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2017-03-02 by:CAE仿真在线 来源:互联网
1.什么算法使得LS-Dyna(或MSC.Dytran)可以完成结构大变形、大位移有限元分析,而其他有限元软件无法实现?
LS-DYNA主要是用显式算法,即中心差分法。理论上显式和隐式算法都可以完成结构大变形、大位移有限元分析,但因隐式算法的静态平衡要求的收敛较严,结构大变形、大位移时难于收敛。
2.什么原因导致分析时间比一般的分析要长得多,即使采用了单点高斯积分和中心差分法?
正是采用了中心差分法使得计算时间长很多。隐式算法是对整个结构的矩阵平衡方程叠代求解,故要求的内存也很大。显式算法是对每一个单元分别求解,故要求的内存很少,但计算时间就长得多了。笔者曾用256Mb内存的PC成功地计算过一卡车碰撞栏杆的算例,用了近20个小时。
3.Theory Manual分别给出了三维实体单元和中心差分法的收敛条件,实际计算中是否两个收敛条件均需要满足?通过质量缩放调整计算步长时是否有可能不满足中心差分法的收敛条件?
质量缩放一般用于拟静态计算。主要用来缩短计算时间(实际上是提高了物体的运动速度)而又可忽略惯性力的影响。因此质量缩放也是不可任意缩放的。
隐式算法的计算时间步长取决于结构网格中最小的单元,这是由单元长度与应力波长的关系决定的。使用部分质量缩放可忽略较小单元的惯性力的影响来达到缩短计算时间的目的。
关于计算时间与积分算法之间关系的思考:
显式积分算法速度:由于采用集中质量矩阵(对角阵),运动方程组的求解是非耦合的,不需要组成总体矩阵,因此大大节省存贮空间和求解时间,而且可以方便地采用多CPU并行计算机求解 ,时间步长短
显式积分算法速度:计算步长短,每步求解时间长
由此,对于第二个问题:选取显式积分是为了计算收敛的需要,在求解瞬态动力问题时,虽然步长较短,但因为求解时间本来就很短,而每步求解时间比隐式积分短,所以是可以接受的
显式的中心差分法大多应用在计算流体力学和结构动力学分析中,而隐式算法多应用于结构力学分析。笔者认为这两种方法应该是互补,而不是一种代替另一种。
事实上,LS-DYNA中含有显式和隐式的两种算法,而且,从960版本开始,主要是加强隐式算法的功能,以期能与MARC或ABAQUS匹敌。在金属塑性成型加工的模拟计算中(Stamping问题),成型后有回弹的问题(SpringBack),成型时用显式算法,而回弹时用隐式算法较好。
上贴中想补充说明中心差分法主要用于动力学分析,因而“计算时间步长内位移、速度、加速度变化”不是假定,而是实际的物理变化。对于一些拟静态问题,用显式算法有其优越性,而对于纯静态问题,恐怕仍然是隐式算法为佳。
显式算法的时间步长控制是保证计算稳定用的,与所用材料,元的大小有关。其计算方法下次讨论。采用隐式还是显式积分,笔者认为应该视具体物理问题来定,而非根据计算技术来定。
为什么显式积分就能很好的处理大变形问题,而隐式积分不擅长。
对于处理的是静力问题、拟静力问题或者高频动力问题暂且不谈。 现在的答案似乎是:对于强非线性问题,需要通过静力平衡条件收敛保证精度的隐式积分方法, 没有通过小步长保证精度的显式积分方法解决起来得心应手。
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