26 网格对显式动力学的影响(LS-DYNA)

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    本文通过一个小例子展示网格对显式动力学分析精度的影响。

01 研究背景

在通用结构有限元分析中，疏密有度的网格才是恰当的网格。但在显式动力学结构分析中，要求网格应该尽量均匀，因为应力波会在全场传播，局部过细的网格会严重降低时间步，导致求解时间暴增。在通用结构分析中，稀疏网格主要分布在不关心的区域或者应力梯度小的区域。那么在显式动力学结构分析中，是否可以将不关心区域的网格粗化，或者不再严格要求为六面体网格(对实体)和四边形网格(对面壳)，或者考虑为刚体。

本文以全场均匀优质网格为参照，对比在非关注区域使用单层六面体网格，四面体网格，刚体。查看关注区域计算结果的差别。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。

03 材料模型

    本文使用到的所有材料参数如下。

    等向强化弹塑性。

04 网格划分

    全场均匀网格，网格尺寸大致为6-8mm。板厚方向划分为三层。

    关注区域保持如上网格，非关注区域使用四面体网格，如下所示。

    关注区域保持如上网格，非关注区域使用更粗疏的四面体网格，如下所示。 

    关注区域保持如上网格，非关注区域使用单层六面体网格，如下所示。

    关注区域保持如上网格，非关注区域设为刚体。

05 初始条件

    四米高跌落到刚性地面。

06 接触设置

    容器各部件绑定接触，容器底部和地面摩擦接触。详细可以参考笔者前系列文章。LS-DYNA 的接触设置和通用结构很不一样，比如 LS-DYNA 不再有接触单元的概念。

07 分析结果

    对比不同材料本构模型分析结果的时程数据。

    等向强化，容器底部最大等效应力。

    等向强化，容器底部最大等效塑性应变。

    笔者推理。

    1）显式动力学结构分析反对局部小网格，因为会暴增求解时间，但对非关注区域，可以尝试使用粗疏网格，这样并不会增加求解时间，反而因为网格变少，会减小求解时间，但因为显式动力学分析一般使用低阶单元，所以粗疏网格位置的求解精度是不可靠的，但这并不影响网格质量高的关注区域的求解精度。

    2）将非关注区域简化为刚体，从本文案例来说，会明显增大应力应变响应，可以认为，这种做法是更加保守的。

    3）将非关注区域划分为粗疏网格，从本文案例来说，应力应变响应会有所降低，可以认为，这种做法是不保守的。

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