最全的负体积讨论方法.docx
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最全的负体积讨论方法
最近被负体积整的郁闷,所以找到了很多关于负体积的资料,.现分享.顺便请教
关于用ANSYS做为前处理工具的 我想对模型中的实体进行包壳处理.在原来体单元上
9c）M*Y5F0c我在没有另外建立面的情况下对体表面进行壳划分.生成K文件编辑.但是还是会有负体积
问题.请教各位大神你们关于包壳处理方法.欢迎各位加QQ群176071936探讨（整车碰撞技术群）.
%I&d9N#b1Y,v'Z）X2T
'O-v+\!
e7L*U负体积定义？
Negitivevolume
7f;b#r-B2q）F,i*t;w负体积是由于element本身产生大变形造成自我体积的内面跑到外面接着被判断为负体积。
关于负体积的解决办法？
负体积多是网格畸变造成的，和网格质量以及材料、载荷条件都有关系。
有可能的原因和解决的方法大概有几种：
0w9j"_6n0j&m m&D3h$Z
（1）材料参数设置有问题，选择合适的材料模式）
（2）沙漏模式的变形积累，尝试改为全积分单元
（c!
O8I"e*m7E+E!
N!
O.h）f（3）太高的局部接触力（不要将force施在单一node上，最好分散到几个node上以pressure的方式等效施加），尝试调整间隙，降低接触刚度或降低时间步。
/H;x.Z!
P.Y!
F;k（4）在容易出现大变形的地方将网格refine。
6i-b8a;w5{（5）材料换的太软,是不是也会出现负体积!
（6）另外也可以采用ALE或是euler单元算法，用流固耦合功能代替接触，控制网格质量。
例如在承受压力的单元在受压方向比其他方向尺寸长。
（7）尝试减小时间步长从0.9减小到0.6或更小。
经验总结：
时间步长急剧变小，可能是因为单元产生了严重的畸变而导致的负体积现象，如果采用的是四面体单元，你可以用网格重划分的方法来解决。
如果你采用的是六面体单元，那目前就没有很有效的方法，可以试一下*ELEMENT_SOLID_EFG，那对机器的要求相对就会比较高了。
Q1:
材料负体积解决方法（全面、有效）
材料负体积解决方法
在仿真中，通常有材料的大变形问题，如泡沫材料，由于单元大扭曲而出现了单元负体积，这种情况一般出来在材料失效之前。
在没有网格光滑和网格从划分的情况下，ls-dyna有一个内部的限制来调节lagrange单元的变形。
负体积一般都会导致计算中止，除非你设置时间步长控制中的erode=1和设置终止控制中的dtmin为一非零数，这种情况下，出现负体积的单元将被自动删除，计算也不会中止。
不过就算你如上设置了erode与dtmin，负体积有时候也会导致计算出错停止。
（k:
X*l1`%O2b1K一些常用的解决负体积的方法如下：
在材料出现大应变的情况下增强材料的应力-应变曲线中材料应力。
这种方法往往非常有效果。
2、重新划分网格，在出现大变形的地方把网格加密。
.
）d4d4b.g2T1d7h0e,b9i#u3、减小时间步长系数。
默认的0.9系数可能不足以避免数值的不稳定。
4、避免采用全积分体单元（算法2和3），这会导致大变形和大扭曲的情况下计算相对不稳定。
5、采用默认的单元算法（单点体单元），采用沙漏控制type4和5。
泡沫的沙漏控制算法为：
在低速冲击问题中采用type6，系数为1；在高速冲击问题中采用type2和3。
3o1C6R!
q）X9u6、泡沫材料网格划分采用四面体网格，单元算法为10，虽然这样会导致材料相对比较刚性。
增大材料（泡沫材料57号材料）的阻尼系数，推荐采用系数为0.5。
6f,?
*K.X%W"h）K#J6S8、在泡沫接触计算中，采用*contact中的选项卡B，关闭shootingnodelogic。
9、如果你采用的是126号材料，设置elform=0。
）\;T7_*F*t&Q;N10、尝试使用EFG算法（*SECTION_SOLID_EFG）。
7a*v:
^4E（~（F5i9qQ2:
各位高手:
我做分析时将terminatetime设为0.006s时没有负体积出现，但一旦延长求解终止时间就会出现负体积，比如将terminatetime设为0.01s时就会出现负体积，请问是什么原因呢，怎么解决好呢？
J,u&B.q3A8_1把ADMAP的参数值设置为0.1，在材料属性里面设置。
2可以试试减小接触厚度
3解决方法是将timestep改小，就没有负体积
8c#Q+b'c9|${.Q4修改*CONTROL_TIMESTEP里面的tssfac已经是改小时间步了
5网格变形太大造成的。
可以考虑一下改小失效应变和剪切应变，如果不影响计算结果的话
2|7P2O0B3Y.y.u）s6tssfac参数值已经变很小了,不管用.还有,设置的terminatetime没有大于施加载荷的最终时间
.L-q0y:
x3F-v（d.W,H!
G
.E4n0f!
h5y-[5n J4Q（N#bQ3:
探讨流固耦合中单元负体积出现的原因
1当流体单元的长宽比大于5比1时，显示的结果就不准确了；当大于20比1的时候，就会出现负体积，无法得到结果。
2你可以把MIR设置为0.3以上试试
3你可以把单元细化；
;u!
t#m*E3i9O2更改松弛系数（一般是增大）流体的单元一般的来说不能长宽比太大，特别是你把动网格ALE打开了的时候，所以可以把网格的长宽比缩小试试。
"A,w#L*y5u
Q4:
负体积出现的原理是什么？
1c）_6|0C（x1K6v O1负体积原因是雅阁比矩阵的行列式值为负值，一般减小时间步长参数，增加材料刚度，改变单元质量都可以的！
2如果是金属材料出现负体积，主要是单元质量问题，建议重新划分网格，但如果是非金属，这是常见现象，不一定是网格问题，可以寻求其他的方法，
3发生的原因有可能是因为有initialpenetration.所以因该先检查是不是有initialpenetration:
Z e4w3z2@再来如果是少数的节点受力也因为力量集中造成负体积,所以这时候就可以把接触的网格划分细一点
另外如果是用hexelement会有hourglass的情形,可以检查一下hourglassenergy或者是两个物体刚性相差太多,像是foam的材料,可以在foam的表面加一层shellelement增加solidelement的自由度与刚性
3C:
U）U8e!
R7h:
C!
g"D7T4实体包壳的作法可以用HM的findface厚度其实只要很薄一层（0.1mm就可以了）
6k&Y7q9?
P-S建议可以用不同的壳后测试一下,看看两个有什么不同,如果差不多的话,当然是用比较薄的厚度
%Q$^'W）P!
P'b%x材料方面我是用mat_3ormat_9null,重量可以跟实体的参数是一样的,另外不去设定contact
Q5:
边界层加密后出现负体积
6Z6j&x7H$A'O']7v,e我第一层网格只能取到0.1，再小了就出现负体积。
这样计算出来的结果和试验差别较大，特别在分离区。
在GAMBIT做网格不会出现这样的问题，刚学习ICEM，不知道怎么处理这样的问题，
1调整一下block节点的位置
2尽量不要让网格块扭曲或者夹角太小
（G/a;A*H,g6P3M/U3在出现负体积附近切几刀,产生新的节点,你可以慢慢调.
QQ:
:
負體積是由於element本身產生大變形造成自我體積的內面跑到外面接著被判讀為負體積，
3M9}0Q0Q5I控制使element不出現不合理變形的方法就如同dragonwen與ayke所說的幾點，注意使Hourglassing情形減少，有以下幾個方法可以試看看
d/Z8k6S（g"B1.避免單點loading=>不要將force施在單一node上，最好是分散到幾個node上以pressure的方式等效施加
3C1c;x/R5Y.@'N2.在容易出現大變形的地方將網格refine
:
Z,u%b5@8u4O4^3.使用全積分元素=>全積分元素沒有Hourglassing問題，但計算速度慢且還有其他問題，是最不建議的作法
1采用全积分单元
3p5C9i,n;w8_&S2使用均匀网格，避免采用单点集中载荷）
3d,A6Z（L,W&e）?
&T3全局增加模型的弹性刚度
/E,f.[/E7\'y-_全积分单元比减缩积分单元更容易出现负体积，但减缩积分单元要注意沙漏控制。
2K3D!
r:
X,Y全局增加模型的弹性刚度会让模型比实际刚硬，不是好方法。
!
Q6:
单元出现负体积如何删除该单元
970keymanaul里面在restartinputdata下……
使用方法是重启动时用的，就是在某一步中用sw1中止，然后生成.r重启动文件，删除不需要的单元，然后计算……
应该是*delete_element_solid:
下面的参数是nodesetNo.
Q7:
为什么钢铁和泡沫碰撞会产生负体积
沙漏控制没加阿！
#h-{'G8e1a（}*v建一个沙漏控制卡，选4号或6号，附给泡沫单元的part6
接触中将soft改为1，将sfs和sfm改为0.1`
负体积的原因是由于单元畸变引起的，单元节点编号有一个顺序，当变形过大，或者不合理时，某个或某些节点穿透所属单元的面，造成负体积。
对于接触问题，控制收敛时，有时要设接触反力或用其他办法，把穿透接触面的节点拉回去，这个反力过大时，单个时间步中，这个节点被拉回的位移就很大，穿透了所属单元的面，这时就产生负体积，这时要减小时间步，或者修改接触准则，很多办法，
这几天我也遇到这个问题很困扰，是个接触问题，材料都是弹性的，有几个单元计算到某一时间步的时候就出现负体积，节点速度到12次方量级，而且前一步都很正常，变形都不大。
负体积那里是六面体单元，表面蒙有一层壳模拟夹层结构
-j l2c#@7I"s这个典型是接触时的负体积，修改一下接触控制，减小穿透时的反力，还有你的节点速度太大，应该减小时间步。
8c$H&X-[9n-k J&Q6F9X减缩积分的壳很容易产生沙漏，壳单元沙漏有可能产生负体积，你可以看看壳的变形就知道了，如果不是特别的情况，应该不是由壳的沙漏引起的
负体积的解决办法之一：
stiffenupthematerialstress-straincurveatlargestrains将材料的弹模取大
$R）[9f&g"`/h1J
Q8:
关于实体单元负体积的问题
1:
察看你的边界约束条件是否正确
"~6x+?
#A*|:
e/H$Q2:
调整时间间隔,缩短时间步长
5N6n;K {4a.q）h$C3:
把单点积分该为全积分
&t7I-h0Y-~&T4:
重新选择一下你的材料模型.
Q9:
负体积和速度超限怎么解决？
通常的办法是先检查你的网格是否发生严重的畸变，如果没有发生，可以适当减小时间步长因子。
#?
）c$H（E!
v!
b（\.h%RQ10:
完全重启动后出现负体积怎么处理啊？
solid164单元，由于计算机过程中网格变形很大，于是在计算机到一半时，讲网格重新划分了一下，结果出现很多负体积单元，
1.出现负体积是一件很痛苦的事情，尤其是算到一半，如果计算的结果已经满足你想要的数据，劝你不要弄下去了。
如果，你非要坚持下去，最直接的办法，重新建模型，调整网格大小，但是这样并不能保证，一定不会出现负体积。
自己慢慢摸索吧。
高手和凡人的差距往往就体现在划分网格的水平之上！
!
~!
Q"O5f（e9?
Q11:
我在做一个冲击问题，老师出现负体积，怎么办啊？
我减小时间步长，减小网格都不行，
负体积多是网格畸变造成的，和网格质量以及材料、载荷条件都有关系.
a't;f-j9`-t2[3j可能的原因和解决的方法大概有几种:
3W8\5?
3n*y;m,L/?
8}）R1材料参数设置有问题，
2选择合适的材料模式
3沙漏模式的变形积累，
（d/V,~9N3I%c!
N2^9L4尝试改为全积分单元
6I0i+@3T'H5太高的局部接触力，尝试调整间隙，
6降低接触刚度或降低时间步
另外也可以采用ALE或是euler单元算法，用流固耦合功能代替接触,控制网格质量，例如在承受压力的单元在受压方向比其他方向尺寸长
&H,E B,_6E+u8F
滑移网格?
负体积-节点速度无限大（总结）
最近看到有不少这样的问题，总结一下吧~希望大家用得着。
3s;m（e'~'D8I3u）n
一般出现负体积，节点速度无限大，都可以通过缩短求解时间，减小时间步长，增加接触刚度等这几种方法去试一试。
1.负体积是由于element本身产生大变形造成自我体积的内面跑到外面接着被判断为负体积。
因而，负体积多是网格畸变造成的，与网格质量以及材料、载荷条件都有关系。
有可能的原因和解决的方法一般有：
（1）尝试减小时间步长从0.9减小到0.6或更小。
（注意太小得到的结果不一定可信）9t;l/Z&\:
q
）k$t;o%@/~6O
（2）材料模型参数设置有问题，选择合适的材料本构。
1["x）q/W'E（3）局部接触力太大（不要将力施在单一node上，最好分散到几个node上以pressure的方式等效施加），尝试调整间隙，降低接触刚度或降低时间步。
$Y4M0j/E/Q0P;K.f5K5a
2y!
g（f-O5Z（4）沙漏模式的变形积累，尝试改用全积分单元。
（5）在容易出现大变形的地方将网格细化。
（6）材料刚度不够，可能也会出现负体积。
&n#v'u
U+K0a
#m9`（b"v!
^（D"P1c"y.D%U0P（F
2.节点速度无限大与接触，材料参数，网格形状等等都可能有关系，解决的方法一般有：
+Y&e7r）i6n2I'w&I*`&[
（1）网格质量太差，重分网格；
（2）材料本构及状态方程的参数输入格式出错，检查K文件；
（h+]'U+M!
a（3）输入的参数量纲不一致，仔细检查；"b0B+D3F4c4q
（4）自定义的子程序存在问题，如岩石爆破中只考虑压，不考虑拉等；7l5^2a9Y%G9s+h+v6C
（5）材料太软，计算网格畸变，如在淤泥中爆炸；0~）r,h.N/F/z%J6v9^0~
（6）接触定义出错。
"U）I*d$h%O1E+A7i0C
*{.X!
g5} x.D
'_/t,d#W）f"s借鉴经验：
1p1b:
x*~5b1e1l-[时间步长急剧变小，可能是因为单元产生了严重的畸变而导致的负体积现象，如果采用的是四面体单元，你可以用网格重划分的方法来解决。
如果你采用的是六面体单元，那目前就没有很有效的方法，可以试一下*ELEMENT_SOLID_EFG，那对机器的要求相对就会比较高了。
6
NegativevolumeinsoftmaterialsInmaterialsthatundergoextremelylargedeformations,suchassoftfoams,anelementmaybecomesodistortedthatthevolumeoftheelementiscalculatedasnegative.Thismayoccurwithoutthematerialreachingafailurecriterion.ThereisaninherentlimittohowmuchdeformationaLagrangianmeshcanaccommodatewithoutsomesortofmeshsmoothingorremeshingtakingplace.AnegativevolumecalculationinLS-DYNAwillcausethecalculationtoterminateunlessERODEin*CONTROL_TIMESTEPissetto1andDTMINin*CONTROL_TERMINATIONissettoanynonzerovalueinwhichcasetheoffendingelementisdeletedandthecalculationcontinues（inmostcases）.EvenwithERODEandDTMINsetasdescribed,anegativevolumemaycauseanerrortermination.Someapproachesthatcanhelptoovercomenegativevolumesincludethefollowing:
-Simplystiffenupthematerialstress-straincurveatlargestrains.Thisapproachcanbequiteeffective.-Sometimestailoringtheinitialmeshtoaccomodateaparticulardeformationfieldwillpreventformationofnegativevolumes.Again,negativevolumesaregenerallyonlyanissueforveryseveredeformationproblemsandtypicallyoccuronlyinsoftmaterialslikefoam.-Reducethetimestepscalefactor.Thedefaultof0.9maynotbesufficienttopreventnumericalinstabilities.-Avoidfully-integratedsolids（formulations2and3）whichtendtobelessstableinsituationsinvolvinglargedeformationordistortion.（Thefullyintegratedelementislessrobustthana1-pointelementwhendeformationislargebecauseanegativeJacobiancanoccuratoneoftheintegrationpointswhiletheelementasawholemaintainsapositivevolume.ThecalculationwithfullyintegratedelementwillthereforeterminatewithanegativeJacobianmuchsoonerthanwilla1-pointelement.（lpb））-Usethedefaultelementformulation（1pointsolid）withtype4or5hourglasscontrol（willstiffenresponse）.Preferredhourglassformulationsforfoamsaretype6withhourglasscoef=0.1iflowvelocityimpact,andtype2or3withhourglasscoef.=0.1ifhighvelocityimpact. Thehourglasstypeandhourglasscoefficientmaywarrantmodificationbasedonobservedhourglassmodesandonreportedhourglassenergyinmatsum-Modelthefoamwithtetrahedralelementsusingsolidelementformulation10althoughthisapproachmaygiveanoverlystiffresponse.-IncreasetheDAMPparameter（foammodel57）tothemaximumrecommendedvalueof0.5.-UseoptionalcardBof*CONTACTtoturnshootingnodelogicoffforcontactsinvolvingfoam.-Use*CONTACT_INTERIOR.Apartsetdefinesthepartstobetreatedby*CONTACT_INTERIOR.Attribute4（DA4=5thfieldofCard1）ofthepartsetdefinestheTYPEof*CONTACT_INTERIORused.ThedefaultTYPEis1whichisrecommendedforuniformcompression.Inversion970,solidformulation1elementscanbeassignedTYPE=2whichtreatscombinedmodesofshearandcompression.-If*MAT_126isused,tryELFORM=0.-TryEFGformulation（*SECTION_SOLID_EFG）.Useonlywheredeformationsaresevereasthisformulationisveryexpensive.Useonlywithhexelements.jpd12/2002revised7/2003
-T$K"e!
i$R6I2N8E*K"]Brickeleme
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