沙漏的实质及其控制

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1、沙漏的实质总能景=内能+动能+滑移界血*能能量之间是可以相互转化的，侶是对于动力学问题，总能量一般是不太变的。也就是能量守恒原理。沙漏模式也就零能模式，他在理论上是一种存在的一种变形模式，但是在实际模型屮是不可能存在的。零能模式就是指柯变形，但是不消耗能量。显然是一种伪变形模式，若不加以控制，计算模型会变得不稳定，并且计算出来的结果也足没有多人意义的。要加抵制这种变形模式就得相应的消耗一定的能量，也就是沙漏能，如果这个比值太大（一般在5%-10%之间），就说明模型和实际的变形有很大的差别，当然是不正确的。这也是缩减积分所付出的代价。川全积分单元可以解决这个问题，仴足效率不高，奋可能导

2、致体积锁死、过刚等一些问题。冇限元方法一般以节点的位移作为菇木变fi，单元内各点的位移以及应变均采用形函数对各竹点的位移进行插值计算而得，应力根据本构方程由应变计算得到，然后就可以计算单元的内能丫。如果采用单点积分（积分点在等参元中心），在某些情况下节点位移不为零（即单元奋形变），但插值计算得到的应变却为零（譬如一个正方形单元变形为一个等腰梯形，节点位移相等但符号相反，各形函数相同，所以插值结果为0），这样内能计算出來为零（单元没变形！）。显然，麻烦来丫。所以必须避免这种情况的出现。沙漏的产生是一•种数值M题，单元&身存在的一种数值M题，举个例子，对于单积分点线性单元，单元受力变形没

3、有产生应变能~也叫o能量模式，在这种情况K,单元没有刚度，所以不能抵抗变形，不合理，所以必须避免这种情况的fli现，志耍加以控制，既然没有刚度，就要施加虚拟的刚度以限制沙漏模式的扩展一人为加的沙漏刚度就是这么来的。关于沙漏现象的判別，也就是出现o能呈模式的现象敁简单的是察看单元变形情况，就像刚j所说的单点积分单元，如果单元变成交替出现的梯形形状，如果多个这样的单元叠加起來，就像是我们windows中的沙漏图标一样，曲此可判断沙漏是否产生。现在有很多控制沙漏的专门程序，如控制基于单元边界的相对转动。但这些方法不能保持完备性。我主要讲一下物理的稳定性，在假设应变方法的基础上，建立沙漏稳定

4、性的过程。在这些过程屮，稳定性参数基于材料的性能。这类稳定性也称为物理沙漏控制。对于不可压缩材料，即使当稳定性参数是一阶的吋候，这些稳定性方法也将没有A锁。在建立物理沙漏控制中，必须做出两个假设：1.在单元内旋转是常数。2.在单元内材料响应是均匀的。控制沙漏：酋先，您的模型如果足很多PART组成的装配体，那么您耑要找出沙漏能最大的PAKT。然后，冰能进行-•些适当的控制。第一：从载荷入手，避免集中载荷；第二：从网格入手，尽景做到网格协调；第三：从沙漏控制入手，采用不同的控制方法；第四：从单元算法入手，不行就将一个PART化分为多个PART,除了单元算法不同以外，其他相同。沙漏及其控制

5、沙漏（hourglass）模式是•一种非物理的零能模式，产生零应变和极力。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里面有多种兑法用于抑制沙漏模式。缺省的算法（type1）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挽到全积分或者选择减缩积分（S/R）方程的单元。但这种方法足一种下策。因为：第一，类型2体单元比缺省的单点积分体单元计算量火；其二，在人变形应用吋更不稳定（更容易出现负体抑淇三，类型2体单元当单元形状比较差吋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。三角形壳和叫面体单元没有沙漏模式，仴缺点是在

6、许多应川中被认为过于刚硬。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，因为后者更容笏激起沙漏模式。对于流体部件，缺省的沙漏系数通常是不合适的(人高)。因此对于流体，沙漏系数通常要缩小一到两个数fi级。对流体用葙于粘性的沙漏控制。缺省的沙漏方程(type1)对流体通常是可以的。对于结构部件-般來说基于刚性的沙漏控制(type4,5)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J、V同时又柯效抑制沙漏模式。对于高速冲击，即使对于闹体结构部件，推荐采用

7、基于粘性的沙漏控制(type1,2,3)。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米变形的方向变形。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返化。如果使用沙漏控制8,16号壳单元付以用于解被称为扭曲梁(TwistedBeam)问题。对于单元类型1的体和减缩积分2D体(shelltypes13&15)类型6沙漏控制调川了一种假设应变协M转动方程。使用沙漏控制类型6和系数1.0