FEM-SPH耦合的案例
基于LS-DYNA的FEM-SPH耦合算法模擬高位突水對露天臺階的影響（附K文件） ￥38.79
傳統的有限元方法在求解流固耦合問題時存在許多困難，而FEM-SPH(有限元-光滑粒子法)在求解流固耦合問題時可以完美解決這個問題，FEM-SPH耦合算法可以作為一種新的思路求解流固耦合問題。本案例中采用FE-SPH耦合算法有效地模擬了高突水問題對露天臺階的影響，露天臺階采用FEM有限元模型，高位水庫采用SPH粒子，可以實現流體與固體系統的動態耦合分析。模擬結果較好地反映了突水對臺階的沖擊造成的動力破壞過程和動力響應。模擬過程及結果如下：
圖1 高位突水對露天臺階動態響應
圖2 高位突水對露天臺階模擬過程
“基于LS-DYNA的FEM-SPH耦合算法模擬高位突水對露天臺階的影響”這個案例是關于FEM-SPH耦合算法比較經典的一個算例，案例后附有K文件供各位參考學習，歡迎一起交流學習！
展開 FEM-SPH耦合算法高效性驗證及球形磨粒恒切深劃擦6H-SiC仿真
1問題的提出
單純用FEM算法建立有限元網格模型在模擬大變形問題經常會出現網格畸變，且FEM算法在模擬不連續的問題，如斷裂等問題并不具有優勢，SPH算法由于不用依賴網格算法，可以很好解決這一問題，但隨之帶來的邊界難以處理，計算效率低的問題也一直難以很好解決。為此本文嘗試用FEM-SPH耦合算法來耦合兩者優點，以期獲得理想的仿真結果。本文以單顆球形磨粒等切深劃擦碳化硅工件的FEM-SPH耦合模型為例，驗證這一耦合算法的高效性、正確性。
2 FEM-SPH耦合模型算例
2.1模型建立
圖2-1磨粒仿FEM-SPH模型
由于在磨削加工中，實際是金剛石磨粒的刀尖圓弧半徑劃過工件表面實現的材料去除，因此在介觀尺度下，不規則形狀的磨粒可以簡化成球體，工件簡化成與磨粒尺度相匹配的長方體，工件在7.5μm的切深范圍內采用SPH算法建模，剩下部.分采用FEM算法建立有限元網格，SPH粒子總數為144000個，粒子間隔為0.25μm，SPH粒子下的FEM網格工件網格大小并不影響計算結果，為提高計算時間，可適當取大網格間距，本文中取1μm，即4個SPH粒子與1個有限元網格匹配。磨粒仿真模型如圖2-1所示。幾何模型的具體參數如表2-1所示。因為磨粒為金剛石材質，其硬度和彈性模量遠遠大于單晶碳化硅工件，因此在研磨過程中，磨粒幾乎不會發生變形，因此將磨粒（密度3560kg/m3、泊松比0.2、楊氏模量1000GPa）設為剛體。單晶碳化硅是典型的的各向異性材料，本文仿真選用6H-SiC，單晶碳化硅（6H-SiC）工件的本構參數如表2-2所示。
展開 LS-DYNA高級應用——近場爆炸作用鋼筋混凝土墻破壞模擬 S-ALE-FEM-SPH耦合模型 ￥100
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</figure>
</figure><p><br></p><p>計算模型簡介：</p><p>固體域：</p><p>整體采用 FEM-SPH算法表征混凝土動態失效及碎片云的形成過程。</p><p>鋼筋混凝土墻尺寸為2m×2m,強度C35,采用RHT材料模型。（FEM-SPH solid單元，網格尺寸1cm×1cm）</p><p>鋼筋為?10@150mm的雙層交錯布置，材料HRB400,采用MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型。(FEM-beam單元,單元長度1cm)</p><p>流體域：</p><p>整體采用S-ALE算法表征炸藥爆轟過程。</p><p>炸藥為?150×200mm的圓柱狀TNT炸藥，爆距100mm。采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型及JWL狀態方程。</p><p>空氣采用NULL材料模型，LINEAR_POLYNOMIAL狀態方程。</p><p>S-ALE網格尺寸1cm。</p><p>耦合算法：</p><p>采用罰耦合對流體域與固體域的流固耦合過程進行計算。</p><p><br></p><p>計算效果：</p><p>損傷演化過程</p><p>依次為 正面開坑區損傷，背面崩落區損傷，側面剖視損傷。
展開 LS-DYNA的FEM-SPH耦合模擬巖石爆破
<p>二維和三維的FEM-SPH耦合爆破模型，結果如下。損傷、應力、速度等傳遞均比較連續。</p><p>目前發現如果給SPH粒子施加無反射邊界后會出現unknown中止計算，歡迎老師交流這個問題。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202112/ddab49f4a07a4183bf6a470e8e8815bf.png" title="1.png" alt="1.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/ddab49f4a07a4183bf6a470e8e8815bf.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/ddab49f4a07a4183bf6a470e8e8815bf.png?
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基于FEM-SPH耦合算法的磨粒仿真研究
長方體工件（長×寬×高）：2.0mm×1.0mm×0.3mm
圓錐磨粒尺寸：圓錐角120°，圓錐倒角半徑R=0.2mm
3.仿真方法
3.1仿真算法選擇
FEM-SPH（Finite Element Method-Smoothed Particle Hydrodynamics）耦合算法，即有限元-光滑質點流體動力學耦合的方法。
本文所用的加工材料單晶碳化硅屬于典型的硬脆材料，對于硬脆材料的研磨加工仿真，單純用有限元法（FE）來模擬往往會因為網格畸變而導致計算精度低甚至計算強行終止的情況。這是因為在磨屑的形成過程中，材料的去除會經歷彈性變形階段、彈塑性轉變階段、塑性變形階段、塑脆性轉變階段及脆性斷裂，且這一過程中工件材料會產生大量的不連續裂紋。因此，網格劃分的精度及材料失效判據的參數選取直接影響了模型計算的精度與效率，而采用SPH方法則避免了上述問題[4]。
SPH方法是一種純Lagrange方法，其基本思想是:將連續的流體（或固體）用相互作用的質點組來描述，各個物質點上承載各種物理量，包括質量、速度等，通過求解質點組的動力學方程并跟蹤每個質點的運動軌道，求得整個系統的力學行為。SPH用質點代替了網格，因此不會出現網格大變形問題，同時采用SPH方法進行建模不受尺度的限制，對于微納尺度的動態仿真（本文工件模型尺寸為μm級）結果仍然具有較高可信度。但FE方法在計算效率上相比SPH方法仍然具有極大的優勢，因此本文采用FEM-SPH耦合方法建立單顆磨粒劃擦單晶碳化硅模型。
3.2仿真流程
本文選用ANSYS 19.0版本進行模型建模相關操作，全程建模均采用統一的g-mm-ms單位制。首先，在Workbench中選用Workbench LSDYNA模塊，完成磨粒和工件的有限元模型工作。
展開 技術鄰周報Q7：Ansys/離散元/ABAQUS/LS-Prepost/接觸問題/LS-DYNA/FEM-SPH/APDL
11、FEM-SPH耦合算法高效性驗證及球形磨粒恒切深劃擦6H-SiC仿真
作者：
lxyy
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1807163
單純用FEM算法建立有限元網格模型在模擬大變形問題經常會出現網格畸變，且FEM算法在模擬不連續的問題，如斷裂等問題并不具有優勢，SPH算法由于不用依賴網格算法，可以很好解決這一問題，但隨之帶來的邊界難以處理，計算效率低的問題也一直難以很好解決。為此本文嘗試用FEM-SPH耦合算法來耦合兩者優點，以期獲得理想的仿真結果。本文以單顆球形磨粒等切深劃擦碳化硅工件的FEM-SPH耦合模型為例，驗證這一耦合算法的高效性、正確性。
12、LS-DYNA中的接觸問題：單面接觸，實體接觸，接觸剛度
作者：
趙旭文
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1807376
在LS-DYNA中，單面接觸廣泛應用于包括耐撞性問題在內的各種問題中。單面接觸會將部件以part ID的形式設置為從面，而不會設置主面。程序會考慮所有部件之間的接觸，包括單個部件的自接觸情形。如果用戶建立的計算模型非常準確，那么單面接觸的計算結果是是非常可靠和準確的。但是如果初始模型中有許多相互穿透的問題，那么能量平衡將會明顯上升或衰減。
13、LS-Prepost中快捷鍵說明
作者：
CAE備忘錄
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1807508
旋轉模型、移動模型、放大和縮小模型（比較粗糙）、放大和縮小模型（比較精細）...
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展開 利用ANSYS/LS-DYNA的SPH-FEM耦合拉伸模擬
光滑粒子動力學（smoothed particle hydrodynamics，SPH）的基本思想是將連續體離散為相互作用的粒子，每個粒子具有密度、質量以及相關物理屬性，粒子間運動遵循牛頓第二定律；其本質是一種拉格朗日方法，運用插值理論將宏觀變量（如壓力、密度以及溫度等）一系列無序點的值通過微分形式轉換成積分運算。SPH法采用粒子劃分，不依賴于網格，具有很好的自適應性，可以避免網格畸變，適合切削引起的大變形問題。然而SPH法對每個粒子進行計算時，需要搜索影響區域內近鄰的粒子信息、粒子物理量計算和搜索信息都比較費時，因此計算效率比普通的有限元法低，對于三維模型占用計算機資源較大。
針對SPH與FEM的各自特點，為提高計算效率并消除網格畸變，采用SPH與FEM耦合的方法解決切削數值模擬問題。在變形大的區域采用SPH，避免FEM的網格畸變過大造成計算困難。在變形小的區域采用FEM，以提高計算效率。SPH與FEM耦合算法分為固定耦合算法和自適應耦合算法。固定耦合算法在計算之前就已確定SPH區域和FEM區域。自適應耦合算法則在計算之前都是FEM網格，在計算過程中自動地將大變形的有限元網格單元轉換為光滑粒子，并按SPH法計算物理量。
基于以上考量，本文運用ANSYS/LS-DYNA進行了SPH-FEM耦合算法的拉伸試驗模擬。
2、模型設置
分析模型如下圖所示，拉伸件兩端采用殼單元，中間段采用SPH粒子法劃分。粒子與殼單元接觸段采用tie功能進行綁定，以實現FEM與SPH之間的耦合計算。
展開 SPH-FEM耦合 ￥20
做了一個簡單的SPH-FEM耦合實例，SPH-FEM耦合方法廣泛應用于爆炸與沖擊的數值計算中。通過關鍵字CONTACT_TIED_NODES_TO_SURFACE連接有限元界面和相鄰的SPH粒子。
高速撞擊—FEM+SPH耦合
兩種算法耦合的難點在于分界面力（位移）傳遞，以及四分之一模型中，對SPH粒子邊界的約束。 1000m/s的撞擊速度，計算結果如圖，精確結果還需要對材料模型參數進行詳細的標定。這種方法可避免FEM中使用侵蝕算法設置失效準則帶來的麻煩。 感興趣的可以在咸魚搜索：用戶名play(驀***士)，提供相關的k文件
Sph-fem耦合方案的異同比較 ￥10
Sph-fem耦合方案的異同比較
LS-DYNA | 混凝土內部爆炸的SPH_FEM耦合算法 ￥135
<ol><li class="ql-align-center"><strong>內容簡介</strong></li></ol><p>該案例以藥柱在混凝土內部爆炸為例，講解如何采用SPH_FEM耦合算法實現藥柱爆炸對混凝土損傷的數值模擬。該案例主要內容如下：</p><p>（1）如何建立SPH_FEM爆炸模型，</p><p>（2）SPH相關控制關鍵字如何設置，</p><p>（3）如何實現SPH和FEM之間的耦合，</p><p>（4）如何控制不同藥柱的起爆時間，</p><p>（5）如何查看混凝土的損傷參數。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<hr>
</div><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202403/attachment/35a68e74f4ec47e7a9a90046a3c0d3cd.gif" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202403/attachment/35a68e74f4ec47e7a9a90046a3c0d3cd.gif" style="" width="356" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202403/attachment/35a68e74f4ec47e7a9a90046a3c0d3cd.gif?
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基于SPH,FEM耦合的彈丸入土教程
基于SPH/FEM耦合的彈丸入土教程
步驟：
一、workbench中的前處理
1. 首先在creo中建立三維模型，分別為彈丸，內層土壤和外層土壤，其中，內層土壤與外層土壤要有一定的間隔，避免內層土壤生成的SPH粒子附在外層土壤的表面上
圖1 三維模型
2. 模型導入workbench中，進行前處理，用explicit dynamics(ls dyna export)顯示動力學模塊，首先對彈丸進行抽殼，將實體彈丸轉化為殼單元
圖2 彈丸實體模型抽殼
3. 劃分網格：內側土壤與外側土壤采用掃略方式劃分，彈丸采用自動劃分網格方式，網格大小可根據模型自行定義，外側土壤的網格尺寸要大于內側網格的尺寸，彈丸由于較小，因此將網格劃分的密一些使得彈丸的曲線能顯示出來,彈丸采用剛體形式劃分
圖3 網格劃分
4. 初始條件定義：定義重力加速度，定義彈丸位移，定義分析時間0.05s與時間步300步，將單位制修改為m,kg,s。至此workbench中的前處理完畢
二、LS-PREPOST中的前處理
將內側土壤SPH粒子化，方法見上一篇文章SPH法入門，之后刪除原本的內側土壤part
圖4粒子化后的內側土壤
2. 將模型最下方的所有節點定義為節點組1，所有SPH粒子定義為節點組2，靠近外側土壤的一層SPH粒子定義為節點3，將外側土壤的側壁定義為面組1
圖5土壤外側面組1
3. 添加BOUNDARY_NON_REFLECTING，定義面組1為無反射表面
4. 添加BOUNDARY_SPC_SET，約束點組1全部自由度
5. 添加BOUNDARY_SPH_SYMMETRY_PLANE，定義SPH粒子的對稱面為X0Y
6.
展開 雙顆磨粒FEM-SPH聯合建模分析方法
用WB LSDYNA建立雙顆磨粒與FEM、SPH工件部分，用ANSYS19.0 LSDYNA畫網格，磨粒掃掠網格，工件映射網格，其他前處理用LSPP處理，也可以在APDL中完成，最FEM-SPH耦合仍然在LSPP中處理，用UE修改替換關鍵字，主要是材料本構（JH-2），求解用LSDYNA Solver完成，或者ANSYS也行。
此方法還在嘗試中，歡迎大家一起交流探討。
FEM-SPH耦合計算 LSDYNA（Workbench 前處理） ￥10
SPH（光滑質點動力學）是一種無網格方法，最早是由歐洲航天局提出，用來解決天文物理學問題，用于計算超高速碰撞。SPH法的離散化不使用單元，使用固定質量的可動點。質量固定在質點的坐標系上，SPH方法是一種拉格朗日方法，基本的方程也是守恒方程和固體材料本構方程。由于SPH方法不使用網格，沒有網格畸變的問題，在拉格朗日格式下處理大變形問題。SPH法允許存在材料界面，可以簡單而精確的實現復雜的本構模型，已成功在水下爆炸仿真模擬、超高速碰撞等材料動態響應的數值模擬領域，可以模擬連續體結構的解體、破碎、固體層的斷裂和脆性破壞等。
1、首先建立如下圖所示的模型。
2、賦予材料，插入材料命令即可
3、刪除掉wb中接觸，需要在prepost中定義。
4、劃分網格如下圖所示，（sph中的部分節點需要與FEM中的對齊）
4、設置邊界條件和初始條件。設定FEM-SPH界面的segment，設置周圍為固定邊界。
5、用prepost打開K文件
6、將FEM網格變為SPH網格。
7、完成SPH網格的建立，刪除掉元Part。
7、設置set_node，用于定義接觸.
8、設置SPH的對稱面。
9、設置接觸為Eroding_nodes_to_surface
10、設置固粘接觸。
11、設置Section為sph，并在part中應用。
12、設置全局對稱。
13，就可以點擊計算。
展開 基于sph—fem結點耦合沖擊焊接數值模擬
本文通過Ls-dyna軟件，建立以Johnson-cook 本構關系和Grüneisen 狀態方程為熱塑性流體力學模型，由于完全利用sph算法會大大增加時間成本，最后運用SPH和ALE耦合的方法，并分析了一組關鍵參數沖擊速度、碰撞角度對焊接界面的影響。借此作為實驗指導，減少不要的實驗成本。
完整內容請下載word文檔查看
k 文件
結果報告.docx
