沙漏控制的案例
LS-DYNA有限元仿真中的沙漏現象及其控制
2) 避免在單點上集中加載：由于激活的單元把沙漏模式傳遞給相鄰單元，所以點加載應擴展到幾個相鄰節點組成的一個面上，施加壓力載荷優于在單點上加載。
3) 使用全積分單元：這是一種完全消除沙漏的方法。[但是，它們會比其它單元算法花費更多的CPU時間，并且對于一些不可壓縮行為、金屬塑性和彎曲問題，它們可能導致不切實際的剛度結果（鎖定）。]
4) 軟件的內部沙漏控制：如下。
ANSYS/LS-DYNA提供了一些內部沙漏控制。這些方法的思想是：
軟件的內部沙漏控制思想：
（1）增加抵抗沙漏模式的剛度但不增加剛體運動和線性變形；
（2）在沙漏方向上的速度施加阻尼。
粘性沙漏控制僅僅是抑制沙漏模式的進一步發展，剛性沙漏控制將控制單元朝未變形的方向變形。
LS-DYNA的沙漏控制有*control_hourglass和*hourglass卡片，前者用于整體的沙漏控制，后者用于各個part的沙漏控制，后者的所針對的part沙漏控制定義將覆蓋前者的整體控制定義。
LS-DYNA里的控制卡片：
*HOURGLASS里的控制算法（對應于IHQ）：
LS-DYNA里的控制算法的介紹：
a) Type1、2、3為基于粘性的沙漏控制；
b) Type4、5、6為基于剛性的沙漏控制；
c) Type 8沙漏控制：僅用于單元類型16的殼。
各個控制算法的討論：
缺省的算法(type 1)通常不是最有效的算法，但卻是最經濟的。
Type1：
在材料不是特別軟或者單元有合理的形狀且網格不是太粗糙時，類型4,5和6沙漏控制似乎都能得到同樣的結果。這種情況推薦用類型4的沙漏控制，因為它比其它的更快。
展開 如何理解有限元分析過程中的沙漏控制？
沙漏控制是在進行有限元分析時常見的一個概念，涉及到數值計算中的穩定性和精度問題。
沙漏控制（Hourglass Control）：在有限元分析中，沙漏控制是一種用來減少或消除稱為“沙漏模態”或“沙漏變形（通常沒有剛度，網格變形呈現鋸齒狀）”的數值不穩定性的技術。
圖1. 沙漏模態示意圖
當使用某些類型的有限元單元（如四面體單元）時，會出現一種不希望的扭曲模態，表現為模擬結構內部出現了一些異常的、不符合物理規律的形變或運動（其在數學上是穩定的），導致計算結果不準確甚至失真。
沙漏控制技術通過添加額外的數學約束或控制力來抑制這種不穩定性，以保證計算的準確性和可靠性。
可以通過以下方法對計算沙漏進行相關的控制：
使用合適的有限元單元：一些有限元單元在處理某些類型的加載時可能更容易出現計算沙漏，因此在選擇單元類型時需要考慮加載情況和模擬對象的幾何形狀。
增加材料的阻尼：在有限元模擬中，通過增加材料的阻尼可以減小計算沙漏的發生。可以通過修改材料的材料參數或者添加合適的阻尼模型來實現。
改進網格質量：確保網格的質量良好，盡可能使用均勻的網格劃分，避免出現過大或者過小的單元，以及不良的網格變形。一般來說，整體網格細化會明顯減少沙漏的影響。
使用沙漏控制算法：許多有限元分析軟件提供了專門的沙漏控制算法，可以在模擬過程中自動檢測和控制計算沙漏。這些算法通常會在模擬中自動調整加載、約束或材料參數等，以減小計算沙漏的影響。
增加約束條件：增加適當的約束條件可以幫助減小計算沙漏的發生。例如，通過增加固定邊界條件或者添加額外的約束來限制結構的自由度，從而減小計算沙漏的影響。
優化加載條件：某些加載條件可能會導致計算沙漏的出現（如單點載荷），因此可以通過優化加載條件來減小計算沙漏的影響。
展開 Abaqus有限元仿真分析中的沙漏控制方法與設置
abaqus中沙漏的產生是一種數值問題，單元自身存在的一種數值問題，舉個例子，對于單積分點線性單元，單元受力變形沒有產生應變能，也叫0能量模式，在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，不合理，所以必須避免這種情況的出現，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展，人為加的沙漏剛度就是這么來的。下面，小編就給大家分享一下"Abaqus有限元仿真分析中的沙漏控制方法與設置"。
沙漏的定義
沙漏（hourglassing）的產生是一種數值問題，是單元自身存在的一種數值問題。一般出現在采用縮減積分單元的情況下：比如一階四邊形縮減積分單元，該單元有四個節點“o”，但只有一個積分點"*"。而且該積分點位于單元中心位置，此時如果單元受彎曲或者受剪切作用，則必然會發生變形，如下圖所示。
單元原始狀態、單元受剪切作用變形、單元受彎曲作用變形
對于單積分點線性單元，單元雖然受力后產生變形，但并沒有產生應變能--也叫零能量模式。在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，顯然這樣的結論是不合理的，所以必須避免這種情況的出現，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展，人為加的沙漏剛度就是這么來的。
沙漏的控制方法
目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類：粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。
由于引入了沙漏控制力，同時就會產生沙漏能量損失，對于系統的能量平衡產生影響。在某些工程問題中，采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題，對于這類問題，可采用多點積分的單元來解決，當然計算成本也會大大增加。
ABAQUS中沙漏的設置
在ABAQUS/CAE中，可以方便地在ElementType界面下進行沙漏的設置。
展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列3：S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制
==以往的系列文章==
第一篇：S4殼單元剛度矩陣研究 http://www.yqgqt.org.cn/content/post/338859
研究基于Mindlin厚殼理論的S4殼單元的剛度矩陣在Abaqus中的實現方式
第二篇：S4殼單元質量矩陣研究 http://www.yqgqt.org.cn/content/post/343905
研究一致質量矩陣和集中質量矩陣在Abaqus的S4殼單元和Nastran的Quad4殼單元中的實現方式
==第三篇：S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制==
商用有限元軟件的健壯性體現在對各種特殊情況，求解過程和解的正確性依然能得到保證，而這些特殊情況在自編程序中如果沒有考慮到，那么結果就可能相差極大。其中剪切自鎖和沙漏現象是最常見的會影響正確性的兩個特殊情況。這兩者具有相似性，所以我們在本文中一起研究Abaqus中線性殼單元S4針對這兩種情況下的內部實現方式。剪切自鎖和沙漏現象影響的是剛度矩陣和應力，我們研究方式是在自編程序iSolver中根據成熟的消除剪切自鎖和沙漏控制的理論實現剛度矩陣的修正，通過比較同一模型的Abaqus的剛度矩陣結果，結合幫助文檔猜測Abaqus軟件單元消除剪切自鎖和控制沙漏的內部實現方法。
圖1：剪切自鎖
圖2：沙漏
===S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制研究總結===
完全積分單元才有剪切自鎖，雖然Abaqus的S4單元是完全積分，但內部已經做了修正完全消除了剪切自鎖，所以不需要用戶做任何設置。
減縮積分單元才有沙漏現象，Abaqus的S4R默認增加一個人工的沙漏剛度來控制沙漏現象，如果發現結果還是不理想，那么需要采用其它建模方法才能控制沙漏了。
展開 
有限元分析入門概念之三（沙漏控制）
雅閣比矩陣的行列式值為負值就是負體積,雅閣比矩陣的行列式值為負值就是沙漏控制
沙漏(hourglass)模式是一種非物理的零能變形模式，產生零應變和應力。沙漏模式僅發生在減縮積分(單積分點)體、殼和厚,
殼單元上.沙漏模式也就零能模式
沙漏要控制的，沙漏能一般不大于總能量的10%。
沙漏現象的判別最簡單的是察看單元變形情況，如果如果單元
變成交替出現的梯形形狀，就是由沙漏
沙漏控制.rar
流體沙漏控制的具體操作
針對如下問題
我給出了沙漏控制的一些基本知識，以及流體沙漏控制的具體操作，鏈接如下：
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http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/283732
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關于沙漏控制
一般要求沙漏能量控制在內能的10％以內，但是體系的內能在振動過程中在不斷變化啊
如果能夠接近平衡位置，那么這個時候內能很小啊，怎么保證一直小于10％呢？
基于hypermesh 和ls-dyna 的培訓
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展開 轉載，Abaqus分析中的沙漏效應
沙漏的定義
沙漏（hourglassing）的產生是一種數值問題，是單元自身存在的一種數值問題。一般出現在采用縮減積分單元的情況下：
比如一階四邊形縮減積分單元，該單元有四個節點 “o”，但只有一個積分點“*”。而且該積分點位于單元中心位置，此時如果單元受彎曲或者受剪切作用，則必然會發生變形，如下圖所示。
對于單積分點線性單元，單元雖然受力后產生變形，但并沒有產生應變能--也叫零能量模式。在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，顯然這樣的結論是不合理的，所以必須避免這種情況的出現，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展---人為加的沙漏剛度就是這么來的。
2.沙漏的控制方法
目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類：粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。
由于引入了沙漏控制力，同時就會產生沙漏能量損失，對于系統的能量平衡產生影響。在某些工程問題中，采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題，對于這類問題，可采用多點積分的單元來解決，當然計算成本也會大大增加。
3.ABAQUS中沙漏的設置
在ABAQUS/CAE中，可以方便地在Element Type界面下進行沙漏的設置。
1、Distortion control：只用于explicit分析。
當選擇 YES時，激活防止負體積單元出現或其他可壓縮材料的過度變形，這對超彈材料是默認的。Distortion control參數對線性動力學不可用，并且不能防止單元由于時間不穩定、沙漏不穩定或不切實際的物理變形造成的扭曲。
展開 沙漏控制cae技術聊留言
1.請問沙漏能太大怎么辦？
老師留言1："給個建議，因為之前我一直是做的爆破倒塌的，為了減少倒塌碰撞過程沙漏，在關鍵字mat-erosion失效模式中采用的雙向控制（主應變和主應力），只要混凝土的最大主應力或者主應變達到破壞的閾值，混凝土就失效，之前做案例的時候，沒設置雙向控制的時候，有的混凝土單元變形到布滿整個屏幕，主應變這個時候一生效（比如0.03），立馬正常消失了，如果混凝土拉應力達到1.43Mpa混凝土也失效，當時自己的案例測試的，當然最后也測試了控制一點沙漏都沒有的模型，反而還不一定準確。"
cae技術聊q：551922835
展開 Abaqus分析中的沙漏效應
沙漏的定義
沙漏（hourglassing）的產生是一種數值問題，是單元自身存在的一種數值問題。一般出現在采用縮減積分單元的情況下：
比如一階四邊形縮減積分單元，該單元有四個節點 “o”，但只有一個積分點“*”。而且該積分點位于單元中心位置，此時如果單元受彎曲或者受剪切作用，則必然會發生變形，如下圖所示。
對于單積分點線性單元，單元雖然受力后產生變形，但并沒有產生應變能--也叫零能量模式。在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，顯然這樣的結論是不合理的，所以必須避免這種情況的出現，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展---人為加的沙漏剛度就是這么來的。
2. 沙漏的控制方法
目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類：粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。
由于引入了沙漏控制力，同時就會產生沙漏能量損失，對于系統的能量平衡產生影響。在某些工程問題中，采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題，對于這類問題，可采用多點積分的單元來解決，當然計算成本也會大大增加。
3.ABAQUS中沙漏的設置
在ABAQUS/CAE中，可以方便地在Element Type界面下進行沙漏的設置。
1、Distortion control：只用于explicit分析。
當選擇 YES時，激活防止負體積單元出現或其他可壓縮材料的過度變形，這對超彈材料是默認的。Distortion control參數對線性動力學不可用，并且不能防止單元由于時間不穩定、沙漏不穩定或不切實際的物理變形造成的扭曲。
展開 
仿真過程中單元合理選取高級精髓
沙漏模式：
哪種單元出現：線性減縮積分單元的應力/位移場分析中；
何為沙漏模式：因線性減縮積分單元積分點較少，可能出現沒有剛度的零能量模
式（沙漏模式），網格較粗時，零能模式會通過網格擴展出去，
是計算結果無意義；
判斷：
方法1：查看單元的變形情況，如果單元變成交替出現的梯形形狀，就可能出現沙漏模式，如下圖：
方法2：result-history output，繪制ALLAE（偽應變能）和內能ALLIE曲線，
ALLAE占ALLIE的1%時，表明沙漏模式對計算結果影響不大；超過10%
時，分析認為無效。
沙漏控制：
沙漏控制：abaqus中的偽應變能或沙漏剛度主要用來控制沙漏變形能量；
措施：
l 細化網格：線性減縮積分單元要避免過于粗糙的網格，如結構發生彎曲變形，則在厚度方向上至少劃分4個單元；
l 設置沙漏控制：引入少量的人工“沙漏剛度”來限制沙漏模式的擴展。網格足夠細化時，方法非常有效，可獲得足夠精確的計算結果。enhanced、relax stiffness、stiffness、viscous、combined。
? 沙漏控制時，所設置的沙漏控制選項數值大于默認值，可能導致沙漏剛度過大而出現數值不穩定；
? 一般采用默認，默認出現沙漏模式，往往是由于網格太稀疏，最好修改網格。
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。
展開 淺析有限元分析中的沙漏現象及其控制方法
3.控制沙漏的方法
Hourglass 可通過引入內部節點力來控制，相關的關鍵字有CONTROL Hourglass,*Hourglass 等，但是這就有了另一個問題，既然是人為的引用了節點力，那么這個人為的力所產生的能量(Hourglass energy)就得越小越好，一般要求沙漏能要小于總能量的 5% 才認為結果是可靠的。
能量之間是可以轉化的。但是，對于動力學問題，總能量一般是不變的，也就是能量守恒原理。沙漏模式也就是零能模式在理論上是存在的，大多數實際的模型中是不可能的。
零能模式是指有變形，但不消耗能量。顯然，這是一種偽變形模式，若不加以控制，計算模型會變得不穩定，并且計算出來的結果是沒有意義的。
要抵制這種變形模式就需要消耗一定的能量，也就是沙漏能。
如果，這個比值太多，就說明計算模型與實際模型的變形有很大差距，當然結果也就是不正確的。這也是使用縮減積分所付出的代價。
用完全積分單元可以解決這個問題，但是計算效率不高，還有可能導致單元鎖死，過剛度等問題。
展開 【案例】圓柱體坯料鍛造鐓粗-ALE網格自適應大變形分析
所有其他案例（使用默認截面控制但采用不同剛性表面模型）的結果與案例1使用默認截面控制的結果相同。
核心要點與選擇建議
準靜態分析首選：對于像圓柱體鐓粗這樣的準靜態成型過程，STIFFNESS（純剛度） 或 ENHANCED（增強應變） 是更合適的選擇，因為它們能提供穩定的、非速率依賴性的阻力。案例研究表明，在此類問題上， STIFFNESS 控制能以較低的成本獲得與細網格默認設置相近的力-位移結果。
動態分析默認：對于一般的動態問題，如果不確定，使用默認的 RELAX STIFFNESS 是一個安全且通常有效的起點。
精度與成本權衡：如果模型規模允許，且對局部應力應變精度要求高，可以考慮使用 ENHANCED 控制。這在一些殼單元和實體單元的基準測試中能提供更優的解。
務必避免：在準靜態分析中，切勿使用 PURE VISCOUS（純粘性） 控制，否則很可能得到因沙漏變形過大而失效的結果。
能量監控：無論選擇哪種控制，都應檢查分析結果中的能量歷史。確保用于控制沙漏的“人工能量”遠小于模型的“內能”（例如，小于5%-10%），這是判斷沙漏控制是否有效且未過度影響結果的重要指標。
展開 LS-dyna 常見問題匯總
為了評估沙漏能，在*control_energy卡片中設置HGEN＝2，而且用*database_glstat和*database_matsum卡分別輸出系統和每一個部件的沙漏能。這一點是要確認非物理的沙漏能相對于每一個part的峰值內能要小(經驗上來說<10%)。對于殼單元，可以繪制出沙漏能密度云圖，但事先在*database_extent_binary卡中設置SHGE=2。然后在LS-Prepost中選擇Fcomp>Misc>hourglass energy。
對于流體部件，缺省的沙漏系數通常是不合適的(太高)。因此對于流體，沙漏系數通常要縮小一到兩個數量級。對流體用基于粘性的沙漏控制。缺省的沙漏方程(type 1)對流體通常是可以的。
對于結構部件一般來說基于剛性的沙漏控制(type 4,5)比粘性沙漏控制更有效。通常，當使用剛性沙漏控制時，習慣于減小沙漏系數到0.03~0.05的范圍，這樣最小化非物理的硬化響應同時又有效抑制沙漏模式。對于高速沖擊，即使對于固體結構部件，推薦采用基于粘性的沙漏控制(type 1,2,3)。
粘性沙漏控制僅僅是抑制沙漏模式的進一步發展，剛性沙漏控制將使單元朝未變形的方向變形。
類型8沙漏控制僅用于單元類型16的殼。這種沙漏類型激活了16號殼的翹曲剛度，因此單元的翹曲不會使解退化。如果使用沙漏控制8，16號殼單元可以用于解被稱為扭曲梁(Twisted Beam)問題。
對于單元類型1的體和減縮積分2D體(shell types 13 & 15)類型6沙漏控制調用了一種假設應變協同轉動方程。使用沙漏控制類型6和系數1.0，一個彈性部件在厚度方向僅僅需要劃分一層類型1的體單元就可以獲得正確的彎曲剛度。在隱式計算里面，對于類型1的體單元應該總是使用類型6的沙漏控制(實際上，在V970里面這是自動設置的)。
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