Hourglass control 沙漏控制
LS-DYNA 中沙漏控制 (Hourglass)
09.11.2015
*HOURGLASS - IHQ 沙漏控制类型 01 0：默认1，不考虑命令行 *CONTROL_HOURGLASS； 1：LS-DYNA 标准粘性方式；在材料不是特别软，或者单元有合理的形状，且网格不是太粗
糙时，类型4，5，6都能得到同样的结果。其中类型4的运行更快。
2：Flanagan-Belytschko粘度方式； 3：Flanagan-Belytschko 粘度方式，对于体单元再加精确体积积分； 4：Flanagan-Belytschko 刚度方式； 5：Flanagan-Belytschko 刚度方式，对于体单元再加精确体积积分； 6：Belytschko-Bindeman 应变联合旋转刚度方式，仅对于2D,3D体单元。此类型适用于显性 及隐性算法。实际上类型6,7是用于隐性算法(Implicit)。 基于弹性常数加上一个假定的应变域，当定义QM=1.0时，对于粗糙网格的弯曲它能提 供精确的结果。当塑性模型的弹性极限压力的切线模量非常小于弹性模量时，小QM (0.001-0.1)会提供一个比较好的计算结果。对于某些刚度是基于弹性常数的材料，若是柔软 材料，则QM应定义为小于1，若是各向异性材料，则取弹性常数的平均值。对于零材料的
09.11.2015
*HOURGLASS
• HGID: Hourglass ID; • IHQ: Hourglass control
Type; • QM: Hourglass coefficient; • IBQ: Bulk viscosity type; • Q1: Quadratic bulk viscosity coefficient; • Q2: Linear bulk viscosity coefficient; • QB: Hourglass coefficient for shell bending, default QB=QM; • VDC: Viscous damping coefficient for type 6, 7 hourglass control: • QW: Hourglass coefficient for shell warping, default QB=QW.
汽车碰撞仿真LS-DYNA控制卡片关键字.
7. CONTROL_HOURGLASS 用于沙漏的控制,通过施加附加力来阻止沙漏变形。IHQ设置为5，QH默认为0.1。
8. CONTROL_OUTPUT 用于设置输出参数。设置如下，按红色线框内设置，其余默认值。
•������ 第一列的“$”表示该行是注释行
•������ 输入的参数可以是固定格式或者用逗号分开 •������ 空格或者0 参数������ 使用该参数的默认值
控制卡片的建立
控制卡片可通过以下方式建立：
•用hypermesh在LS-DYNA模板下，选择Analysis面板点击 control cards,选择相应卡片。 •直接在key文件中输入
汽车碰撞分析LS-DYNA 控制卡片的设置
作者:张远岭
2011-4-14
控制卡片
碰撞分析控制卡片包括求解控制和结果输出控制，其中KEYWORD、 CONTROL_TERMINATION、 DATABASE_BINARY_D3PLOT是必不可少的。其他一 些控制卡片如沙漏能控制、时间步控制、接触控制等则对计算过程进行控 制，以便在发现模型中存在错误时及时的终止程序。 后面将逐一介绍碰撞分析中经常用到的控制卡片，并对每个卡片的作 用进行说明。
下面介绍在hypermesh中给出碰撞分析中经常使用的卡片的参
数设置
控制卡片参数设置
1. KEYWORD KEY文件起始关键字。该卡片可不作任何设置。
2. TITLE 输入标题名称xxx。
3. CONTROL_ACCURACY 提高计算精度的控制卡片。设置INN值为2，其余默认，不起作用。
控制卡片参数设置
ABAQUS沙漏
Abaqus有限元分析中的沙漏效应[转]2011-09-2117:34:27|分类：有限元|字号大中小订阅1.沙漏的定义沙漏hourglassing一般出现在采用缩减积分单元的情况下：比如一阶四边形缩减积分单元，该单元有四个节点“o”，但只有一个积分点“*”。
而且该积分点位于单元中心位置，此时如果单元受弯或者受剪，则必然会发生变形，如下图a所示。
关于沙漏问题，建议看看abaqus的帮助文档，感觉讲的非常好，由浅入深，把深奥的东西讲的很容易理解。
沙漏的产生是一种数值问题，单元自身存在的一种数值问题，举个例子，对于单积分点线性单元，单元受力变形没有产生应变能--也叫0能量模式，在这种情况下，单元没有刚度，所以不能抵抗变形，不合理，所以必须避免这种情况的出现，需要加以控制，既然没有刚度，就要施加虚拟的刚度以限制沙漏模式的扩展---人为加的沙漏刚度就是这么来的。
关于沙漏现象的判别，也就是出现0能模式的方法最简单的是察看单元变形情况，就像刚才所说的单点积分单元，如果单元变成交替出现的梯形形状，如果多个这样的单元叠加起来，是不是象我们windows中的沙漏图标呢？2.ABAQUS中沙漏的控制：*SECTION CONTROLS：指定截面控制警告：对于沙漏控制，使用大于默认值会产生额外的刚度响应，甚至当值太大时有时导致不稳定。
默认沙漏控制参数下出现沙漏问题表明网格太粗糙，因此，更好的解决办法是细化网格而不是施加更大的沙漏控制。
该选项用来为减缩积分单元选择非默认的沙漏控制方法，和standard中的修正的四面体或三角形单元或缩放沙漏控制的默认系数；在explicit中，也为8节点块体单元选择非默认的运动方程：为实体和壳选择二阶方程、为实体单元激活扭曲控制、缩放线性和二次体积粘度、设置当单元破损时是否删除他们、或为上述完全破损的单元指定一标量退化参数。
等必需参数：NAME：名字可选参数：DISTORTION CONTROL：只用于explicit分析。
汽车碰撞分析LS_DYNA控制卡片设置.
控制卡片参数设置
8. CONTROL_PARALLEL 并行计算控制，最大可以使用4个CPU。
9. CONTROL_SHELL
壳单元控制
10. CONTROL_TERMINATION 设置如下：
控制卡片参数设置
11. CONTROL_TERMINATION 计算终止控制卡片，控制计算终止时间。
12. DATABASE_BINARY_D3DUMP 设置如下：
汽车碰撞分析LS-DYNA 控制卡片的设置
作者:张远岭
2011-4-14
控制卡片
碰撞分析控制卡片包括求解控制和结果输出控制，其中KEYWORD、 CONTROL_TERMINATION、 DATABASE_BINARY_D3PLOT是必不可少的。其他一 些控制卡片如沙漏能控制、时间步控制、接触控制等则对计算过程进行控 制，以便在发现模型中存在错误时及时的终止程序。 后面将逐一介绍碰撞分析中经常用到的控制卡片，并对每个卡片的作 用进行说明。
设置如下：
控制卡片参数说明
*CONTROL_TERMINATION $ ENDTIM ENDCYC DTMIN 150 0 0.0
ENDENG 0.0
ENDMAS 0.0
ENDTIM：强制终止计算时间，必选，默认0.0； ENDCYC：终止循环。在计算终止时间之前，程序达到指定循环次数即终止计算。 DTMIN：确定最小时间步长TSMIN的因子。TSMIN=DTMIN * DTSTART，其中DTSTART为程序自动确定的 初始步长。当迭代步长小于TSMIN时，程序终止。 ENDENG：能量改变百分比，超过设定值则终止计算。默认0.0，不起作用； ENDMAS：质量变化百分比，超过设定值则终止计算。仅用于质量缩放DT2MS被使用时。默认0.0 ，不起作 用。
汽车碰撞仿真LS-DYNA关键字
控制卡片参数说明
MS1ST：限制第一步的质量缩放，根据时间步确定质量向量一次。默认为0。
DT2MSF：决定最小时间步长的初始时间步长缩减系数，如果使用，DT2MS=-DT2MSF*△t。
DT2MSLC：在显示分析中把DT2MS指定为时间的函数，使用load-curve定义。 *CONTROL_SHELL $ WRPANG ESORT IRNXX ISTUPD THEORY 20 1 -1 0 2 全局控制壳单元参数卡片 WRPANG：最大翘曲角度，默认20度； ESORT：程序自动把退化的四边形单元处理为C0三角形单元公式； IRNXX：单元法向更新开关，该选项只对Hughe_Liu，Belytschko-Wong-Chiang,Belytschko-Tsay等公式起作用 。 （默认为-1，每次循环都重新计算单元方向）。 ISTUPD：单元厚度改变选项。该选项对所有壳单元变形有影响。 BWC MITER 2 1 PROJ
12. DATABASE_BINARY_D3DUMP 设置如下：
13. DATABASE_BINARY_D3PLOT 设置如下：
控制卡片参数设置
14. DATABASE_BINARY_D3THDT 设置如下：
15. DATABASE_BINARY_RUNRSF 设置如下：
16. DATABASE_EXTENT_BINARY 设置如下：
控制卡片参数设置
8. CONTROL_PARALLEL 并行计算控制，最大可以使用4个CPU。
9. CONTROL_SHELL
壳单元控制
10. CONTROL_TERMINATION 计算终止控制卡片，控制计算终止时间，设置如下：
控制卡片参数设置
11. CONTROL_TIMESTEP 计算时间步长相关参数
汽车碰撞分析LS_DYNA控制卡片设置
控制卡片参数说明
*CONTROL_TIMESTEP(时间步长控制卡片) $ DTINIT TSSFAC ISDO TSLIMT DT2MS LCTM ERODE MSIST 0.0 0.9 2 0.0 -0.001 0 1 1 $ DT2MSF DT2MSLC 计算所需时间步长时，要检查所有的单元。出于稳定性原因，用0.9（缺省）来 减小时间步：Δt = 0.9 l/c ，特征长度l，和波的传播速度c，都与单元的类型有关。 DTINIT：初始时间步长，如为0.0，由DYNA自行决定初始步长； TSSFAC：时间步长缩放系数，用于确定新的时间步长。默认为0.9，当计算不稳定时，可以减小该值，但同时 增加计算时间； ISDO：计算4节点壳单元时间步长的（不同的值对应特征长度的不同算法，推荐使用2，因为此选项可以获得 最大的时间步长，但有三角形单元存在时会导致计算不稳定）； TSLIMT：壳单元最小时间步分配 ,使单元的时间步长控制在最小时间步长之上；只适用于使用 *mat_plastic_kinematic,*mat_power_law_plasticity*mat_strain_rate_dependent_plasticity,*mat_piecewise_linear_pla sticity等材料模型的壳单元，不建议使用该选项，因为使用DT2MS选项更好。 DT2MS：因质量缩放计算得到的时间步长。当设置为一个负值时，初始时间将不会小于TSSFAC*|DT2MS|。质 量只是增加到时间步小于TSSAFC*|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 质量增加是有限的，过多的增加质量会导致计算终止。当设置为正值时，初始时间步长不会小于DT2MS。单 元质量会增件或者减小以保证每一个单元的时间步都一样。这种方法尽管不会因为过多增加质量而导致计算终 止，但更难以作出合理的解释。默认为0.0，不进行质量缩放； LCTM：限制最大时间步长的Load-curve,该曲线定义最大允许时间步长和时间的关系（可选择） ； ERODE：当计算时间步长小于TSMIN（最小时间步长）时体单元和t-shell被自动删除。
Abaqus有限元分析中的沙漏效应
Abaqus有限元分析中的沙漏效应[转]2011-09-21 17:34:27| 分类：有限元 | 标签： |字号大中小订阅1. 沙漏的定义沙漏hourglassing一般出现在采用缩减积分单元的情况下：比如一阶四边形缩减积分单元，该单元有四个节点“o”，但只有一个积分点“*”。
而且该积分点位于单元中心位置，此时如果单元受弯或者受剪，则必然会发生变形，如下图a所示。
关于沙漏问题，建议看看abaqus的帮助文档，感觉讲的非常好，由浅入深，把深奥的东西讲的很容易理解。
沙漏的产生是一种数值问题，单元自身存在的一种数值问题，举个例子，对于单积分点线性单元，单元受力变形没有产生应变能--也叫0能量模式，在这种情况下，单元没有刚度，所以不能抵抗变形，不合理，所以必须避免这种情况的出现，需要加以控制，既然没有刚度，就要施加虚拟的刚度以限制沙漏模式的扩展---人为加的沙漏刚度就是这么来的。
关于沙漏现象的判别，也就是出现0能模式的方法最简单的是察看单元变形情况，就像刚才所说的单点积分单元，如果单元变成交替出现的梯形形状，如果多个这样的单元叠加起来，是不是象我们windows中的沙漏图标呢？ABAQUS中沙漏的控制：*SECTION CONTROLS：指定截面控制警告：对于沙漏控制，使用大于默认值会产生额外的刚度响应，甚至当值太大时有时导致不稳定。
默认沙漏控制参数下出现沙漏问题表明网格太粗糙，因此，更好的解决办法是细化网格而不是施加更大的沙漏控制。
该选项用来为减缩积分单元选择非默认的沙漏控制方法，和standard中的修正的四面体或三角形单元或缩放沙漏控制的默认系数；在explicit中，也为8节点块体单元选择非默认的运动方程：为实体和壳选择二阶方程、为实体单元激活扭曲控制、缩放线性和二次体积粘度、设置当单元破损时是否删除他们、或为上述完全破损的单元指定一标量退化参数。
等必需参数：NAME：名字可选参数：DISTORTION CONTROL：只用于explicit分析。
Ls_dyna 沙漏控制考试试题
Ls_dyna 沙漏控制考试试题一、选择题1、沙漏能影响和以及单元，但不能影响三角形壳单元和梁单元。
A、实体单元B、四边形单元C、一维单元D、二维单元2、一般情况下，如果沙漏能量超过总能量的，那么就需要调整沙漏控制，以保证计算结果的精度。
A、10%B、15%C、20%D、25%3、沙漏模式是一种非物理的变形模式，产生零应变和应力。
A、超能B、零能C、刚性D、柔性4、如果系统计算沙漏能并将其输出，必须设置关键字*CONTROL_ENERGY中的控制参数HGEN = 。
A、2B、3C、4D、55、在*SECTION_SHELL中，没有沙漏模式的壳单元公式和。
A、1B、2C、6D、76、如果不考虑计算成本，使用单元的方法，可以有效地控制沙漏现象。
A、全积分B、单点积分C、缩减积分D、选择性缩减积分7、在关键字*CONTROL_HOURGLASS全局控制沙漏中，QH一般取值范围之间，如果超过这个范围将引起计算不稳定。
A、0—0.05B、0.05—0.15C、0.15—0.20D、0.20—0.258、如果需要针对每个PART单独控制，需要定义关键字。
A、*PARTB、*CONTROL_HOURGLASSC、*CONTROL_ENERGYD、*HOURGLASS9、在关键字*HOURGLASS中设定沙漏系数是项。
A、IBQB、QMC、Q1D、Q210、在Ls_dyna关键字*CONTROL_HOURGLASS全局控制沙漏中，QH默认值是。
A、0.1B、1C、0.01D、0.001选择题参考答案：1、ABD2、A3、B4、A5、CD6、AD7、B8、D9、B 10、A二、有限单元单点积分方法可以大幅度降低计算成本，但容易沙漏模式，产生一种自然振荡并且比所有结构响应的同期短得多。
沙漏变形没有刚度并产生锯齿形外形，由此使计算结果不正确。
请回答有哪些方法可以有效地控制沙漏现象？参考答案：控制沙漏现象的方法：1、使用均匀网格，避免在单点上集中加载；2、调整模式的体积粘性；3、使用单元的全积分方法；4、增加模型的弹性刚度；5、局部增加模型刚度；。
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沙漏(hourglass)模式是一种非物理的零能变形模式，产生零应变和应力。
沙漏模式仅发生在减缩积分(单积分点)体、壳和厚壳单元上。
LS-DYNA里面有多种算法用于抑制沙漏模式。
缺省的算法(type 1)通常不是最有效的算法，但却是最经济的。
一种完全消除沙漏的方法是转换到全积分或者选择减缩积分(S/R)方程的单元。
但这种方法是一种下策。
例如，第一，类型2体单元比缺省的单点积分体单元计算开消大; 其二，在大变形应用时更不稳定(更容易出现负体积);其三，类型2体单元当单元形状比较差时在一些应用中会趋向于剪切锁死(shear-lock)，因而表现得过于刚硬。
三角形壳和四面体单元没有沙漏模式，但缺点是在许多应用中被认为过于刚硬。
减小沙漏的一个好的方法是细化网格，但这当然并不总是现实的。
加载方式会影响沙漏程度。
施加压力载荷优于在单点上加载，因为后者更容易激起沙漏模式。
为了评估沙漏能，在*control_energy卡片中设置HGEN＝2，而且用*database_glstat和
*database_matsum卡分别输出系统和每一个部件的沙漏能。
这一点是要确认非物理的沙漏能相对于每一个part的峰值内能要小(经验上来说<10%)。
对于壳单元，可以绘制出沙漏能密度云图，但事先在
*database_extent_binary卡中设置SHGE=2。
然后在LS-Prepost中选择Fcomp>Misc>hourglass energy。
对于流体部件，缺省的沙漏系数通常是不合适的(太高)。
因此对于流体，沙漏系数通常要缩小一到两个数量级。
对流体用基于粘性的沙漏控制。
缺省的沙漏方程(type 1)对流体通常是可以的。
对于结构部件一般来说基于刚性的沙漏控制(type 4,5)比粘性沙漏控制更有效。
通常，当使用刚性沙漏控制时，习惯于减小沙漏系数到0.03~0.05的范围，这样最小化非物理的硬化响应同时又有效抑制沙漏模式。
对于高速冲击，即使对于固体结构部件，推荐采用基于粘性的沙漏控制(type 1,2,3)。
粘性沙漏控制仅仅是抑制沙漏模式的进一步发展，刚性沙漏控制将使单元朝未变形的方向变形。
类型8沙漏控制仅用于单元类型16的壳。
这种沙漏类型激活了16号壳的翘曲刚度，因此单元的翘曲不会使解退化。
如果使用沙漏控制8，16号壳单元可以用于解被称为扭曲梁(Twisted Beam)问题。
对于单元类型1的体和减缩积分2D体(shell types 13 & 15)类型6沙漏控制调用了一种假设应变协同转动方程。
使用沙漏控制类型6和系数1.0，一个弹性部件在厚度方向仅仅需要划分一层类型1的体单元就可以获得正确的弯曲刚度。
在隐式计算里面，对于类型1的体单元应该总是使用类型6的沙漏控制(实际上，在V970里面这是自动设置的)。
(More on type 6 HG control from Lee Bindeman)
类型6的沙漏控制与类型4,5不在于它用了一个假设应变场和材料属性来估算出假设应力场。
这个应力在单元封闭域内进行积分得到沙漏力，因此单元表现的像一个有同样假设应变场的全积分单元。
这种假设应变场设计成用来阻止纯弯曲中不真实的剪切变形和近似不可压材料中的体积锁死。
类型4和5的沙漏控制基于单元体积，波速和密度像在LS-DYNA理论手册中方程3.21那样来计算沙漏刚度。
沙漏类型6主要的改进是应力场在单元域内积分。
这使得当使用大的长细比或者歪斜形状的体单元时沙漏控制非常鲁棒。
类型4和5的沙漏控制对大长细比和歪斜形状单元反应变不好，它趋向于对某些沙漏模式反应的过于刚硬而对其它模式反应得过弱。
沙漏控制类型6另一个理论上的优点是对在厚度方向只有一个单元的梁可以在弹性弯曲问题中得到准确的解。
要做到这一点，设置沙漏刚度参数为1.0。
同样，对弹性材料方形截面杆的扭曲问题，当沙漏系数设为1.0时可以用很少的单元来解。
然而，对于非线性材料，用粗糙的网格得到好的结果是不可能的，
因为应力场不是像沙漏类型6假设的那样线性变化的。
在梁厚度方向上如果没有更多积分点的话，没有办法捕获应力场的非线性状态。
对于选择沙漏控制，下面几个问题要考虑。
对于单元有大的长细比或者明显歪斜(不管是初始还是变形过程中)，推荐采用类型6的沙漏控制。
类型6的沙漏控制通常对软的材料更好，像泡沫或蜂窝材料在计算中会有非常明显的变形。
在材料不是特别软或者单元有合理的形状且网格不是太粗糙时，类型4,5和6沙漏控制似乎都能得到同样的结果。
这种情况推荐用类型4的沙漏控制，因为它比其它的更快。
类型6的沙漏控制在LS-DYNA User’s Manual中参考的Belytschko和Bindeman的论文中有更详细的描述。