單元畸變的案例
單元扭轉過度和變形速度比大于10000、單元畸變、穿透解決方法 ￥28
There are a total of 2 excessively distorted elements
The ratio of deformation speed to wave speed exceeds 1.0000 in at least one element
單元扭轉過度和變形速度比大于10000、單元畸變、穿透解決方法：
大部分情況是接觸設置的問題，單元刪除后內部單元之間無接觸關系，因此會造成侵入問題。
壓縮工況時穿透
沖擊時沖頭與材料發生穿透
單元入侵嚴重
接觸設置后效果圖
每層之間層次分明、無穿透
接觸設定方法
Interaction模塊
1.創建接觸屬性，給定切向和法向接觸行為，摩擦系數為0.3，法向硬接觸
Assembly模塊
對于層合板：創建層合板每層上下表面，以及界面層（0.001mm）的上下表面（注意是mesh面），若為0厚度界面層則不需要創建，QS代表球的外表面，GTS代表支撐夾具上表面，其中ALL代表所有單元的內外表面，創建步驟后續給出；
對于機織復合材料：只需創建QS，GTS，試件上表面以及ALL面。
創建ALL面（所有單元內外表面）
展開 NO.17 聚能射流成型
參數設置適當，可有效解決金屬射流大變形過程中出現的單元畸變問題。只需對藥型罩part采用自適應關鍵字。在射流成型后，采用小型重啟動方法刪除單元畸變過大的炸藥part，再繼續后續計算。
有限元模型
聚能射流
聚能射流成型過程（速度云圖）
自適應網格細化過程
轉發請注明出處
Abaqus 中ALE功能應用介紹
在step-other中設置ALE如下所示：
最終的變形如下圖所示，云圖中顯示各個單元均沒有發生畸變。
關閉ALE功能，同樣工況下，在進行一步迭代之后，卻由于局部的單元畸變報錯。
ALE能夠極大的改善在大變形過程中因為單元畸變而造成計算無法進行下去的問題。
LS-DYNA模擬剛性彈侵徹陶瓷復合裝甲，實現有限元-光滑粒子自適應轉換 ￥9.99
目前，大型通用商業進行沖擊仿真大多采用基于拉格朗日描述的有限單元法。而這種方法在處理大變形過程中，經常會出現單元的畸變，使時間步長變得非常小，導致計算十分困難。為了使仿真能繼續下去，人們往往在計算中加入單元失效，使畸變單元達到某些特定條件，不再參與后續計算。這種方法能很好的解決單元畸變，但同時又帶來了能量和質量不守恒的問題。
由于這些問題的存在，人們后來又繼續引入的歐拉描述的有限元法、任意拉格朗日-歐拉法、光滑粒子法等不同的計算方法，其中光滑粒子法尤為受大家歡迎。光滑粒子法雖然能很好的模擬大變形的問題，但是計算量比較大。為了解決這些問題，美國西南研究院Gordon Johnson博士(金屬JC本構，陶瓷JH1、JH2、JHB等本構方程提出者)發明了一種有限元和光滑粒子自適應轉換算法，并引入到EPIC-3D軟件中，廣泛為美國陸軍實驗室服務。
本案例利用ls-dyna模擬剛性彈侵徹復合裝甲，實現了有限元-光滑粒子的自適應耦合，當材料失效時，有限元網格自動轉化為SPH，解決了有限元仿真穿甲過程中網格畸變和質量不守恒的問題。
1.工況
剛性彈侵徹符合陶瓷復合裝甲，如下圖所示。
2.關鍵字設置
本算例中彈體采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC_TITLE，陶瓷復合靶采用帶失效的*MAT_JOHNSON_COOK_TITLE和*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CERAMICS_TITLE材料模型。設置*CONTROL_SPH、*SECTION_SPH_TITLE、*DEFINE_ADAPTIVE_SOLID_TO_SPH等關鍵字使靶板材料失效時有限單元自動轉化為SPH，具體關鍵字設置見附件。
3.結果
展開 
使用LS-Dyna進行爆破仿真分析 附LS-DYNA使用指南中文版本下載
利用LS-DYNA分析爆炸問題，可采用Lagrange算法，但是在大變形數值計算中，常會出現單元畸變現象。特別是當劃分單元的形狀不規則時，這種現象尤為突出。對于軸對稱爆炸問題，可以考慮采用SHELL單元軸對稱算法公式（即ANSYS/LS-DYNA中2D-SOLID162單元軸對稱選項），結合自適應網格劃分技術進行分析。
也可采用ALE方法及多物質流固耦合方法分析爆炸問題，對空氣、土壤、水以及破壞后的巖石采用ALE網格，對其他的固體結構采用Lagrange網格。利用這一方法，由于材料物質在網格中可以流動，因此不存在單元畸變問題。在LS-PREPOST后處理程序中，可通過顯示網格中各種物質占有的體積分數來得到不同物質之間的界面?？捎^察到土體中爆炸地表的鼓包現象等（見后面的分析實例）。
LS-DYNA程序提供了用于模擬炸藥作用的數值模型，即高能炸藥材料模型結合一個描述爆生氣體壓力-體積關系的狀態方程模型。
炸藥材料模型采用如下的關鍵字來定義：
*MAT_HIGH EXPLOSIVE BURN
用于設置炸藥起爆的位置及起爆時刻的關鍵字段如下：
*INITIAL DETONATION
LS-DYNA程序描述高能炸藥爆轟產物壓力-體積關系采用JWL狀態方程（*EOS_JWL）：
二、案例工況描述
本案例旨在模擬一個帶圍巖的隧道爆破過程。模型分為5部分，包括巖石層、主體建筑物內層與外層、中間的空氣層以及
三、網格模型
包殼、空氣1、空氣2采用3D_Solid網格劃分。其中包殼、空氣1、空氣2的網格采用共節點的方式連接。
展開 在marc運行中的網格重劃分問題---不錯的帖子
而網格的重劃是由于網格發生干涉或網格發生畸變導致結果不準確甚至不能繼續分析而采取的措施。目前在mentat中只能進行整體網格重劃（局部重劃也可以，但是要通過從。dat中輸入），新網格的生成是在舊網格的基礎上生成的（主要是單元的幾何形態相對較好）。此外，還想請大家注意以下幾點：
1。頻繁地進行網格重劃對結果的精度有影響，這主要是由于新舊網格之間進行場量傳遞的過程會有誤差。
2。在marc2001版以后，網格整體重劃中的接觸不能用解析描述。
3。marc中的網格重劃是基于更新的拉格朗日描述法，在job中要注意選中相應的選項。
4。在job中還要定義最大接觸節點數、設定最大最小單元/節點數等。
5。對稱問題請大家也要注意，由于網格重劃后，會導致單元的不對稱，可能會得出意想不到的結果，建議先將對稱問題簡化。
6。不同材料在analysis option里的參數設置不同。
7。三維重劃問題，要定義最小單元邊長。
8。選擇重劃判據時也要注意，如接觸問題既要防止穿透，還要防止內部單元畸變。
展開 簡述極端變形問題的數值模擬
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</div><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">若單元變形較大導致網格發生嚴重畸變，則上述矩陣的行列式（det J）可能接近零甚至為負，說明此時單元已經失效，無法正確描述變形行為。所以，傳統Lagrange方法的痛點之一在于單元畸變。</span></p><p class="ql-align-center"><span style="color: rgb(126, 140, 141);"><img src="https://cdnwww.simapps.com/upload/image/20250126/9db70e14-8ec9-46ae-b1eb-c39e52d38596.png" height="171" width="953"></span></p><p class="ql-align-center"><span style="color: rgb(126, 140, 141);">det J 為正（左）、為零（中）、為負（右）</span></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">Euler（歐拉）法</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0);">將固定的空間網格作為參考框架，令材料在網格之間流動。由于網格固定所以天然規避了Lagrange方法的單元畸變困難，適于分析流動問題。
展開 ?LS_DYNA負體積解決建議
負體積是由于單元畸變引起的， 當單元本身變形過大或者不合理時， 某個或某些節點穿
透所屬單元的面跑到外面， 接著變產生負體積。 負體積產生和時間步設置、 網格質量、 材料、
載荷條件、 接觸等都可能有關系， 可能的原因和解決的方法大概有幾種：
（1） 材料設置參數有問題， 選擇合適的材料模型， 并注意單位的協調；
（2） 網格質量不好。 高質量的網格可以使之能容納更大的變形從而防止負體積的發生，
建議在容易出現大變形的地方細化網格；
（3） 時間步長設置不夠合理。 默認的時間步長因子 0.9 可能對防止數值計算的不穩定
不夠有效， 減少步長因子（比如從 0.9 減小到 0.6 或者更?。?， 可以防止負體積的產生， 這是
一個有效的方法；
（4） 太高的局部接觸力。 不要將力施加在單一節點上， 最好分散到幾個節點上以壓力
的方式等效施加；
（5） 使用全積分實體單元。 在大變形和大扭曲情況下， 全積分單元相對于單點積分單
元計算不夠穩定， 因為一個負雅克比行列式可以在意個積分點發生， 所以全積分單元比單點
積分發生負的雅克比行列式更快。 建議使用默認的單元方程式（單點積分） 加上沙漏控制。
（6） 接觸設置不合理。 單面搜索的接觸形式相對于雙面搜索雖然節省了計算時間， 但
很容易因為面的方向不正確而導致負體積的產生， 因此在不能確定面的方向時建議使用雙面
搜索。 另外， 適當提高接觸剛度也可以防止負體積的產生。
（7） 另外也可以采用 ALE 或者 EULER 單元算法， 用流固耦合功能代替接觸， 控制網
格質量， 例如承受壓力的單元在受壓方向比其他方向尺寸長。
展開 雙向流固耦合lsdyna vs workbench
幾何模型：
FSI_GEOM.zip
ansys workbench計算模型：
fsi_workbench.7z
lsdyna計算模型：
fsi_dyna.zip 算到5秒
fsi_dyna_to5_5.rar 計算到5.5秒
fsi_dyna_to6.zip 計算到6秒
采用雙精度求解器求解
由于lsdyna中的ICFD只支持四面體網格，所以網格與workbench中的六面體網格不同：
進行流固耦合求解，經常會遇到因為單元畸變而導致的計算終止
壓強與速度的時間歷程動畫與workbench的差異較大，特別是dyna中平板的擺動規律比較奇怪，感覺平板在那自激振動了一樣。
在5秒時刻，對稱面上的速度分布，ansys中的計算結果：
dyna第2個模型文件計算的結果：
dyna第3個模型文件計算的結果：
可以看出不同流體網格下dyna計算的結果有差異，速度值比ansys workbench中的更大，速度分布也非常紊亂。
展開 【專訪】從專業角度采訪ANSYS全球研發院士朱永誼
雖然顯式的方法可以不用計算剛度陣，但是單元的大小又確定了時間步長，有沒有辦法提高精度，這樣可以用大網格，也就是變相的提高了計算速度？”
朱永誼博士：
看來這位朋友是研究顯式的，正好和我的研究方向一致，我從事了20多年的顯式技術研究和開發。近幾年ANSYS的接觸計算能力有非常顯著的提高，魯棒性很好、小滑移的計算速度有了提高，在某些功能上已經超過其他軟件。另外要重點提到的是接觸算法和高性能計算的結合，原先用HPC計算接觸的時候HPC的計算性能會變慢，現在有了很大提高，支持3000核以上的HPC并行高速計算。另外顯式技術本身也在發展，有很多新技術可以實現計算步長的提高，今后版本ANSYS在顯式計算速度上還會有很大的提升。
技術鄰虞倫：
我在這次會議上了解到ANSYS結構上的進展，其中很受強調的一點就是ANSYS在接觸計算性能上的提高，看來技術鄰的大部分ANSYS用戶關心的問題得到了質的改善。這位“許沛”會員的問題也包括了接觸的收斂速度問題，他的問題是：“我比較關心ANSYS是否能加快接觸計算時的收斂速度，以及對橡膠材料非線性計算能力?！?朱永誼博士：
關于接觸計算的收斂速度的問題剛才已經解釋，這里主要回答一下和橡膠有關的問題。橡膠是不可壓縮材料，容易發生大變形，單元畸變，所以收斂是一個難題。ANSYS對橡膠計算的開發起步較晚，但發展很快，這次的發布提到的自適應網格技術，能做到在發生單元畸變的時候自動重新劃分網格，支持2維和3維自動分網格。自適應網格技術很好地解決了橡膠大變形的收斂問題。
技術鄰虞倫：
接下來提問的一位ANSYS用戶非常資深，鄒正剛老師使用ANSYS近20年，已經退休了，還在堅持每天在技術鄰回答ANSYS的問題，他提上來的問題非常多非常詳細，可見他對ANSYS的忠實程度。
展開 LS-DYNA | 自適應FEM-SPH方法 ￥150
拉格朗日網格方法會遭遇單元畸變而計算終止。光滑粒子流體動力學(SPH)作為一種無網格、拉格朗日粒子法，能克服基于網格的方法的缺陷。SPH在處理大變形方面較有限元法(<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/cae" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(51, 51, 51);">FEM</a>)等拉格朗日網格方法有優勢，計算精度和效率都不及<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/cae" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(51, 51, 51);">FEM</a>，并且SPH的邊界處理不如<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/cae" rel="noopener noreferrer" target="_blank">FEM</a>方便。</p><p>基于此，發展了將SPH與FEM進行耦合的方法，有FEM-SPH固定和FEM-SPH自適應兩種算法。FEM-SPH固定耦合算法在模型中變形較大的部分使用SHP算法，其余部分使用FEM，FEM與SPH邊界采用接觸方式進行連接；有別于固定耦合算法，自適應FEM-SPH算法是將失效的拉格朗日單元自動轉換為SPH粒子，無需單獨創建SPH單元，原理如下圖。
展開 
ABAQUS中橡膠大變形問題的一些解決辦法
網格
網格的疏密、網格劃分技術（Mesh controls）和單元類型的選擇，對計算的成敗影響很大。只能具體問題具體分析，可參考石亦平的《ABAQUS有限元分析實例詳解》。劃分好網格后最好使用verify來檢查一下網格的質量，發生扭曲的地方要改善網格質量。變形嚴重的地方需要細化網格。優先選用線性單元，高階單元容易發生單元畸變，易于導致計算失敗和不準確的結果。
Deform基本操作篇（三）
對于步長的設置，一般設置為工件網格單元最小尺寸的1/3-1/5左右，盡量設小不設大，因為當工件變形程度過大時，網格單元也會發生較大的變化，過大的步長會造成網格單元畸變。
切換到Stop欄設置停止條件，選擇Die Distance ，參照1選擇Top Die，參照2選擇Bottom Die，方法選擇Z Distance，Distance為1.8mm。
上圖③和⑤兩處參照點分別需要在3D對象上點選（此步操作中如果有什么問題可以在公眾號下面留言），選擇位置點后如下圖：
這樣設置后，當上模下行到距下模1.8mm處時停止。
設置完成后我們可以檢查一下，關閉Simulation Controls對話框窗口,選擇模型對下Top Die,再選擇Movement，點擊右邊眼睛圖標。
把播放速度調整為0.1倍，點播就能看到效果了。
1.3.3.3設置對象間關系。
實體在導入后，系統已經自動添加了對象間的主從關系，一般上下模被定義為master，而工件（塑性體）則被定義為slave。
Deform軟件在剪摩擦（Shear）類型的常數摩擦因數值里設置了6種常用數值，對于一般冷擠成型模具，我們選擇0.08或0.12。
點Generate All后生成接觸點。
1.3.3.4生成數據庫。
先點Check，如果前面的操作沒有問題，就不會出現黃色或紅色的提示，點Generate生成數據庫文件，關閉程序。
1.4 仿真計算：
切回到Deform-3D主界面，選擇剛才生成的DB文件，執行RUN，程序進入計算過程。整個過程會持續很長時間，這取決于電腦配置，mesh數量，步距大小等因素。
展開 仿真過程中單元合理選取高級精髓
l 選擇其他單元類型：非協調單元不會出現沙漏模式問題，適用于abaqus/standard各種分析；
l 避免將載荷或邊界條件只定義在一個節點上。將點載荷或點上的邊界條件定義在一個包含該點的小區域上，有利于避免沙漏模式的擴展。
剪切自鎖：
定義：單元的位移場不能模擬由于彎曲而引起的剪切變形和彎曲變形；
何時出現：彎曲變形的線性完全積分單元中出現；
原因：
n 線性單元的直邊不能承受彎曲載荷作用，分析過程中可能出現本來不存在的虛假剪應力，是單元的彎曲剛度過大，計算的位移值偏小；
n 二次單元的邊可發生彎曲，一般不會出現剪切自鎖現象。（單元畸變非常
嚴重，或應力狀態非常復雜，存在彎曲應力梯度，二次單元也會出現某種程度的閉鎖現象）。
特點：剪切自鎖僅影響受彎曲載荷作用的完全積分線性單元；
措施：考慮采用非協調單元或減縮積分單元。
體積自鎖：
定義：完全積分單元受到過度約束時的一種閉鎖現象；
特點：如果材料是不可壓縮的或近似于不可壓縮，完全積分單元可能變得特別剛
硬而不產生體積變形；
評判：各個積分點之間或各個單元之間的靜水壓力出現急劇變化；（后處理中繪
制靜水壓應力云紋圖，突變，呈棋盤形分布，有可能出現體積自鎖。）
措施：
l 合適單元類型：雜交
l 細化網格：塑性應變較大的區域劃分足夠細化的網格；
引入少量的可壓縮性：不可壓縮材料中引入少量的可壓縮性可以減輕體積自鎖現象。幾乎不可壓縮材料和完全不可壓縮材料的計算結果很接近，可將不可壓縮材料的泊松比取為0.475-0.5之間的值。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
展開 刀具磨損仿真核心技術簡介
如果網格劃分不當就容易產生網格畸變，進而在網格變形以及溫度迭代計算過程就會產生不收斂現象，這會在一定程度上影響仿真數據的準確性，嚴重的會導致計算停止。
利用ALE自適應網格技術可以解決由于大塑性變形導致單元畸變的問題，當單元在切削仿真過程中達到仿真前處理中所設置的網格重劃分標準或者網格不可用（雅克比矩陣為負值）的情況下，網格就會自動重劃分。刀具磨損仿真中的四個網格重劃分標準：單元穿透率、刀具行程、切削時間、增量步長。在仿真過程中，我們可以根據具體工況和精度、效率等要求靈活調整以上標準的具體值，也可以使用軟件默認的數值。
3.刀具磨損仿真流程
4.刀具磨損仿真軟件
可用于刀具磨損的仿真軟件有四種，分別是：abaqus、dyna、advantedge和deform。其中前兩種屬于通用仿真軟件，后兩種屬于專用切削仿真軟件。Advantedeg軟件的刀具磨損目前只支持Chip Load 為常數的2D車削、3D車削及3D環槽,不支持涂層刀具。Deform軟件可以做二維和三維的車削、銑削和鉆削刀具磨損仿真。
5.刀具磨損仿真技術展望
目前的刀具磨損預測大多是假設刀具為正常磨損，忽略了崩刃、剝落等破損情況，可以將這些破損方式加以考慮進行進一步研究，使模擬與真實的刀具磨損過程更加接近。刀具磨損率方程較多，但大多為基于某種單一的磨損機理建立的方程。磨損率方程中的系數大多 由切削碳鋼獲取且年代較久，難以適應目前工件材料和刀具材料的快速變化，應用這些方程進行仿真有可能獲得錯誤的結論，因此今后在建立新的磨損率模型方面可以做進一步研究。
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