LS-DYNA核心技术：质量缩放原理详解

质量缩放指的是通过增加非物理的质量到结构上从而获得大的显式时间步的技术。

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）。有时候这种影响不明显，在这种情况下增加非物理的质量是无可非议的。比如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）。总的来说，是由分析者来判断质量缩放的影响。你可能有必要做另一个减小或消除了质量缩放的分析来估计质量增加对结果的灵敏度。

你可以通过人工有选择的增加一个部件的材料密度来实现质量缩放。这种手动质量缩放的方法是独立于通过设置*Control_timestep卡DT2MS项来实现的自动质量缩放。

当DT2MS设置为一个负值时，质量只是增加到时间步小于TSSFAC*|DT2MS|的单元上。通过增加这些单元的质量，它们的时间达到TSSFAC*|DT2MS|。有无数种TSSFAC和DT2MS的组合可以得到同样的乘积，因而有相同的时间步，但是对于每一种组合增加的质量将是不一样的。一般的趋势是TSSFAC越小，增加的质量越多。 作为回报，当TSSFAC减小时计算稳定性增加（就像在没有做质量缩放的求解中一样）。 如果TSSFAC缺省的值0.9会导致稳定性问题，可以试试0.8或者0.7。 如果你减小TSSFAC，你可以相应增加|DT2MS|，这样还是可以保证时间步乘积不变。
为了确定什么时候和位置质量自动增加了，可以输出GLSTAT和MATSUM文件。这些文件允许你绘出完整的模型或者单独部件所增加的质量对时间的曲线。为了得到由壳单元组成的部件增加的质量云图，将*database_extent_binary卡的STSSZ项设置为3。 这样你可以用ls-prepost绘出每个单元的质量增加量的云图，具体方法是通过选择Fcomp>Misc>time step size。

在*control_timestep中设置DT2MS正值和负值的不同之处如下：
负值：初始时间步将不会小于TSSFAC*-DT2MS。质量只是增加到时间步小于TSSFAC*|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量是有限的。过多的增加质量会导致计算任务终止。
正值：初始时间将不会小于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。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。
*control_timestep卡中的参数MS1ST控制是否只是在初始化时增加一次质量（MS1ST=1）还是任何需要维持由DT2MS所指定的时间步时都增加质量（MS1ST=0)。
你可以通过在*control_termination卡片中设置参数ENDMAS来控制当质量增加到初始质量一定比率时终止计算（只对自动质量缩放有效）

可变形点焊梁的质量缩放
*mat_spotweld卡的质量缩放参数DT只影响点焊单元。如果*control_timestep卡中没有指定质量缩放(DT2MS=0)，而且时间由可变形点焊控制，可以用参数DT来在初始化时增加惯量到点焊单元上来提高时间步达到DT指定的值。当DT不为0时，增加到可变形点焊梁元上的质量会输出到d3hsp文件里。MATSUM 中动量和动能不受增加到可变形点焊上的质量的影响。GSLTAT中DOES和总的KE受增加的质量的影响。

考虑三种调用可变形点焊的质量缩放的情况：
1.当DT2MS为负值*mat_spotweld卡DT＝0时，尽管在d3hsp文件中可变形点焊质量增量百分比不真实。下面几个值是正确的：d3hsp中”added spotweld mass”; 第一个时间步之后的”added mass” & “percentage increase”; glstat和matsum中的”added mass”。
2. 当DT2MS为负值且*mat_spotweld卡DT≠0时，可变形点焊质量增加不会包含在d3hsp、glstat、matsum文件中的”added mass”里。这非常容易令人误解。用户必须检查d3hsp文件的”added spotweld mass”。建议不要同时使用两种质量缩放标准，推荐使用第一种方法（即负的DT2MS&DT=0）。
3. 如果DT2MS＝0且DT≠0，初始时间步将不考虑增加点焊的质量，但是之后每一个周期时间步都会增加10%，直到时间步达到正确的值（考虑点焊质量增加）。glstat & matsum不包含”added mass”的行。

注意质量增加会引起能量比率增长。

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