背景介紹

LS-DYNA R14.0版本已于2023年1月發(fā)布，包含大量新功能更新，具體可分為兩部分，第一部分主要描述多物理場、MPP、聲學(xué)以及Ansys Forming等的更新，第二部分涵蓋單元技術(shù)，材料本構(gòu)和其他關(guān)鍵內(nèi)容等。

目前LS-DYNA每次更新的時候，都會發(fā)布很多不同的執(zhí)行程序，以對應(yīng)不同的操作系統(tǒng)平臺以及并行計算使用的MPI平臺。其計算內(nèi)核都是相同的，只是使用的動態(tài)鏈接庫不同。由于發(fā)布到ftp的LS-DYNA版本非常多，很多時候用戶不知道應(yīng)該選擇哪個版本程序。LS-DYNA從R14版本開始使用ONE MPI的策略，希望能夠減少LS-DYNA程序的數(shù)量。同時，我們知道很多用戶正在使用Platform MPI，因?yàn)橄鄬碚f更穩(wěn)定。但是Platform MPI基于相對較老的MPI 2.0標(biāo)準(zhǔn)，而且IBM在2020年已經(jīng)停止了對Platform MPI的技術(shù)支持。因此我們希望可以幫助用戶從Platform MPI平滑切換至其它的MPI平臺，以使用最新的技術(shù)。

對于R14版本，依舊會提供不同MPI的LS-DYNA執(zhí)行程序，但實(shí)際上，在Intel MPI版本程序中，已經(jīng)包含了（Intel MPI，Open MPI以及Platfrom MPI）三種功能，用戶僅需要設(shè)置“LSTC_MPI”的環(huán)境變量，指定對應(yīng)的MPI 即可。同時通過control_lstc_reduce關(guān)鍵字，保證使用不同MPI得到相同的結(jié)果。通過One MPI的策略還能縮短LS-DYNA新版本的測試時間（無需再測試三個binary程序），LS-DYNA目標(biāo)是和Ansys許多其它的產(chǎn)品一樣，提供有限數(shù)量的執(zhí)行程序，更加方便用戶的使用體驗(yàn)。

CPM安全氣囊功能更新

對于氣囊仿真，大部分的增強(qiáng)和改進(jìn)是如何更精確的模擬氣囊泄氣孔和織物的泄氣特性。

R14.0中增強(qiáng)了阻塞評估以獲得更加一致的結(jié)果，并新增不同的阻塞選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)安全氣囊正確的泄氣，以及描述泄氣孔氣壓的POPP。當(dāng)安全氣囊的壓力達(dá)到一定值后，泄氣孔隨之打開。此類選項(xiàng)改善了操作要求，目前可以使用上級和下級部件或腔體壓力實(shí)現(xiàn)更加一致的控制，且CPM求解器與熱求解器完全耦合，因此用戶可以使用CPM-熱求解器研究安全氣囊熱點(diǎn)，例如注入氣體時織帶材料中的發(fā)熱區(qū)域以及可能融化的區(qū)域。具體有：

• 氣囊織物阻塞評估

1. 對于每個氣囊，單獨(dú)計算接觸力閾值（不包括transducer）

2. 設(shè)置單獨(dú)的泄氣阻塞閾值

• IBLOCK=21: 安全氣囊外部泄氣孔控制

1. 基于泄氣孔節(jié)點(diǎn)接觸力計算接觸壓力（contact pressure）

2. 當(dāng)氣囊壓力大于泄氣孔接觸壓力時，泄氣孔不被阻塞

• BLOCKV: 排除氣囊自身接觸力

1. 排除*CONTACT_AIRBAG_SINGLE_SURFACE的節(jié)點(diǎn)接觸力（SOFT=2)

2. 排除接觸力傳感器的節(jié)點(diǎn)接觸力

• 用于外部/內(nèi)部泄氣孔的POPP選項(xiàng)

1. 比較上下游的PART/ambient壓力

2. 比較上下游的CHMABER/ambient壓力

• CPM-熱耦合

1. 計算CPM粒子與氣囊之間的傳熱

氣囊在接觸人體或是其它部件時，接觸部分的氣體泄露會受到阻礙。LS-DYNA會首先計算節(jié)點(diǎn)的接觸力。如果節(jié)點(diǎn)受到了接觸力，說明這個局部正在于其它部件進(jìn)行接觸，就可能會阻礙了氣囊中的氣體從織物中泄露。通過接觸力的閾值進(jìn)行判斷是否需要計算織物的泄氣。在舊版本的算法中，首先會統(tǒng)計模型中所有接觸的節(jié)點(diǎn)接觸力，計算一個F total，用Ftotal除以模型中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量再乘以一個系數(shù)，得到接觸力的閾值，只要?dú)饽疑瞎?jié)點(diǎn)的接觸力大于這個閾值，就認(rèn)為此節(jié)點(diǎn)位置氣囊的織物的泄氣被阻擋了。這樣的算法會有一些問題：

1.如果在模型中增加一個接觸，這個接觸可能和氣囊一點(diǎn)關(guān)系都沒有，但它無疑會改變模型中的接觸力數(shù)值，也就改變了接觸力的閾值，計算出來的氣囊泄氣的特性就會發(fā)生變化；

2.把標(biāo)定好的氣囊零部件模型放在整車模型中去，因?yàn)槟Ｐ椭械慕佑|不同，可能會導(dǎo)致計算出來的氣囊特性有差異；

3.如果模型中增加力傳感器關(guān)鍵字，力傳感器會計算接觸力的數(shù)值，但不會真的施加接觸力，而在舊版本的算法中，在計算接觸力閾值時候，也會將力傳感器的接觸力算進(jìn)去。這樣本不該影響計算結(jié)果的接觸力傳感器設(shè)置，也可能對氣囊的相應(yīng)產(chǎn)生影響；

R14版本更新了接觸力閾值的計算方法。對于某個氣囊，比如第i個，僅計算該氣囊上節(jié)點(diǎn)受到的接觸力之和，然后除該氣囊上的節(jié)點(diǎn)數(shù)，乘以系數(shù)得到閾值。這樣對于每個氣囊來說都會單獨(dú)計算其閾值。

整車模型中可能有多個氣囊，在新版本中不會因?yàn)樵黾咏佑|關(guān)系導(dǎo)致氣囊的泄氣特性發(fā)生變化，從而得到與零部件模型更加一致和穩(wěn)定的結(jié)果。

對于泄氣孔的阻塞特性，增加了一個新的選項(xiàng)。同樣的，阻塞的判斷是基于泄氣孔上的節(jié)點(diǎn)接觸力來判斷的。求解器在計算的時候，會把氣囊劃分為三角形的segment組成的區(qū)域。比如泄氣孔上一個三角形的segment 由C1,C2,C3三個點(diǎn)組成。此前算法是，C1,C2,C3中，只要某個點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)接觸力超過了閾值，這個面段的1/3就被認(rèn)為是阻塞的。而新版本中增加了選項(xiàng)（BLOCK=21），會基于節(jié)點(diǎn)力計算面段上的平均接觸壓力，如果接觸壓力小于氣囊在此處的壓力，就不會發(fā)生阻塞，將持續(xù)發(fā)生泄氣。

關(guān)于外部泄氣孔的泄氣特性，在*CONTROL_CPM關(guān)鍵字中增加了一個選項(xiàng)BLOCKV。開啟該選項(xiàng)后，在計算阻塞時，不會計算*AIRBAG_SINGLE_SURFACE帶來的節(jié)點(diǎn)接觸力。如圖中右上角展示的模型中有兩個接觸，一個*AIRBAG_SINGLE_SURFACE，計算氣囊自身的接觸；一個surface to surface接觸，計算氣囊和外部的接觸。如前文所述，在判斷泄氣孔是否被阻塞時，通常是通過節(jié)點(diǎn)接觸力來評價的，但氣囊自身的內(nèi)部接觸，不會對外部泄氣孔產(chǎn)生影響。所以在計算外部泄氣孔的泄氣時，應(yīng)該排除氣囊自身接觸的影響。新的BLOCKV選項(xiàng)已能夠?qū)崿F(xiàn)該目標(biāo)。

圖中展示的折線為氣囊的泄氣曲線，使用默認(rèn)選項(xiàng)時，為最底下的曲線D，該情況下泄氣被阻塞最多。而使用新的選項(xiàng)，為中間的曲線，會有更多的泄氣發(fā)生。而如果將所有的接觸設(shè)置在一個*AIRBAG_SINGLE_SURFACE中，再配合新的BLOCKV選項(xiàng)，不會計算其節(jié)點(diǎn)接觸力，泄氣孔不會被阻塞，泄氣量也是最多的。

通過以上對于織物和泄氣孔阻塞算法的改進(jìn)，LS-DYNA給能夠更加合理的計算外部泄氣孔的泄氣特性。

文章來源：第五屆LS-DYNA中國技術(shù)論壇，作者：王季先博士，ANSYS, Inc. Distinguished Engineer；葉益盛博士，ANSYS, Inc. Senior Principle R&D Engineer

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