LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖1

問題描述

在侵徹數值模擬中,最容易出現的就是網格穿透問題,將直接影響到計算結果的準確性,因此在這里就討論如何解決侵徹過程中網格穿透問題。

根據筆者的經驗總結了三種解決網格穿透較為有用的方法:

(1)修改接觸剛度控制關鍵字*CONTROL_CONTACT中滑移界面罰函數縮放系數(SLSFAC的值);

(2)修改*CONTROL_TIMESTEP時間步長縮放因子(TSSFAC的值);

(3)細化計算模型網格;

以彈丸侵徹雙層靶板為理,探討網格穿透解決思路;網格穿透情況如下圖所示。

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖2
LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖3
LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖4
LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖5

圖  SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

方法1:修改*CONTROL_CONTACT滑移界面罰函數數值

保持TSSFAC=0.9、網格尺寸為0.05cm不變,滑移界面罰函數SLSFAC的值分別取1、2、3、5,侵徹過程中網格穿透情況如下。增加SLSFAC值,能夠改善網格穿透,但是都無法解決初始時刻的網格穿透問題,并且SLSFAC值越大,網格越容易被刪除。

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖6

圖 SLSFAC=1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖7

圖  SLSFAC=2、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖8

圖  SLSFAC=3、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖9

圖 SLSFAC=5、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

方法二:修改*CONTROL_TIMESTEP時間步長縮放因子

保持SLSFAC=0.1、網格尺寸為0.05cm不變,時間步長縮放因子TSSFAC的值分別取0.67、0.6,侵徹過程中網格穿透情況如下。降低TSSFAC的值,能夠改善初始和侵徹過程的網格穿透問題。

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖10

圖  SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.67、ELEMENT SIZE=0.05

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖11

圖 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.6、ELEMENT SIZE=0.05

方法三:細化模型網格

將網格尺寸由0.05cm降低至0.025cm,在侵徹初始和過程中未出現網格穿透,如下圖所示。并且網格細化以后,改變SLSFAC和TSSFAC的值對侵徹過程的影響很小。

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖12

圖 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.025

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖13

圖 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.6、ELEMENT SIZE=0.025

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖14

圖 SLSFAC=0.8、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.025

小結


通過對三種方法的研究,可以發現網格尺寸對網格穿透具有很大的影響,出現網格穿透時,可優先選擇細化接觸部分的網格,其次是減少時間步長縮放因子,但是較小的TSSFAC值會增加計算時間,最后可考慮增加接觸罰函數縮放剛度,SLSFAC的值一般控制在1以內,過大的剛度會使網格越容易刪除,會導致錯誤的計算結果。另外,材料本構和參數也是影響網格穿透的原因,這里筆者未進行驗證,讀者可自行更換材料參數進行驗證。

LS-DYNA | 網格穿透實用解決方法的圖15
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