A-A+

LS-DYNA常用单元公式选择指南

2021年09月06日 CAE 阅读 794 views 次

在进行跌落产品有限元仿真时,根据模型的网格类型选择单元类型,是整个仿真模型设置中重中之重,ANSYS LS-DYNA中存在47种实体单元公式、42种壳单元公式以及多种不同单元类型,所以,用户在选择单元类型时,存在许多疑问或者疑惑。而正确选择单元,可以明显地提高计算效率以及仿真模型与试验模型对标的准确度,且减少不必要的错误或避免计算不收敛的问题。

单元公式

LS-DYNA是一种通用有限元程序,用于分析结构的大变形静力和动力响应,包括结构耦合到流体。主要的解决方法是基于显式动力学。所有的有限元模型,都必然涉及网格划分,ANSYS LS-DYNA针对划分的网格,包括四节点四面体、八节点实体单元、二节点梁单元、三节点和四节点壳单元、八节点实体壳单元、桁架单元、膜单元、离散单元和刚体,每种单元类型都有各种各样的单元公式。本文以跌落仿真中最常用的实体单元、壳单元进行阐述如何选择单元公式。

实体单元

在Mechanical中对模型划分网格时,基本以实体单元为主。众所周知,实体单元主要有六面体单元、六面体带中间节点单元、五面体单元、四面体单元、四面体带中间节点单元,如下图所示。

六面体实体单元

六面体常用的单元公式主要有0,1,2,3,-2,-1.

ID=0,单点同步旋转单元,用于蜂窝材料零件。ID=0只适用于*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB,其本质上表现为非线性弹簧,因此允许有时在蜂窝材料中看到的严重变形。在ID=0中,局部坐标系遵循单元旋转,当蜂窝壁障固定在空间时,对于严重的剪切变形,ID=0是首选的。

ID=1,即常应力单元,也是六面体实体单元的缩减积分单元,同时是ANSYS LS-DYNA的推荐单元。

ID=2, 2号选择性减缩积分实体单元公式,假定整个单元的压力恒定,以避免在几乎不可压缩的流动过程中出现压力锁定。然而,如果单元长径比较差,剪切锁定将导致响应过于刚性。比ID = 1耗时大2-3倍。

ID=-1,全积分单元公式,相对ID=2单元公式,其可以阻止剪切锁定,可以用于长径比较差的单元,计算耗时比ID=2多20%。

ID=-2,全积分单元公式,类同ID=-1,其计算精度更高,计算耗时是ID=2的5倍。

ID=3,全积分带节点旋转的8节点单元。

四面体实体单元

四面体常用的单元公式主要有4,10,13,16,17.

ID=10,单点四面体单元,同时是ANSYSLS-DYNA的默认单元。此单元的模型,存在刚性较大,同时存在剪切锁定和体积锁定情况。

ID=4,二阶4节点单元,其用于单元形状较好的部件,在速度和准确性之间妥协,比ID = 10耗时多5倍。

ID=13, 13号单元公式与10号相同,但增加了节点压力的平均,这显著降低了体积锁定的机会。因此,它非常适用于不可压缩和几乎不可压缩材料行为的应用,如橡胶材料或具有等容塑性变形(如体积成形)的延性金属。其耗时比ID=10多20%。

ID=16,二阶10节点单元公式,与ID=4单元公式相似,其计算更精确,其时间步长是ID=4的2倍。

ID=17,二阶10节点单元公式,类同ID=16,其计算精度更高,计算耗时比ID=16更多。公式17通常比公式16更受青睐,因为与16不同的是,节点权重因子是相等的,因此来自接触和施加压力的节点力被正确分配。

五面体实体单元(金字塔单元或棱柱单元)

LS-DYNA中允许五面体实体单元存在,且不需要单独设置单元公式。其设置位置,在*CONTROL_SOLID中ESORT参数,设置ESORT=1即可,实际是自动分配五面体实体单元公式为15号单元公式,即2点五面体单元。Mechanical在输出控制卡片时,已设置好参数,默认输出即可。

壳单元

此文章为微信公众号原创文章,查看全部文章内容请关注微信公众号“数字化设计CAX联盟”,回复数字:8237查看。
个人公众号“数字化设计CAX联盟”,欢迎关注,共同交流
为您推荐:

给我留言

© 坐倚北风 版权所有 严禁镜像复制 苏ICP备15034888号. 基于 Ality 主题定制 AliCMS
联系邮箱:leanwind@163.con,微信公众号:数字化设计CAX联盟

用户登录

分享到: