最全的负体积讨论方法.docx

1、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9 c) M* Y5 F0 c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& d9 N# b1 Y, v Z) X2 T O- v+ ! e7 L* U负体积定义？ Negitive volume7 f; b# r- B2 q) F, i* t; w负体积是由于element本身产生大变形

2、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：0 w9 j _6 n0 j& mm& D3 h$ 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! O8 I e* m7 E+ 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

3、形的地方将网格refine。6 i- b8 a; 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

4、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 % O2 b1 K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

5、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。.) d4 d4 b. g2 T1 d7 h0 e, b9 i# 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。3 o1 C6 R! q) X9 u6、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

6、）的阻尼系数，推荐采用系数为0.5。6 f, ?* K. X% W h) K# J6 S8、在泡沫接触计算中，采用*contact中的选项卡B，关闭shooting node logic。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）。7 a* v: 4 E( ( F5 i9 qQ2:各位高手:我做分析时将terminate time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terminate time设为0.01s时就会出现负体积，请问是什么原因

7、呢，怎么解决好呢？J, u& B. q3 A8 _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8 c# 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 |7 P2 O0 B3 Y. y. u) s6 tssfac参数值已经变很小了,不管用.还有,设置的terminate time没有大于施加载荷的最终时间. L- q0 y: x3 F- v( d. W, H! G.

8、 E4 n0 f! h5 y- 5 nJ4 Q( 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* E3 i9 O2 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* y5 uQ4:负体积出现的原理是什么？1 c) _6 |0 C( x1 K6 vO1 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

9、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initial penetration. 所以因该先检查是不是有initial penetration: Ze4 w3 z2 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hex element会有hourglass的情形,可以检查一下hourglass energy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

10、加一层shell element增加solid element的自由度与刚性3 C: U) U8 e! R7 h: C! g D7 T4 实体包壳的作法可以用HM的find face厚度其实只要很薄一层(0.1mm就可以了)6 k& Y7 q9 ?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_3 or mat_9 null,重量可以跟实体的参数是一样的,另外不去设定contactQ5:边界层加密后出现负体积6 Z6 j& x7 H$ A O 7 v, e我第一层网格只能取到0.1，再小了就出

11、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, g6 P3 M/ 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，3 M9 0 Q0 Q5 I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/ Z8 k6

12、 S( 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3 C1 c; x/ R5 Y. N2.在容易出現大變形的地方將網格refine: Z, u% b5 8 u4 O4 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3 p5 C9 i, n; w8 _& S2 使用均匀网格，避免采用单点集中载荷) 3 d, A6 Z( 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

13、易出现负体积，但减缩积分单元要注意沙漏控制。2 K3 D! 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970 key manaul里面在restart input data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node set No.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- G8 e1 a( * 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

14、，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-

15、jl2 c# 7 I 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。8 c$ H& X- 9 n- kJ& Q6 F9 X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： stiffen up the material stress-strain curve at large strains 将材料的弹模取大$ R) 9 f& g / h1 JQ8: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 6 x+ ?# A* |: e/

16、 H$ Q2:调整时间间隔,缩短时间步长 5 N6 n; K4 a. q) h$ C3:把单点积分该为全积分 & t7 I- h0 Y- & 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

17、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 O5 f( 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 3 j可能的原因和解决的方法大概有几种:3 W8 5 ?3 n* 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, 9 N3 I% c! N2

18、9 L4 尝试改为全积分单元6 I0 i+ 3 T 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, EB, _6 E+ u8 F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。3 s; m( e D8 I3 u) 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

19、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）9 t; l/ Z& : q) k$ t; o% / 6 O（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。$ Y4 M0 j/ E/ Q0 P; K. f5 K5 a2 y! g( f- O5 Z（4）沙漏模式的变形积累，尝试

20、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 uU+ K0 a# m9 ( b v! ( D P1 c y. D% U0 P( F2.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& e7 r) i6 n2 I 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； b0 B+ D3 F4 c4 q（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；7 l5 2 a9 Y%

21、G9 s+ h+ v6 C（5）材料太软，计算网格畸变，如在淤泥中爆炸；0 ) r, h. N/ F/ z% J6 v9 0 （6）接触定义出错。 U) I* d$ h% O1 E+ A7 i0 C* . X! g5 x. D _/ t, d# W) f s借鉴经验：1 p1 b: x* 5 b1 e1 l- 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 Negative volum

22、e in soft materials In materials that undergo extremely large deformations, such as soft foams, an element may become so distorted that the volume of the element is calculated as negative. This may occur without the material reaching a failure criterion. There is an inherent limit to how much deform

23、ation a Lagrangian mesh can accommodate without some sort of mesh smoothing or remeshing taking place. A negative volume calculation in LS-DYNA will cause the calculation to terminate unless ERODE in *CONTROL_TIMESTEP is set to 1 and DTMIN in *CONTROL_TERMINATION is set to any nonzero value in which

24、 case the offending element is deleted and the calculation continues (in most cases). Even with ERODE and DTMIN set as described, a negative volume may cause an error termination. Some approaches that can help to overcome negative volumes include the following: - Simply stiffen up the material stres

25、s-strain curve at large strains. This approach can be quite effective. - Sometimes tailoring the initial mesh to accomodate a particular deformation field will prevent formation of negative volumes. Again, negative volumes are generally only an issue for very severe deformation problems and typicall

26、y occur only in soft materials like foam. - Reduce the timestep scale factor. The default of 0.9 may not be sufficient to prevent numerical instabilities. - Avoid fully-integrated solids (formulations 2 and 3) which tend to be less stable in situations involving large deformation or distortion. (The

27、 fully integrated element is less robust than a 1-point element when deformation is large because a negative Jacobian can occur at one of the integration points while the element as a whole maintains a positive volume. The calculation with fully integrated element will therefore terminate with a neg

28、ative Jacobian much sooner than will a 1-point element. (lpb) - Use the default element formulation (1 point solid) with type 4 or 5 hourglass control (will stiffen response).Preferred hourglass formulations for foams are type 6 with hourglass coef = 0.1 if low velocity impact, and type 2 or 3 with

29、hourglass coef. = 0.1 if high velocity impact.The hourglass type and hourglass coefficient may warrant modification based on observed hourglass modes and on reported hourglass energy in matsum - Model the foam with tetrahedral elements using solid element formulation 10 although this approach may gi

30、ve an overly stiff response. - Increase the DAMP parameter (foam model 57) to the maximum recommended value of 0.5. - Use optional card B of *CONTACT to turn shooting node logic off for contacts involving foam. - Use *CONTACT_INTERIOR. A part set defines the parts to be treated by *CONTACT_INTERIOR.

31、 Attribute 4 (DA4 = 5th field of Card 1) of the part set defines the TYPE of *CONTACT_INTERIOR used. The default TYPE is 1 which is recommended for uniform compression. In version 970, solid formulation 1 elements can be assigned TYPE=2 which treats combined modes of shear and compression. - If *MAT_126 is used, try ELFORM = 0. - Try EFG formulation (*SECTION_SOLID_EFG). Use only where deformations are severe as this formulation is very expensive. Use only with hex elements. jpd 12/2002 revised 7/2003- T$ K e! i$ R6 I2 N8 E* K Brick eleme