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LS-Dyna中的负体积和消除负体积的方法

2018年09月20日 CAE 阅读 6,036 views 次

在LS-Dyna中对于承受很大变形的材料,比如泡沫等比较软的材料,一个单元可能变得非常扭曲以至于单元的体积计算得到一个负值。这可能发生在材料还没有达到失效标准前。对一个拉格朗日(Lagrangian)网格在没有采取网格光滑(mesh smoothing)或者重划分(remeshing)时能适应多大变形有个内在的限制。LS-DYNA中计算得到负体积(negative volume)会导致计算终止,除非在*control_timestep卡里面设置ERODE选项为1,而且在*control_termination里设置DTMIN项为任何非零的值,在这种情况下,出现负体积的单元会被删掉而且计算继续进行(大多数情况)。有时即使ERODE和DTMIN换上面说的设置了,负体积可能还是会导致因错误终止。

在LS-Dyna中一般可通过以下方法来消除负体积:

* 简单的把材料应力-应变曲线在大应变时硬化。这种方法会非常有效。

* 有时候修改初始网格来适应特定的变形场将阻止负体积的形成。此外,负体积通常只对非常严重的变形情况是个问题,而且特别是仅发生在像泡沫这样的软的材料上面。

* 减小时间步缩放系数(timestep scale factor)。缺省的0.9可能不足以防止数值不稳定。

* 避免用全积分的体单元(单元类型2和3),它们在包含大变形和扭曲的仿真中往往不是很稳定。全积分单元在大变形的时候鲁棒性不如单点积分单元,因为单元的一个积分点可能出现负的Jacobian而整个单元还维持正的体积。在计算中用全积分单元因计算出现负的Jacobian而终止会比单元积分单元来得快。

* 用缺省的单元方程(单点积分体单元)和类型4或者5的沙漏(hourglass)控制(将会刚化响应)。对泡沫材料首先的沙漏方程是:如果低速冲击type 6,系数1.0; 高速冲击type 2或者3。

* 对泡沫用四面体(tetrahedral)单元来建模,使用类型10体单元。

* 增加DAMP参数(foam model 57)到最大的推荐值0.5。

* 对包含泡沫的接触,用*contact选项卡B来关掉shooting node logic。

* 使用*contact_interior卡,用part set来定义需要用contact_interior来处理的parts,在set_part卡1的第5项DA4来定义contact_interior类型。缺省类型是1,推荐用于单一的压缩。在版本970里,类型1的体单元可以设置type=2,这样可以处理压缩和减切混合的模式。

* 如果用mat_126,尝试ELFORM=0

* 尝试用EFG方程(*section_solid_EFG)。因为这个方程非常费时,所以只用在变形严重的地方,而且只用于六面体单元。

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