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LS-Dyna薄壳单元算法公式和属性定义关键字*SECTION_SHELL各选项含义

2018年10月17日 CAE 阅读 11,013 views 次

在LS-Dyna中关键字*SECTION_SHELL用来定义薄壳单元的算法公式和属性。其基本的数据选项卡片如下所示:

各选项含义如下:

SECID - SECTION 的 ID 号 ;

ELFORM - 薄壳单元的算法计算公式,可选值如下:

1:Hughe-Liu 壳单元,LS-DYNA 中最早的壳公式,面内单点积分,采用 Jaumann 应力更新,对翘曲的几何体有效,能对壳单元的参考面进行偏置(中面,内表面和内表面),2 倍于缺省的壳单元公式时间开销。

2:Belytschko-Tsay 壳单元,缺省的壳单元公式,面内单点积分,计算速度很快,通常对于大变形问题是
最稳定有效的公式。采用 Co-rotational 应力更新,单元坐标系统置于单元中心,基于平面单元假定,所以对于翘曲的几何体不适用,参考 BWC 壳公式。建议在大多数的分析中使用。

3:BCIZ 三角形壳单元,根据 Kirchhoff 薄板理论导出,面内单点积分

4: Co 三角形壳单元,根据 Mindlin-Reissner 薄板理论导出,面内单点积分,比 BCIZ 三角形壳单元精度好。

5:Belytschko-Tsay 膜单元,没有弯曲力矩和横向剪切力,面内单点积分,建议在大多数的薄膜分析中应用。

6: S/R Hughe-Liu 选择性缩减积分壳单元,面内采用 2*2 的积分点方式,没有沙漏模式,比缺省公式慢 10 倍。

7:S/R Co-rotational Hughe-Liu 选择性缩减积分壳单元,面内采用 2*2 的积分点方式,没有沙漏模式,² 比缺省公式慢 5 倍,采用 Co-rotational 应力更新。

8: Belytschko-Leviathan 壳单元,面内单点积分,比缺省公式慢 1.25 倍,自动含有物理沙漏控制。

9:全积分 Belytschko-Tsay 膜单元,面内采用 2*2 的积分点,不需要沙漏控制,建议用于安全气囊展开分析。

10:Belytschko-Wong-Chiang 壳单元,面内单点积分,用于单元过度翘曲情况,对于大变形问题没有 B-T 壳稳定。

11:快速的(Co-rotational)Hughe-Liu 壳单元,面内采用单点积分,有沙漏模式,比缺省公式慢 1.5 倍,采用 Co-rotational 应力更新。

12: 平面应力壳单元(x-y 平面);

13:平面应变壳单元(x-y 平面);

14: 轴对称体(Y 轴为对称轴)-面积加权。

15: 轴对称体(Y 轴为对称轴)-体积加权。

16: 全积分壳单元(非常快),Belytschko-Tsay 壳单元公式,采用 Co-rotational 应力更新,采用 2*2 积分点方式,不象 6 和 7 号壳单元,只比 B-T 壳时间多开销 2-3 倍,可以处理翘曲的几何体问题,此时需要激活第 8 种沙漏控制公式,参见*CONTROL_HOURGLASS 关键字。

17:全积分 DKT 三角形壳单元。

18:全积分线性 DK 四边形/三角形壳单元。

20:全积分线性假定应变 Co 壳单元。

31:1 点积分 Eulerian N-S 单元,用于 CFD 流体计算。

32:8 点积分 Eulerian N-S 单元,用于 CFD 流体计算 。

面对 20 多种的壳单元公式,怎样选择合适的壳单元公式成为一个难题,对于大多数问题,建议总是使用如下单元公式:

对于几何翘曲问题,可以使用 10 号单元公式,也可使用缺省的 2 号 B-T 壳单元公式,此时通过*CONTROL_SHELL 关键字设置参数 BWC=1 施加翘曲刚度公式,同时参数PROJ=1,及设置*CONTROL_ACCURACY 中参数 INN=2 使节点编号不变,保证计算精度。

参考文献

【1】 赵海鸥 邵仁兴, LS-DYNA 动力学分析指南, 机械工业出版社

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