1.負體積照片

 

網格畸變                                     相互穿透

2.形成原因：

（1）材料參數設置有問題（比如單位未統一），選擇合適的材料模式

（2）沙漏模式的變形積累，嘗試改為全積分單元

（3）太高的局部接觸力（不要將force施在單一node上，最好分散到幾個node上以pressure的方式等效施加），嘗試調整間隙，降低接觸剛度或降低時間步。

（4）在容易出現大變形的地方將網格refine。

（5）材料換的太軟也會出現負體積

（6）網格質量（負體積地方相互作用網格極度不均勻容易負體積，網格太稀疏或太密都容易負體積）

（7）用SHELL單元的時候，如果厚度過大也會引起負體積和速度無窮大，

（8）有時候關鍵字里面多出一個空格也會出現負體積

（9）模型本身問題：比如把直角倒圓角，可能就消除了負體積

3.解決方法：

（1）嘗試減小時間步長從0.9減小到0.6或更小（首推很有效果，但不建議小于0.6，有人說小于0.6結果會不太準確）。

（2）使用全積分solid設置為2/3（在property卡片中把單元類型由默認的2改成16即可）

（3）實體包殼的作法可以用HM的find face厚度其實只要很薄一層(0.1mm就可以了)；另外也可以采用ALE或是euler單元算法，用流固耦合功能代替接觸，控制網格質量，例如在承受壓力的單元在受壓方向比其他方向尺寸長

（4）+hourglass；用 solid單元1；調整contact

（5）增大彈模

4.官方給出的方案

材料負體積解決方法

      在仿真中，通常有材料的大變形問題，如泡沫材料，由于單元大扭曲而出現了單元負體積，這種情況一般出來在材料失效之前。在沒有網格光滑和網格從劃分的情況下，ls-dyna有一個內部的限制來調節lagrange單元的變形。負體積一般都會導致計算中止，除非你設置時間步長控制中的erode=1和設置終止控制中的dtmin為一非零數，這種情況下，出現負體積的單元將被自動刪除，計算也不會中止。不過就算你如上設置了erode與dtmin，負體積有時候也會導致計算出錯停止。

       一些常用的解決負體積的方法如下：

1、在材料出現大應變的情況下增強材料的應力-應變曲線中材料應力。這種方法往往非常有效果。

2、重新劃分網格，在出現大變形的地方把網格加密。

3、減小時間步長系數。默認的0.9系數可能不足以避免數值的不穩定。

4、避免采用全積分體單元（算法2和3），這會導致大變形和大扭曲的情況下計算相對不穩定。

5、采用默認的單元算法（單點體單元），采用沙漏控制type4和5。泡沫的沙漏控制算法為：在低速沖擊問題中采用type6，系數為1；在高速沖擊問題中采用type2和3。

6、泡沫材料網格劃分采用四面體網格，單元算法為10，雖然這樣會導致材料相對比較剛性。

7、增大材料（泡沫材料57號材料）的阻尼系數，推薦采用系數為0.5。

8、在泡沫接觸計算中，采用*contact中的選項卡B，關閉shooting node logic。

9、如果你采用的是126號材料，設置elform=0。

10、嘗試使用EFG算法（*SECTION_SOLID_EFG）

其他

特殊材料（泡沫）

有人說使用全積分，也有人說避免使用全積分體單元（算法2和3），這會導致大變形大扭曲下相對不穩定，采用默認的單元算法（單點體單元），采用沙漏控制type4和5。泡沫的沙漏控制算法為：在低速沖擊問題中采用type6，系數為1；在高速沖擊問題中采用type2和3。這與前面說的全積分不是矛盾了嗎？

一些常用的解決負體積的方法如下：

1、在材料出現大應變的情況下增強材料的應力-應變曲線中材料應力。這種方法往往非常有效果。

2、重新劃分網格，在出現大變形的地方把網格加密。

3、減小時間步長系數。默認的0.9系數可能不足以避免數值的不穩定。

4、避免采用全積分體單元（算法2和3），這會導致大變形和大扭曲的情況下計算相對不穩定。

5、采用默認的單元算法（單點體單元），采用沙漏控制type4和5。泡沫的沙漏

控制算法為：在低速沖擊問題中采用type6，系數為1；在高速沖擊問題中采用type2和3。

6、泡沫材料網格劃分采用四面體網格，單元算法為10，雖然這樣會導致材料相對比較剛性。

7、增大材料（泡沫材料57號材料）的阻尼系數，推薦采用系數為0.5。

8、在泡沫接觸計算中，采用*contact中的選項卡B，關閉shooting node logic。

9、如果你采用的是126號材料，設置elform=0

10、嘗試使用EFG算法（*SECTION_SOLID_EFG）。

11、對材料較軟的實體單元包殼處理。

 

負體積定義

負體積定義？ Negitive volume

負體積是由于element本身產生大變形造成自我體積的內面跑到外面接著被判斷為負體積。

關于負體積的解決辦法？

負體積多是網格畸變造成的，和網格質量以及材料、載荷條件都有關系。有可能的原因和解決的方法大概有幾種：

（1）材料參數設置有問題，選擇合適的材料模式)

（2）沙漏模式的變形積累，嘗試改為全積分單元

（3）太高的局部接觸力（不要將force施在單一node上，最好分散到幾個node上以pressure的方式等效施加），嘗試調整間隙，降低接觸剛度或降低時間步。

（4）在容易出現大變形的地方將網格refine。

（5）材料換的太軟,是不是也會出現負體積!

（6）另外也可以采用ALE或是euler單元算法，用流固耦合功能代替接觸，控制網格質量。例如在承受壓力的單元在受壓方向比其他方向尺寸長。

（7）嘗試減小時間步長從0.9減小到0.6或更小。

經驗總結：

時間步長急劇變小，可能是因為單元產生了嚴重的畸變而導致的負體積現象，如果采用的是四面體單元，你可以用網格重劃分的方法來解決。如果你采用的是六面體單元，那目前就沒有很有效的方法，可以試一下*ELEMENT_SOLID_EFG，那對機器的要求相對就會比較高了。

Q1:材料負體積解決方法（全面、有效）

材料負體積解決方法

在仿真中，通常有材料的大變形問題，如泡沫材料，由于單元大扭曲而出現了單元負體積，這種情況一般出來在材料失效之前。在沒有網格光滑和網格從劃分的情況下，ls-dyna有一個內部的限制來調節lagrange單元的變形。負體積一般都會導致計算中止，除非你設置時間步長控制中的erode=1和設置終止控制中的dtmin為一非零數，這種情況下，出現負體積的單元將被自動刪除，計算也不會中止。不過就算你如上設置了erode與dtmin，負體積有時候也會導致計算出錯停止。

一些常用的解決負體積的方法如下：

在材料出現大應變的情況下增強材料的應力-應變曲線中材料應力。這種方法往往非常有效果。

2、重新劃分網格，在出現大變形的地方把網格加密。.

3、減小時間步長系數。默認的0.9系數可能不足以避免數值的不穩定。

4、避免采用全積分體單元（算法2和3），這會導致大變形和大扭曲的情況下計算相對不穩定。

5、采用默認的單元算法（單點體單元），采用沙漏控制type4和5。泡沫的沙漏控制算法為：在低速沖擊問題中采用type6，系數為1；在高速沖擊問題中采用type2和3。

6、泡沫材料網格劃分采用四面體網格，單元算法為10，雖然這樣會導致材料相對比較剛性。增大材料（泡沫材料57號材料）的阻尼系數，推薦采用系數為0.5。

8、在泡沫接觸計算中，采用*contact中的選項卡B，關閉shooting node logic。

9、如果你采用的是126號材料，設置elform=0。

10、嘗試使用EFG算法（*SECTION_SOLID_EFG）。

 

Q2:各位高手:我做分析時將terminate time設為0.006s時沒有負體積出現，但一旦延長求解終止時間就會出現負體積，比如將terminate time設為0.01s時就會出現負體積，請問是什么原因呢，怎么解決好呢？

1 把ADMAP的參數值設置為0.1，在材料屬性里面設置。

2 可以試試減小接觸厚度

3 解決方法是將timestep改小，就沒有負體積

4 修改*CONTROL_TIMESTEP里面的tssfac已經是改小時間步了

5 網格變形太大造成的。可以考慮一下改小失效應變和剪切應變，如果不影響計算結果的話

6 tssfac參數值已經變很小了,不管用.還有,設置的terminate time沒有大于施加載荷的最終時間

 

Q3:探討流固耦合中單元負體積出現的原因

1 當流體單元的長寬比大于5比1時，顯示的結果就不準確了；當大于20比1的時候，就會出現負體積，無法得到結果。

2 你可以把MIR設置為0.3以上試試

3 你可以把單元細化；

2 更改松弛系數（一般是增大）流體的單元一般的來說不能長寬比太大，特別是你把動網格ALE打開了的時候，所以可以把網格的長寬比縮小試試。

 

Q4:負體積出現的原理是什么？

1 負體積原因是雅閣比矩陣的行列式值為負值，一般減小時間步長參數，增加材料剛度，改變單元質量都可以的！

2 如果是金屬材料出現負體積，主要是單元質量問題，建議重新劃分網格，但如果是非金屬，這是常見現象，不一定是網格問題，可以尋求其他的方法，

3 發生的原因有可能是因為有initial penetration. 所以因該先檢查是不是有initial penetration:

再來如果是少數的節點受力也因為力量集中造成負體積,所以這時候就可以把接觸的網格劃分細一點

另外如果是用hex element會有hourglass的情形,可以檢查一下hourglass energy或者是兩個物體剛性相差太多, 像是foam的材料, 可以在foam的表面加一層shell element增加solid element的自由度與剛性

4 實體包殼的作法可以用HM的find face厚度其實只要很薄一層(0.1mm就可以了)

建議可以用不同的殼后測試一下,看看兩個有什么不同,如果差不多的話,當然是用比較薄的厚度

材料方面我是用mat_3 or mat_9 null,重量可以跟實體的參數是一樣的,另外不去設定contact

 

Q5:邊界層加密后出現負體積

我第一層網格只能取到0.1，再小了就出現負體積。這樣計算出來的結果和試驗差別較大，特別在分離區。在GAMBIT做網格不會出現這樣的問題，剛學習ICEM，不知道怎么處理這樣的問題，

1 調整一下block節點的位置

2 盡量不要讓網格塊扭曲或者夾角太小

3 在出現負體積附近切幾刀,產生新的節點,你可以慢慢調.

 

QQ::

負體積是由於element本身產生大變形造成自我體積的內面跑到外面接著被判讀為負體積，

控制使element不出現不合理變形的方法就如同dragonwen與ayke所說的幾點，注意使Hourglassing情形減少，有以下幾個方法可以試看看

1.避免單點loading=>不要將force施在單一node上，最好是分散到幾個node上以pressure的方式等效施加

2.在容易出現大變形的地方將網格refine

3.使用全積分元素=>全積分元素沒有Hourglassing問題，但計算速度慢且還有其他問題，是最不建議的作法

1 采用全積分單元

2 使用均勻網格，避免采用單點集中載荷)

3 全局增加模型的彈性剛度

全積分單元比減縮積分單元更容易出現負體積，但減縮積分單元要注意沙漏控制。

全局增加模型的彈性剛度會讓模型比實際剛硬，不是好方法。!

 

Q6:單元出現負體積 如何刪除該單元

970 key manaul里面在restart input data下……

使用方法是重啟動時用的，就是在某一步中用sw1中止，然后生成.r重啟動文件，刪除不需要的單元，然后計算……

應該是*delete_element_solid:

下面的參數是node set No.

 

Q7:為什么鋼鐵和泡沫碰撞會產生負體積

沙漏控制沒加阿！

建一個沙漏控制卡，選4號或6號，附給泡沫單元的part6

接觸中將soft改為1，將sfs和sfm改為0.1

 

負體積的原因是由于單元畸變引起的，單元節點編號有一個順序，當變形過大，或者不合理時， 某個或某些節點穿透所屬單元的面，造成負體積。對于接觸問題，控制收斂時，有時要設接觸反力或用其他辦法，把穿透接觸面的節點拉回去，這個反力過大時，單個時間步中，這個節點被拉回的位移就很大，穿透了所屬單元的面，這時就產生負體積，這時要減小時間步，或者修改接觸準則，很多辦法，

這幾天我也遇到這個問題很困擾，是個接觸問題，材料都是彈性的，有幾個單元計算到某一時間步的時候就出現負體積，節點速度到12次方量級，而且前一步都很正常，變形都不大。負體積那里是六面體單元，表面蒙有一層殼模擬夾層結構

這個典型是接觸時的負體積，修改一下接觸控制，減小穿透時的反力，還有你的節點速度太大，應該減小時間步。

減縮積分的殼很容易產生沙漏，殼單元沙漏有可能產生負體積，你可以看看殼的變形就知道了，如果不是特別的情況，應該不是由殼的沙漏引起的

 

負體積的解決辦法之一：

stiffen up the material stress-strain curve at large strains 將材料的彈模取大

 

Q8:關于實體單元負體積的問題

1:察看你的邊界約束條件是否正確

2:調整時間間隔,縮短時間步長

3:把單點積分該為全積分

4:重新選擇一下你的材料模型.

 

Q9:負體積和速度超限怎么解決？

通常的辦法是先檢查你的網格是否發生嚴重的畸變，如果沒有發生，可以適當減小時間步長因子。

 

Q10:完全重啟動后出現負體積怎么處理啊？solid164單元，由于計算機過程中網格變形很大，于是在計算機到一半時，講網格重新劃分了一下，結果出現很多負體積單元，

1.出現負體積是一件很痛苦的事情，尤其是算到一半，如果計算的結果已經滿足你想要的數據，勸你不要弄下去了。

如果，你非要堅持下去，最直接的辦法，重新建模型，調整網格大小，但是這樣并不能保證，一定不會出現負體積。

自己慢慢摸索吧。高手和凡人的差距往往就體現在劃分網格的水平之上！

 

Q11:我在做一個沖擊問題，老師出現負體積，怎么辦啊？我減小時間步長，減小網格都不行，

負體積多是網格畸變造成的，和網格質量以及材料、載荷條件都有關系.

可能的原因和解決的方法大概有幾種:

1 材料參數設置有問題，

2 選擇合適的材料模式

3 沙漏模式的變形積累，

4 嘗試改為全積分單元

5 太高的局部接觸力，嘗試調整間隙，

6 降低接觸剛度或降低時間步

另外也可以采用ALE或是euler單元算法，用流固耦合功能代替接觸,控制網格質量，例如在承受壓力的單元在受壓方向比其他方向尺寸長滑移網格?