算法
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*SET_PART 1 11 *SET_PART 2 22 33 *SET_PART 3 44 55 66 *SET_PART 4 77 *ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP 1 0 2 0 3 0 4 0
AMMGSID=1 AMMGSID=2 AMMGSID=3 AMMGSID=4
这样就只跟踪4种物质材料的界面。
2
算法描述
考虑一个2D的例子, 一块金属移动变形，如下所示. 可能用
到三种算法: (1) Lagrangian, (2) Eulerian, (3) ALE (ArbitratyLagrangian-Eulerian).
Lagrangian 网格移动 材料变形
(1)
Eulerian 网格 (固定在空间)
ALE: 多材料界面跟踪
方式 #1: 为每一个part ID设置界面
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP 11 1 22 1 33 1 44 1 55 1 66 1 77 1 AMMGID=1 AMMGID=2 AMMGID=3 AMMGID=4 AMMGID=5 AMMGID=6 AMMGID=7
SID
Set ID
STYPE
Set type: （0=Part_Set, 1=Part）
考虑一个包含3个容器、2种不同材料（流体1，2）的结构，容器由相同的金属材料制 成，假定这些容器爆炸，流体飞溅。 *ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP (AMMGID) 为多材料单元和界面跟踪定义合适的材料组
然后跟踪每个part (11-77)的界面，然而由于存在多余的界面跟踪使得计 算很麻烦，而且对于更精确的计算也是没有必要的。对于相同材料的 流体，part2和3中的流体2流进相同的单元，它们表现为单一材料。因 此跟踪它们的界面是没有必要的。
18
ALE: 多材料界面跟踪
方式 #2: 如果我们将物质材料放在一起归类
计算方法 1) Lagrangian
2) Eulerian
3) 单物质ALE
4) 多物质ALE
5） SPH
1
实体单元方程
LS-DYNA中算法体现在单元方程（element formulations）. 对于3D单元. 因此, *SECTION_SOLID 关键字的 参量 “ELFORM”
ELFORM=
8
(2)单物质Eulerian 方法
Eulerian 网格
规定的流入 边界条件
规定的流出 边界条件 (自由边界 条件)
通道两壁各节点没有流出边 界条件 (法向速度为0).
9
(3) 单物质ALE 方程
*SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 5 AET
单元方程 5 = 1-point ALE 固体
10
(3)光滑化的单物质ALE
作用面附近光滑化的网格.
11
(3) 单物质ALE + “空”状态
物理材料 1 “空” *SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 12 AET
单元方程 12 = 1-point 集成 3D单元 单物质和“空”状态
(一种物质材料网格 & 一种“空”状态网格 两种网格在共同边界上合并网格)
6
(1) 纯 Lagrangian Taylor 杆撞击
作用面附近严重变形的单元方法
(一种材料占据一整个网格)
a)
*SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 6
AET
单元方程 6 (or 7) = 1-point 3D Eulerian 单元
体）
*SET_MULTI-MATERIAL_GROUP_LIST（多材料表的设置） *CONTROL_ALE（ALE控制） *EOS_IDEAL_GAS（理想气体状态方程） *MAT_VACUUM（空白材料模型）
16
ALE: 多材料界面跟踪
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
SID STYPE
算出的σk
15
ALE关键字
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP（多物质组） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP（参考系组） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE （参考系节点） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE （参考系曲线） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH （参考系转换） *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID （约束的拉格朗日单元的实
19
(5) SPH 光滑粒子法 (Smoothed Particle Hydrodynamics)
光滑质点流体动力算法是
一种无网格Lagrange算法
• 离散方案：配点法
•无需生成网格
•有利于大变形
20
SPH 关键字
SECTION_SPH $ SECID CSLH HMIN HMAX SPHINI DEATH START 101 1.200 0.2 2.0 0 1e20 0.0 *ELEMENT_SPH $ NID PID MASS 1000001 101 5.1200006e-04 1000002 101 5.1200006e-04 1000003 101 5.1200006e-04 *CONTROL_SPH $ ncbs boxid dt idim memory 1 0 1e20 3 150
(4)多物质ALE 方程
单元应力计算 复合应力 , 为各材料单独压力的体积分数加权平均值。 . nmat nmat * i 材料体积分数 k k k k 1 k 1
*
1
3 种不同材料
3 , 3
2 , 2
1 , 1
(σk 以整个单元被材料“k”填充而计
1 = 恒压固体 (纯Lagrangian方程). 5 = 1-point ALE (每个单元中只有一种物质).
6 = 1-point Eulerian (单一材料).
11 = 1-point ALE 多物质单元 12 = 1-point ALE 单物质和“空”状态.
41=mesh-free Solid 无网格实体
(2)
(3)
固体材料
t-
空状态或空气
ALE 网格移动
dt
t+
ALE 网格(移 动)
3
算法描述
(1) Lagrangian:
网格的节点依附于虚构的材料点. 这些节点随着材料移动和变形. 如上 面的 (1) 所示.
(2) Eulerian:
考虑 2 重叠的网格, 一种是背景网格，固定在空间上, 另外一种依附于材 料“流过”先前的固定网格。可以直观的分解为两步:
form 0
start 0
maxv 1e15
21
合并材料1和材料2网格边界上的节点.
注意: * 材料流过网格. * 多物质材料/单元.
输运 激活
*CONTROL_ALE
为了跟踪多物质材料的界面
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
13
(4) 多物质ALE
材料 1
材料 2
“流出”边界条件
“流出”边界条 件
“不准流出”边界条件
14
物质材料 3 (part 44) 物质材料 3 (part 55) 物质材料 3 (part 66)
物质材料 4 (part 77)
区别“physical material #’s” 和 “Part ID #’s” !
物质材料 1 (part 11)
物质材料 2 (part 22)
物质材料 2 (part 33) 17
材料网格和“空”网格边界合并节点.
输运 激活
*CONTROL_ALE
12
(4) 多物质ALE
材料 1 材料 2 *SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 11 单元方程 11 = ALE多物质
(1种网格可以包含各种材料 所有的多物质网格
AET
共享它们边界上合并的节点，允许材料在它们之间 流动。)
b)
输运 激活
*CONTROL_ALE
c)
d)
注意: * 网格空间固定 (没有网格光滑化). * 材料 (流体) 流过网格. * 仅有一种材料 / 单元. 优点: 解决大的单元变形很有效 (流动). 能自动创建新的自由面. 缺点: 固定的Eulerian 网格 简单几何体 & 边界条件. 很难追踪薄的物质界面.
ALE 网格光滑化 激活
*CONTROL_ALE
(1 种物质占据 1 整个网格,就像 Lagrangian ，允许网格光滑化)
注意: * 网格随材料一起变形. * ALE 方法允许网格光滑化. * 每个单元中仅有一种材料. 优点: 自由表面自动跟随. 大变形时更少的单元畸变扭曲错误. 缺点: 限制于相对 简单几何体. 不能模拟破坏面.
一、材料在Lagrangian步中变形，就像Lagrangian方程那样。
二、“Lagrangian单元”中的单元状态变量 (红色) 映射 或输运 或 重新 分布到 固定 (背景) 的初始 Eulerian 网格 (蓝色)中.
4
算法描述
(3) ALE:
考虑 2 重叠的网格, 一种是背景网格，能在空间中随意的移动, 另 一种依附于材料“流过”前面可以移动的网格。可以直观的分为两步. 一、材料在 Lagrangian步变形，就像 Lagrangian方程. 二、 “Lagrangian单元” (红色)中的 单元状态变量映射或输运或重新 分布到 移动 (背景) 的初始 ALE网格 (绿色)中。 Eulerian t+
材料运动
ALE
ALE mesh motion
5
(1) Lagrangian 方法
*SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 1 单元方程 1 = 恒压力固体 AET
(1 种材料占据 1 整个网格)
注意: * 网格随材料一起变形. * 纯Lagrangian 方法 没有 网格光滑 化 * 每个单元中只有一种物质. * 网格在靠近作用面处挤在一起。 优点: 自由表面自动跟随（界面明晰）. 缺点: 大变形时不精确. 不能创建新表面 (损坏).
AMMGSID=1 AMMGSID=2 AMMGSID=3 AMMGSID=4
这样就只跟踪4种物质材料的界面。
2
算法描述
考虑一个2D的例子, 一块金属移动变形，如下所示. 可能用
到三种算法: (1) Lagrangian, (2) Eulerian, (3) ALE (ArbitratyLagrangian-Eulerian).
Lagrangian 网格移动 材料变形
(1)
Eulerian 网格 (固定在空间)
ALE: 多材料界面跟踪
方式 #1: 为每一个part ID设置界面
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP 11 1 22 1 33 1 44 1 55 1 66 1 77 1 AMMGID=1 AMMGID=2 AMMGID=3 AMMGID=4 AMMGID=5 AMMGID=6 AMMGID=7
SID
Set ID
STYPE
Set type: （0=Part_Set, 1=Part）
考虑一个包含3个容器、2种不同材料（流体1，2）的结构，容器由相同的金属材料制 成，假定这些容器爆炸，流体飞溅。 *ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP (AMMGID) 为多材料单元和界面跟踪定义合适的材料组
然后跟踪每个part (11-77)的界面，然而由于存在多余的界面跟踪使得计 算很麻烦，而且对于更精确的计算也是没有必要的。对于相同材料的 流体，part2和3中的流体2流进相同的单元，它们表现为单一材料。因 此跟踪它们的界面是没有必要的。
18
ALE: 多材料界面跟踪
方式 #2: 如果我们将物质材料放在一起归类
计算方法 1) Lagrangian
2) Eulerian
3) 单物质ALE
4) 多物质ALE
5） SPH
1
实体单元方程
LS-DYNA中算法体现在单元方程（element formulations）. 对于3D单元. 因此, *SECTION_SOLID 关键字的 参量 “ELFORM”
ELFORM=
8
(2)单物质Eulerian 方法
Eulerian 网格
规定的流入 边界条件
规定的流出 边界条件 (自由边界 条件)
通道两壁各节点没有流出边 界条件 (法向速度为0).
9
(3) 单物质ALE 方程
*SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 5 AET
单元方程 5 = 1-point ALE 固体
10
(3)光滑化的单物质ALE
作用面附近光滑化的网格.
11
(3) 单物质ALE + “空”状态
物理材料 1 “空” *SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 12 AET
单元方程 12 = 1-point 集成 3D单元 单物质和“空”状态
(一种物质材料网格 & 一种“空”状态网格 两种网格在共同边界上合并网格)
6
(1) 纯 Lagrangian Taylor 杆撞击
作用面附近严重变形的单元方法
(一种材料占据一整个网格)
a)
*SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 6
AET
单元方程 6 (or 7) = 1-point 3D Eulerian 单元
体）
*SET_MULTI-MATERIAL_GROUP_LIST（多材料表的设置） *CONTROL_ALE（ALE控制） *EOS_IDEAL_GAS（理想气体状态方程） *MAT_VACUUM（空白材料模型）
16
ALE: 多材料界面跟踪
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
SID STYPE
算出的σk
15
ALE关键字
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP（多物质组） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP（参考系组） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE （参考系节点） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE （参考系曲线） *ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH （参考系转换） *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID （约束的拉格朗日单元的实
19
(5) SPH 光滑粒子法 (Smoothed Particle Hydrodynamics)
光滑质点流体动力算法是
一种无网格Lagrange算法
• 离散方案：配点法
•无需生成网格
•有利于大变形
20
SPH 关键字
SECTION_SPH $ SECID CSLH HMIN HMAX SPHINI DEATH START 101 1.200 0.2 2.0 0 1e20 0.0 *ELEMENT_SPH $ NID PID MASS 1000001 101 5.1200006e-04 1000002 101 5.1200006e-04 1000003 101 5.1200006e-04 *CONTROL_SPH $ ncbs boxid dt idim memory 1 0 1e20 3 150
(4)多物质ALE 方程
单元应力计算 复合应力 , 为各材料单独压力的体积分数加权平均值。 . nmat nmat * i 材料体积分数 k k k k 1 k 1
*
1
3 种不同材料
3 , 3
2 , 2
1 , 1
(σk 以整个单元被材料“k”填充而计
1 = 恒压固体 (纯Lagrangian方程). 5 = 1-point ALE (每个单元中只有一种物质).
6 = 1-point Eulerian (单一材料).
11 = 1-point ALE 多物质单元 12 = 1-point ALE 单物质和“空”状态.
41=mesh-free Solid 无网格实体
(2)
(3)
固体材料
t-
空状态或空气
ALE 网格移动
dt
t+
ALE 网格(移 动)
3
算法描述
(1) Lagrangian:
网格的节点依附于虚构的材料点. 这些节点随着材料移动和变形. 如上 面的 (1) 所示.
(2) Eulerian:
考虑 2 重叠的网格, 一种是背景网格，固定在空间上, 另外一种依附于材 料“流过”先前的固定网格。可以直观的分解为两步:
form 0
start 0
maxv 1e15
21
合并材料1和材料2网格边界上的节点.
注意: * 材料流过网格. * 多物质材料/单元.
输运 激活
*CONTROL_ALE
为了跟踪多物质材料的界面
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
13
(4) 多物质ALE
材料 1
材料 2
“流出”边界条件
“流出”边界条 件
“不准流出”边界条件
14
物质材料 3 (part 44) 物质材料 3 (part 55) 物质材料 3 (part 66)
物质材料 4 (part 77)
区别“physical material #’s” 和 “Part ID #’s” !
物质材料 1 (part 11)
物质材料 2 (part 22)
物质材料 2 (part 33) 17
材料网格和“空”网格边界合并节点.
输运 激活
*CONTROL_ALE
12
(4) 多物质ALE
材料 1 材料 2 *SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 11 单元方程 11 = ALE多物质
(1种网格可以包含各种材料 所有的多物质网格
AET
共享它们边界上合并的节点，允许材料在它们之间 流动。)
b)
输运 激活
*CONTROL_ALE
c)
d)
注意: * 网格空间固定 (没有网格光滑化). * 材料 (流体) 流过网格. * 仅有一种材料 / 单元. 优点: 解决大的单元变形很有效 (流动). 能自动创建新的自由面. 缺点: 固定的Eulerian 网格 简单几何体 & 边界条件. 很难追踪薄的物质界面.
ALE 网格光滑化 激活
*CONTROL_ALE
(1 种物质占据 1 整个网格,就像 Lagrangian ，允许网格光滑化)
注意: * 网格随材料一起变形. * ALE 方法允许网格光滑化. * 每个单元中仅有一种材料. 优点: 自由表面自动跟随. 大变形时更少的单元畸变扭曲错误. 缺点: 限制于相对 简单几何体. 不能模拟破坏面.
一、材料在Lagrangian步中变形，就像Lagrangian方程那样。
二、“Lagrangian单元”中的单元状态变量 (红色) 映射 或输运 或 重新 分布到 固定 (背景) 的初始 Eulerian 网格 (蓝色)中.
4
算法描述
(3) ALE:
考虑 2 重叠的网格, 一种是背景网格，能在空间中随意的移动, 另 一种依附于材料“流过”前面可以移动的网格。可以直观的分为两步. 一、材料在 Lagrangian步变形，就像 Lagrangian方程. 二、 “Lagrangian单元” (红色)中的 单元状态变量映射或输运或重新 分布到 移动 (背景) 的初始 ALE网格 (绿色)中。 Eulerian t+
材料运动
ALE
ALE mesh motion
5
(1) Lagrangian 方法
*SECTION_SOLID $ SECID ELFORM 1 1 单元方程 1 = 恒压力固体 AET
(1 种材料占据 1 整个网格)
注意: * 网格随材料一起变形. * 纯Lagrangian 方法 没有 网格光滑 化 * 每个单元中只有一种物质. * 网格在靠近作用面处挤在一起。 优点: 自由表面自动跟随（界面明晰）. 缺点: 大变形时不精确. 不能创建新表面 (损坏).