LS-DYNA 中沙漏控制 (Hourglass)

09.11.2015
*HOURGLASS - IHQ 沙漏控制类型 01 0：默认1，不考虑命令行 *CONTROL_HOURGLASS； 1：LS-DYNA 标准粘性方式；在材料不是特别软，或者单元有合理的形状，且网格不是太粗
糙时，类型4，5，6都能得到同样的结果。其中类型4的运行更快。
2：Flanagan-Belytschko粘度方式； 3：Flanagan-Belytschko 粘度方式，对于体单元再加精确体积积分； 4：Flanagan-Belytschko 刚度方式； 5：Flanagan-Belytschko 刚度方式，对于体单元再加精确体积积分； 6：Belytschko-Bindeman 应变联合旋转刚度方式，仅对于2D,3D体单元。此类型适用于显性 及隐性算法。实际上类型6,7是用于隐性算法(Implicit)。 基于弹性常数加上一个假定的应变域，当定义QM=1.0时，对于粗糙网格的弯曲它能提 供精确的结果。当塑性模型的弹性极限压力的切线模量非常小于弹性模量时，小QM (0.001-0.1)会提供一个比较好的计算结果。对于某些刚度是基于弹性常数的材料，若是柔软 材料，则QM应定义为小于1，若是各向异性材料，则取弹性常数的平均值。对于零材料的
09.11.2015
*HOURGLASS
• HGID: Hourglass ID; • IHQ: Hourglass control
Type; • QM: Hourglass coefficient; • IBQ: Bulk viscosity type; • Q1: Quadratic bulk viscosity coefficient; • Q2: Linear bulk viscosity coefficient; • QB: Hourglass coefficient for shell bending, default QB=QM; • VDC: Viscous damping coefficient for type 6, 7 hourglass control: • QW: Hourglass coefficient for shell warping, default QB=QW.
09.11.2015
流体模型，此控制类型为粘度方式(见*MAT_NULL)。
09.11.2015
*HOURGLASS - IHQ 沙漏控制类型 02
7：类型6的线性全应变类型。 它是专门为粘弹性材料所设计的，能不管某个元素在任何严重变形下都保证它恢复最初的几何形状。 8：适用于壳单元类型16的全积分单元。此控制类型为了计算结果的精确，将激活翘曲刚度的全投影，同 时计算速度会降低25%。 9：适用于3D 六面体元素的应变刚度方式。此方式适用于显性，隐性算法，所以对于隐性算法(Implicit)它 也是除了类型6以外的另一个选择。 此类型基于使用了假定增强应变理论的一种物理稳定方法。它类似于类型6，但对于扭曲网格能提供 更高的精度。如果QH=1.0，此类型对于大弯曲变形的弹性材料有更精确的计算结果。因为在默认参数下， 此类型的沙漏刚度是基于弹性的，所以对于塑性材料为了避免塑性变形下结构刚度被提高，QH 应该被定 义在0.1左右。 对于材料类型3/18/24，可以选择将QH定义为一个负值。这样沙漏刚度就基于材料属性，即塑性切向 模量*IQHI。 粘性沙漏控制推荐一般在高速度下变形的问题分析上。 刚度沙漏控制类型适合于低速度问题上的分析，尤其是时间步很大时。 对于体单元，精确体积积分适合于高变形的元素。 在汽车行业的碰撞计算中大部分用户对于刚度控制类型的QM 选取0.05。 对于体单元及仅实施在体单元上的情况，IBQ 体积粘度类型必须要定义。除了在压力很大的情况下， 一般计算中默认类型即可满足要求，或稍高的定义值也可。对于低密度的泡沫材料，因为要注意粘 性压力，应该降低粘度值。 对于网格单元有大的长细比，或者明显歪斜，推荐使用TYPE 6的沙漏控制。它也更适用于软的材料。
09.11.2015
*HOURGLASS
• HGID: 沙漏 ID; • IHQ: 沙漏控制类型;
• • • • • • •
ຫໍສະໝຸດ Baidu
类型1，2，3 是基于粘性的沙漏控制； 类型4，5，6 是基于刚性的沙漏控制；对于TYPE 1的体单元，TYPE 13/15的壳单元(缩 减积分的2D单元)，使用TYPE 6的HG + 系数1.0，就可以在厚度方向仅划分1层的体单 元(TYPE 1)上获得正确的弯曲刚度。 类型8 只用于单元类型为16的壳单元；它激活了TYPE16壳单元的翘曲刚度，因此这 种壳单元的翘曲不会造成求解的退化。在这种沙漏控制下，TYPE16的壳单元可以用 来求解扭曲梁的问题(twisted beam). 类型9 适用于3D 六面体元素单元。 QM: 沙漏系数；Hourglass coefficient; 默认值0.1，如果在*CONTROL_HOURGLASS 中QH被定义了非零值，此系数则被QH替 代。 IBQ: 体积粘度类型；Bulk viscosity type; Q1: Quadratic bulk viscosity coefficient; Q2: Linear bulk viscosity coefficient; QB: Hourglass coefficient for shell bending, default QB=QM; VDC: Viscous damping coefficient for type 6, 7 hourglass control: QW: Hourglass coefficient for shell warping, default QB=QW
Hourglass 沙漏
• 有限元分析中的沙漏模式是一种非物理的零能变形模式，即有变形无应力或应变。
•
•
•
•
Hourglass仅发生在缩减积分单元体（单积分点），例如一个四边单元，如果只定义 一个积分点，那么在计算过程中只要这四个边在这个积分点四周即可，而当它们的 形状发生畸变时，LS-DYNA却不会采取措施。这种畸变就是产生沙漏的原因。 LS-DYNA中的三角型壳单元，四面体体单元没有沙漏，但缺点在于过于坚硬。细化 网格也是消除沙漏方法之一，但受资源限制不是最现实的方法。 在LS-DYNA中引入内部节点力来控制畸变，关键字为*control_hourglass, *hourglass。 并有多种算法用于抑制沙漏，缺省的算法（TYPE 1）是最经济的。 因此产生的问题就是这种节点力会产生能量，hourglass energy。为了评估hourglass energy, 需要在*control_energy 中设置HGEN=2，再结合*database_glastat, *database_matsum 分别输出系统及每个part的沙漏能。一般要确认非物理的沙漏能 小于每个part的内能峰值的10%。 对于结构部件，采用TYPE 4/5 比TYPE 1/2/3 更有效。通常使用刚性沙漏控制是，沙 漏系数减小到0.03-0.05，这样可以最小化非物理的硬化响应同时又可以有效的控制 沙漏模式。 对于高速冲击，推荐采用粘性的沙漏控制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象未变形 的方向变形。 对于流体，沙漏系数通常要设置为比缺省沙漏系数低1-2个数量级。