显式动力学分析十大要点 —— 第二部分

在上一篇文章中，我列出了建立稳健、快速且准确的显式动力学模型的前六个最佳实践步骤。在这篇文章中，我将描述剩下的四个步骤。请注意，这些是适用于几乎所有显式动力学模型的一般步骤。在特殊情况下，可能需要额外的步骤。例如在爆炸分析中，可以包含一个欧拉域来模拟爆炸，并且需要一种耦合方法来模拟爆炸气体与固体之间的相互作用。

显式动力学分析的最佳实践步骤：

7. 对几何模型进行网格划分

a. 创建一个具有相对均匀的单元尺寸分布的网格。模型中具有非常精细网格的位置会降低时间步长，这可能导致非常长的运行时间。图1比较了隐式和显式模型的优选网格。在高能动态分析中，由于应力波的运动和相互作用，峰值应力几乎可以出现在任何地方，所以在显式模型中，在圆角处有精细网格并不是那么关键。

图1 隐式（左）优选网格和显式优选网格（右）

一些网格划分工具，如 ANSYS Workbench/LS-Dyna 中的虚拟拓扑和基于网格的简化几何，为通过几何特征进行网格划分提供了选项。这意味着网格不必与表面几何的边界完全一致。下面的图2展示了一个例子，其中默认网格在左侧几何图形中的细长面处包含非常小的单元。右下角相对均匀的网格要好得多，因为它允许更大的时间步长。

图 2：默认网格和优选网格 —— 两者均由包含细长面的几何图形创建

b. 尽可能使用六面体网格。四面体单元不仅会显著增加模型大小，而且通常会大大降低时间步长。

8.应用初始条件、载荷和约束

a. 指定初始条件，如初始平动速度和转动速度。

b. 平滑的载荷曲线（例如正弦曲线）将有助于防止冲击。

c. 列出和 / 或绘制载荷以进行验证。

d. 对于准静态问题，使用更快的速度和减少的瞬态过程来加快运行时间。

9.创建并绘制接触界面。

a. 对于壳模型，能够检测壳两侧接触的接触类型是首选。这包括 LS-Dyna 中的自动接触类型。

b. 确保在接触定义中包含所有可能参与接触的表面。

c. 如果需要，使用能够处理自接触的接触类型。当材料自身折叠时，这是必要的，这种情况经常发生在车辆碰撞或金属成型分析中。压缩C形槽的示例如图3所示。

d. 尽可能避免初始穿透。它们可能会产生虚假应力、能量误差和对表面几何形状的不良改变。

图 3显示自接触的压缩 C 形槽截面

10.应用求解设置并求解

a. 指定瞬态时间。

b. 指定输出频率。需要足够的输出点来捕捉关键时间点的结果，但过多的输出点可能会生成过多的数据。如果可能的话，仅对关键关注区域中的一小部分节点和单元以高频率写入输出点。

c. 请求关键结果的输出，如整体和局部能量、反作用力和接触力。能量输出对于错误检查至关重要。例如，如果沙漏能量过高，这表明需要太多能量来控制沙漏现象，或者沙漏模式很显著。此外，初始能量加上外部功在任何时候都应几乎等于系统总能量。

d. 明智地使用质量缩放。在准静态分析中，质量缩放是一种经过验证的减少运行时间的方法，在这种分析中，速度较低且动能相对于内能非常小。如果在特定情况下谨慎应用，它也可以用于真正的动态分析。