Hourglass control 沙漏控制

沙漏(Hourglass) 模式是一种非物理的零能变形模式,产生零应变和应力。沙漏模式仅发生在减缩积分(单积分点)体、壳和厚壳单元上。LS-DYNA 里面有多种算法用于抑制沙漏模式。缺省的算法(type 1) 通常不是最有效的算法,但却是最经济的。

一种完全消除沙漏的方法是转换到全积分或者选择减缩积分(S/R) 方程的单元。但这种方法是一种下策。例如,

  • 第一,类型 2 体单元比缺省的单点积分体单元计算开消大;
  • 其二,在大变形应用时更不稳定(更容易出现负体积);
  • 其三,类型 2 体单元当单元形状比较差时在一些应用中会趋向于剪切锁死(shear-lock);

因而表现得过于刚硬。

三角形壳和四面体单元没有沙漏模式,但缺点是在许多应用中被认为过于刚硬。

减小沙漏的一个好的方法是细化网格,但这当然并不总是现实的。

加载方式会影响沙漏程度。施加压力载荷优于在单点上加载,因为后者更容易激起沙漏模式。

为了评估沙漏能,在 *control_energy 卡片中设置 HGEN=2,而且用 *database_glstat 和 *database_matsum 卡分别输出系统和每一个部件的沙漏能。这一点是要确认非物理的沙漏能相对于每一个 part 的峰值内能要小(经验上来说 <10%)。对于壳单元,可以绘制出沙漏能密度云图,但事先在 *database_extent_binary 卡中设置 SHGE=2。然后在 LS-Prepost 中选择 Fcomp>Misc>Hourglass energy。

对于流体部件,缺省的沙漏系数通常是不合适的(太高)。因此对于流体,沙漏系数通常要缩小一到两个数量级。对流体用基于粘性的沙漏控制。缺省的沙漏方程(type 1) 对流体通常是可以的。

对于结构部件一般来说基于刚性的沙漏控制(type 4,5) 比粘性沙漏控制更有效。通常,当使用刚性沙漏控制时,习惯于减小沙漏系数到 0.03~0.05 的范围,这样最小化非物理的硬化响应同时又有效抑制沙漏模式。对于高速冲击,即使对于固体结构部件,推荐采用基于粘性的沙漏控制(type 1,2,3)。

粘性沙漏控制仅仅是抑制沙漏模式的进一步发展,刚性沙漏控制将使单元朝未变形的方向变形。

类型 8 沙漏控制仅用于单元类型 16 的壳。这种沙漏类型激活了 16 号壳的翘曲刚度,因此单元的翘曲不会使解退化。如果使用沙漏控制 8,16 号壳单元可以用于解被称为扭曲梁(Twisted Beam) 问题。

  • 发表于 · 2017.09.16 08:27 · 阅读 · 3119

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