LS-DYNA求解过程中常见错误和警告信息的负体积、节点速度无限大等
LS-DYNA常见问题及解决策略 (2012年11月7日)
LS‐DYNA基础
关键字基本内容
以$开始的是注释行
$ ETA/DYNAFORM : DYNA3D(960) INPUT DECK $ DATE $ : Nov 3, 2003 at 17:19:47
*NODE *ELEMENT *PART *SECTION *MAT *CONTACT *CONTROL *DATABASE *CONSTRAIN/*BOUNDARY *LOAD *SET
2
湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室
LS‐DYNA基础
湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室
LS‐DYNA基础
基本情况
LS‐DYNA 是世界上最著名的通用显式动力 分析程序 能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别 适合求解各种二维、三维非线性结构的高 速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲 击问题，同时可以求解传热、流体及流固 耦合问题 在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析 软件包。与实验的无数次对比证实了其计 算的可靠性
2011/11/9
湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室
湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室
主要内容
基础知识 单位制 沙漏问题 能量控制 负体积
张冠军 13755163941 zgjhuda@
接触 节点数据输出 材料 碰撞分析原则
2011/11/9
1
2011/11/9
HGEN Hourglass energy calculation option. This option requires significant additional storage and increases cost by ten percent: EQ.1: hourglass energy is not computed (default), EQ.2: hourglass energy is computed and included in the energy balance.
LS-DYNA求解过程中常见错误和警告信息的负体积、节点速度无限大等
错误名称
原因及修改措施
输入格式不正确
找到错误位置，修改数据格式
浮点溢出，核心代码崩溃
(1)材料和单元特性定义错误，如零密度、零厚度等
(2)单元定义错误
(3)各种曲线定义有问题，如求解时间比定义曲线的时长，导致数据外推失效
(4)单位不一致
(5)时间步太大，导致求解不稳定
程序一开始就崩溃
(1)单位不一致
(2)边界条件、荷载曲线定义错误
(3)某一材料未定义
节点速度无限大
(1)应用LS-PREPOST检查最后一帧动画，找出崩溃的单元和PART
(2)PART的材料定义有问题，如某个参数设置过大或与该PART相关的接触定义有问题，检查接触的设置
负体积
(1)材料参数设置错误，选择合适材料模式
(2)沙漏模式的变形积累，改为全积分单元
LS-Dyna碰撞分析调试指南
LS-DYNA 碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%；b、总沙漏能小于5%；c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性；e、检查数值输出的稳定性。
一、质量缩放Mass scale的检查：质量缩放——对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。
关于LS-DYNA中单元时间步长的计算方法请参见附录一。
1、初步检查。
让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出glstat 文件并检查mass scaling项（质量增加应该小于5%）；调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、ρ设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。
2、全过程检查。
调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结束。
再按[初步检查]的要求检查调试整个模型直至达到要求。
一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% 。
二、沙漏能Hourglass energy的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。
具体介绍参见附录二。
检查：在dyna中计算模型至其正常结束。
在Hyper view中调出glstat文件并检查energy的total energy 、Hourglass energy两项，整个计算过程中沙漏能应小三、滑移界面能sliding interface energy的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。
剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations）常常会引起大的负值的滑移截面能。
LS-DYNA建模中的负体积问题
出现于实体单元（SOLID ELEMENT） 发生大变形，以至于实体单元体积出现负值
—— Page 3
何种情况下易出现负体积
商用车技术中心
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当实体单元的一个面穿透另一个面，则出现负体积
阻止Foam Block上下表面的穿透
NULL SHELL
null shell是材料属性为MAT9的壳单元，包于实体单元表面，与实体单元共节点
典型属性：密度=0.1ห้องสมุดไป่ตู้泡棉密度
杨氏模量=1GPa 厚度=1mm
—— Page 6
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LS-DYNA泡棉建模中的负体积问题
目录
商用车技术中心
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什么是负体积 何种情况下易出现负体积 如何避免出现负体积问题
什么是负体积
商用车技术中心
如果泡棉是用四面体单元划分网格的，规则的四面体单元能够有效避免负体积
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商用车技术中心
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谢 谢 THANKS
—— Page 8
通过编辑材料应力-应变曲线
—— Page 5
如何避免出现负体积问题
在实体单元表面包一层NULL SHELL ，并用于定义接触
LS-DYNA负体积的解决办法以及各种算例下的解决方法
负体积的解决办法以及各种算例下的解决方法负体积定义？Negative volume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接着被判断为负体积。
关于负体积的解决办法？负体积多是网格畸变造成的，和网格质量以及材料、载荷条件都有关系。
有可能的原因和解决的方法大概有几种：（1）材料参数设置有问题，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（不要将force施在单一node上，最好分散到几个node 上以pressure的方式等效施加），尝试调整间隙，降低接触刚度或降低时间步。
（4）在容易出现大变形的地方将网格refine。
（5）材料换的太软,是不是也会出现负体积!（6）另外也可以采用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。
例如在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。
经验总结：时间步长急剧变小，可能是因为单元产生了严重的畸变而导致的负体积现象，如果采用的是四面体单元，你可以用网格重划分的方法来解决。
如果你采用的是六面体单元，那目前就没有很有效的方法，可以试一下*ELEMENT_SOLID_EFG，那对机器的要求相对就会比较高了。
Q1:材料负体积解决方法（全面、有效）材料负体积解决方法在仿真中，通常有材料的大变形问题，如泡沫材料，由于单元大扭曲而出现了单元负体积，这种情况一般出来在材料失效之前。
在没有网格光滑和网格从划分的情况下，ls-dyna有一个内部的限制来调节lagrange单元的变形。
负体积一般都会导致计算中止，除非你设置时间步长控制中的erode=1和设置终止控制中的dtmin为一非零数，这种情况下，出现负体积的单元将被自动删除，计算也不会中止。
不过就算你如上设置了erode与dtmin，负体积有时候也会导致计算出错停止。
一些常用的解决负体积的方法如下：在材料出现大应变的情况下增强材料的应力-应变曲线中材料应力。
Ls-Dyna_负体积解决方法
负体积是由于单元畸变引起的，当单元本身变形过大或者不合理时，某个或某些节点穿透所属单元的面跑到外面，接着变产生负体积。
负体积产生和时间步设置、网格质量、材料、载荷条件、接触等都可能有关系，可能的原因和解决的方法大概有几种：
（1）材料设置参数有问题，选择合适的材料模型，并注意单位的协调；
（2）网格质量不好。
高质量的网格可以使之能容纳更大的变形从而防止负体积的发生，建议在容易出现大变形的地方细化网格；
（3）时间步长设置不够合理。
默认的时间步长因子0.9可能对防止数值计算的不稳定不够有效，减少步长因子（比如从0.9减小到0.6或者更小），可以防止负体积的产生，这是一个有效的方法；
（4）太高的局部接触力。
不要将力施加在单一节点上，最好分散到几个节点上以压力的方式等效施加；
（5）使用全积分实体单元。
在大变形和大扭曲情况下，全积分单元相对于单点积分单元计算不够稳定，因为一个负雅克比行列式可以在意个积分点发生，所以全积分单元比单点积分发生负的雅克比行列式更快。
建议使用默认的单元方程式（单点积分）加上沙漏控制。
（6）接触设置不合理。
单面搜索的接触形式相对于双面搜索虽然节省了计算时间，但很容易因为面的方向不正确而导致负体积的产生，因此在不能确定面的方向时建议使用双面搜索。
另外，适当提高接触刚度也可以防止负体积的产生。
（7）另外也可以采用ALE或者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。
LS-dyna-常见问题汇总2[1].0
![LS-dyna-常见问题汇总2[1].0](https://img.taocdn.com/s3/m/f6d44596dd88d0d233d46a44.png)
资料来源：网络和自己的总结 更新时间： 2008-10-12
LS-DYNA 常见问题汇总 2.0
yuminhust2005
2008-10-12
目录
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. LS-DYNA 简介 .............................................................................................................................................................1 单位制度 ...................................................5 质量缩放 .........................................................................................................................................................................6 长分析时间 .....................................................................................................................................................................7 准静态 .............................................................................................................................................................................8 计算不稳定 .....................................................................................................................................................................9 负体积 ...........................................................................................................................................................................10 能量平衡 .......................................................................................................................................................................11
LS-DYNA问答总结
1 如何处理LS-DYNA中的退化单元？在网格划分过程中，我们常遇到退化单元，如果不对它进行一定的处理，可能会对求解产生不稳定的影响。
在LS-DYNA中，同一Part ID 下既有四面体，五面体和六面体，则四面体，五面体既为退化单元，节点排列分别为N1，N2，N3，N4，N4，N4，N4，N4和N1，N2，N3，N4，N5，N5，N6，N6。
这样退化四面体单元中节点4有5倍于节点1-3的质量，而引起求解的困难。
其实在LS-DYNA的单元公式中，类型10和15分别为四面体和五面体单元，比退化单元更稳定。
所以为网格划分的方便起见，我们还是在同一Part ID下划分网格，通过*CONTROL_SOLID关键字来自动把退化单元处理成类型10和15的四面体和五面体单元。
2 LS-DYNA中对于单元过度翘曲的情况有何处理方法有两种方法：1. 采用默认B-T算法，同时利用*control_shell控制字设置参数BWC＝1，激活翘曲刚度选项；2. 采用含有翘曲刚度控制的单元算法，第10号算法。
该算法是针对单元翘曲而开发的算法，处理这种情况能够很好的保证求解的精度。
除了上述方法外，在计算时要注意控制沙漏，确保求解稳定。
3 在ANSYS计算过程中结果文件大于8GB时计算自动中断，如何解决这个问题？解决超大结果文件的方案:1. 将不同时间段内的结果分别写入一序列的结果记录文件；2. 使用/assign命令和重启动技术；3. ANSYS采用向指定结果记录文件追加当前计算结果数据方式使用/assign指定的文件，所以要求指定的结果记录文件都是新创建的文件，否则造成结果文件记录内容重复或混乱。
特别是，反复运行相同分析命令流时，在重复运行命令流文件之前一定要删除以前生成的结果文件序列。
具体操作方法和过程参见下列命令流文件的演示。
4关于梁、壳单元应力结果输出的说明问题：怎样显示梁单元径向和轴向的应力分布图（我作的梁单元结果只有变形图DOF SOLUTIN –Translation，但是没有stress等值线图，只有一种颜色）和壳单元厚度方向的应力、变形图（我们只能显示一层应力、变形，不知道是上下表层或中间层的结果）。
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浮点溢出，核心代码崩溃 (1) 材料和单元特性定义错误，如零密度、零厚度等
(2) 单元定义错误
(3) 各种曲线定义有问题，如求解时间比定义曲线的
时间长，导致数据外推失效
(4) 单位不一致
(5) 时间步太大，导致求解不稳定
程序一开始就
崩溃
(1) 单位不一致
(2) 边界条件、荷载曲线定义错误
(3) 某一材料未定义
节点速度无限
大
(1) 应用LS-PREPOST 检查最后一帧动画，找出崩
溃的单元和PART
(2) PART 的材料定义有问题，如某个参数设置过大
或与该PART 相关的接触定义有问题，检查接触
的设置
负体积
(1) 材料参数设置错误，选择合适材料模式
(2) 沙漏模式的变形积累，改为全积分单元
(3) 太高的局部接触力，需调整间隙、降低接触刚度
或降低时间步。