云图(Fcomp > Misc > Internal energy)。实际上，显示的是内能密度，比如内能/体积。内能密度云图中的热点通常表示着负的接触能集中于那里。
如果有多于一个的接触定义，sleout文件(*database_sleout)将报告每一个接触对的接触能量，因此缩小了研究负接触能集中处的范围。
克服负接触能的一般的建议如下：
－消除初始穿透(initial penetration)。(在message文件中查找”warning”)
－检查和排除冗余的接触条件。不应该在相同的两个parts之间定义多于一个的接触。
－减小时间步缩放系数
－设置接触控制参数到缺省值，SOFT=1 & IGNORE=1除外(接触定义选项卡C)
－对带有尖的边的接触面，设置SOFT=2(仅用于segment-to-segment接触)。而且，在版本970中推荐设置SBOPT(之前的EDGE)为4对于部件之间有相对滑移的SOFT=2的接触。为了改进edge-to-edge SOFT=2接触行为，设置DEPTH=5。请注意SOFT=2接触增加了额外的计算开消，尤其是当SBOPT或者DEPTH不是缺省值时，因此应该仅在其它接触选项(SOFT=0或者SOFT=1)不能解决问题时。
模型的细节可能会指示可用其它的一些方法。

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