LS-DYNA R14.0新功能速递（五）

摘要

本文将主要介绍LS-DYNA R14.0即2023R1部分新功能。主要涵盖基于FMI联合仿真 、压电材料 、模型转换、S-ALE 、2D S-ALE，以及ALE等领域的新功能更新介绍。

对于目前Intel MPI , platform MPI 和 Open MPI ，本系列将详细介绍LS-DYNA OneMPI的策略，CPM安全气囊仿真 的新功能，与热求解器耦合，引入节点接触力去评估对气囊泄气性的影响。对于SPH齿轮箱 和涉水仿真 方面，实现了大量新功能。针对EM solver电磁求解器 ，拓展了与结构耦合的功能，在生物医学领域有着广泛的应用。ICFD求解器 新增了Block Low-Rank分解求解器，与DEM耦合的新功能，尤其针对实体单元。CESE增加针对混合多相求解器和两相求解器的多相FSI功能。NVH方面添加了很多新的声学功能，例如新的关键字*FREQUENCY_DOMAIN_ACOUSTIC_DIRECTIVITY，还有随机振动SSD ERP和d3max等等。Ansys Forming 出色的仿真功能，较以往工具有了很大的提升。

基于FMI联合仿真

*COSIM_FMI关键字更新用于基于FMI联合仿真

• 在模型描述文件中为所有导出变量添加ModelStructure, causality= " outputs "，一些遵从性检查需要为所有输出变量添加ModelStructure
• 输出更多细节到FMU的xml描述文件:git-build-id，创建时间和日期
• 修复Windows下FMU 1.0的兼容性问题
• 允许涉及多个FMU的联合仿真
• 允许与不同版本的FMU进行联合仿真，FMI1.0和FMI2.0，仅限Linux
• 增加安全气囊压力，体积和温度出口
• 使交换变量数组的大小灵活，以适应巨大的模型

压电材料

新版本修复

• 当使用*contact_tied关键字连接两个单元时，只有其中一个是压电材料
• 特征值计算
• 20节点六面体单元

*INCLUDE_TRANSFORM

• 将*INCLUDE_TRANSFORM应用到*MAT_ADD_PZELECTRIC
• 添加电荷变换因子FCTCHG，目前仅适用于MAT_ADD_PZELECTRIC

压电材料的BOUNDARY_NON_REFLECTION

• 启用20节点六面体单元
• 修复了TET10单元的错误，其中部分区域无法定位其相关单元
• 修复了当处理器不涉及任何压电边界条件时发生的MPP错误

模型转换

关键字*NODE_TRANSFORM中新增处理顺序的IMMED选项。

S-ALE更新

新增关键字*ALE_STRUCTURED_MULTI-MATERIAL_GROUP，该关键字优势包括：

• 无需定义“单独的材料关键字*MAT”和“单元属性关键字*SECTION”
• 每种流体都可以以一种更简洁的方式拥有自己的参考压力定义(PREF)
• 使用字符串来指代流体，更不容易出错
• 2D设置更简易：添加_AXISYM(轴对称)或_PLNEPS(平面应变)

*所有包含“AMMGID”字段的ALE关键字现在支持字符串类型“AMMGNM”(ammg name)，避免了原先需要同步修改过程中可能出现的输入错误。

可用边界条件

• EQ.FIXED：面上的所有节点在所有方向上都是固定的
• No flow：禁止气流通过端面
• EQ.SYM：面是对称平面(与NOFLOW相同)
• Nonrefl：无反射边界条件

在关键字读取阶段进行内部转换的类宏关键字。该关键字可以翻译成几个不同关键字的组合，包括*SET_NODE_GENERAL(带SALEFAC选项)、*SET_SEGMENT_GENERAL(带SALEFAC选项)、*BOUNDARY_SPC_- SET和*BOUNDARY_NON_REFLECTING。

使用LAG固体单元部件进行体积填充

PARTSET：拉格朗日结构。在3D中，这个结构是使用壳单元定义的。这些壳层单元形成了一个容器。我们用某种ALE液体填充容器的内部。

最新进展：现在用户想要填充实体部分的内部，即填充该实体部分所占用的空间。

上图显示了一个由实体单元建模的LAG结构：一个受爆炸载荷影响的目标。我们想用“靶内空气”来填充固体部分所占的空间。此前的做法是，用户需要在实体部件的表面构造一个假外壳部件，然后反过来。而现在代码中可以自动完成。

S-ALE中热求解功能的增强。真空部分填充S-ALE单元的不稳定性和错误温度，在热平流中实现了新的算法来解决这个问题。

S-ALE的映射比重启动支持得更好，建议对S-ALE优先考虑映射来代替传统的完全重启动。可以映射S-ALE单元历史变量、节点属性。在第一次计算中，进行纯S-ALE，并在第二次计算中添加LAG部分。(不支持FSI历史变量的重新映射)

2D S-ALE更新

网格修剪，以减少单元数量。网格修剪是将S-ALE单元从关注的域中修剪出来。随着单元数量的减少，计算时间也会相应等比例缩短。对于上图展示的模型中，修剪前的单元数为233,245，修剪后单元数43,045，减少到原来的1/6，计算时间也缩短为原来的1/6。

*ALE_STRUCTURED_FSI用于2D(自动支持侵蚀Eroding算法)

在二维中，拉格朗日结构定义可以来自梁或壳

• 单元表达
• 二维平面应变：梁单元形式7；壳单元形式13
• 二维轴对称：梁单元形式8；壳单元形式14/15
• 耦合曲面段生成
• 梁单元：直接由梁单元生成的segment（注：梁单元法线必须对准，使其指向要耦合的流体）
• 不可侵蚀壳单元：选择表面段生成耦合段
• 可侵蚀的外壳单元：内部的segment也会产生，当暴露时会被激活

该案例展示了某楔形结构冲击过程。

ALE更新

关键字*ALE_MESH_INTERFACE和*INITIAL_LAG_MAPPING可以将ALE运行的最后一个周期数据映射到拉格朗日运行(经典有限元模型)的四面体网格。四面体网格的选择，在其变形结构的ALE材料后，ALE变形材料的数据初始化为拉格朗日四面体网格。图中案例为爆炸形成弹丸过程。

*ALE_MAPPING_FROM_LAGRANGIAN将拉格朗日部分转化为ALE group。图中测试案例为全金属外壳子弹撞击一个实心的圆柱形钢结构。第一个拉格朗日运行的最后一个周期创建了一个映射文件，第二个ALE模型可以读取该文件进行初始化。拉格朗日数据被映射到ALE单元和节点。

• T=0ms时，第一次运行：与拉格朗日六面体(*SECTION_SOLID elform=1)的全金属护套子弹(2部分)以300米/秒的速度向圆柱体运动
• T=23ms时，在撞击前，2个子弹部分变成2个ALEgroup
• 第二次运行：由2个ALEgroup组成的全金属护套子弹填充ALE网格(*SECTION_SOLID elform=11)，并在与圆柱体碰撞时变形

相关资料：

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文章来源：第五届LS-DYNA中国技术论坛
视频链接：LS-DYNA R14.0 部分新功能更新；LS-DYNA R14.0在汽车行业的研发新进展
技术校对：王强， Ansys高级应用工程师；整理编辑：俞琴