如何利用HyperMesh为LS-DYNA确定合理的质量缩放系数

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在显示分析中，稳定的时间步长通常是1e-6到1e-9量级之间，稳定的时间步长与单元尺寸及材料的固有频率有关，单元最小尺寸越大，时间步长越大；材料密度越大，时间步长越大，时间步长增大可以提高计算速度。在DYNA中，时间步长是通过关键字*CONTROL_TIMESTEP来控制的。该关键字的内容如下所示：

所谓时间步长也即为每一步有限元积分的长度。计算所需时间步长时，要检查所有的单元。出于稳定性原因，DYNA用0.9（默认）确定最小时间步：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。

下面只对关键参数进行说明：

DTINIT:初始时间步，一般由DYNA根据单元尺寸自动计算，设为0即可，如果设置其他值，则根据用户定义的时间步进行初始计算。

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,例如爆炸冲击时，该值可取到0.6左右。

DT2MS: 人为控制时间步长，输入期望的实际计算时间步长，程序自动增加对应单元密度。从而使质量改变，因此成为质量缩放。

当设置<0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。（即只用于小于时间步长的单元）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。（质量增加应控制在5%以内）

当设置为>0时，初始时间步长不会小于DT2MS。单元质量会增加或者减小以保证每一个单元的时间步都一样（通过调整单元密度，使所有单元都具有相同的时间步长）。只用于惯性效应不重要时。

默认为0.0，不进行质量缩放；

在具体操作之前，同学们应该明白在一个动态分析中，任何时候增加非物理的质量来增大时间步将会影响计算结果（因为F=ma）。如果这种影响不明显，比如类似额外的质量只增加到不是关键区域的很少的小单元上或者准静态的分析（速度很小，动能相对峰值内能非常小）等这种情况，那么采用质量缩放完全是可以的。但是如果是针对高应变，例如爆炸、冲击、碰撞等，这个时候质量缩放就应该仔细斟酌。

总的来说，是由分析者来判断质量缩放的影响。一般而言，质量缩放均不应超过部件和整体结构质量的5%。

下面水哥就简单介绍下如何利用HyperMesh来为DYNA确定合理的质量缩放系数，也即*CONTROL_TIMESTEP关键子中的DT2MS的值。

第一步：在HM中划分好网格、定义好单元以及材料属性后，点击Check，查看当前模型中查看最小的时间步，如下所示，显示当前最小的时间步为1.396e-3。

第二步：根据最小的时间步进行合理的放大，比如一般冲击可将可放大2~4倍，在failurecriteria中填入放大后的时间步，然后在点击checkelems,在软件左下角即可看到不满足当前时间步的单元个数，也即需要进行质量缩放的单元个数。一般而言，该单元个数需满足小于总的单元个数5%，如果不满足，则说明设置的放大时间步不合适，逐步减小时间步，直到满足这个要求即可。

第三步：根据第二步调试的结果，得到最终的时间步。根据在关键字*CONTROL_TIMESTEP设置的TSSFAC，也即时间步缩放系数，来确定DT2MS的值。比如当TSSFAC的值设置为0.6时，合理的时间步经过调试设为2.738e-3，则最终应该填入的DT2MS的值应该为 2.738e-3/0.6=4.563e-3,注意这只是绝对值，如果只是相对部分单元调整，还应该加一个符号，也即DT2MS最终应填入 -4.563e-3。

值得说明的是，这个方法只是确定大概的时间步，且默认第一次调整后后续不再变化，随着后续分析的进行，单元变形导致单元特征长度发生变化，最小时间步也是一直在变化的，当然也可设置在分析中一直调整质量分布，保证最小时间步总是保持不变，但这种操作慎用，其结果容易失真。

在后处理结果文件GLAST和MATSUM中可查看总结构和每个部件的质量变化情况以及质量增加的位置，供用户判定结果的合理性。

以上

祝好

2022.12.8     

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