壳单元和体单元的连接问题总结.pdf

在LS-DYNA中，模拟壳单元和体单元的连接问题是一个技术难点，因为这两种单元之间存在维度差异，且在实际物理场景中的连接方式多种多样。为了解决这一问题，工程师们开发了多种连接方法，每种方法都有其特定的适用场景和限制条件。 第一种连接方式是使用constrained_interpolation约束方法，该方法通过插值法来传递运动和载荷。在HYPERMESH中，这一过程涉及到选择壳单元上的一个节点作为dependent node，同时选择体单元上与其在一条直线上的一系列节点作为independent nodes。在这种连接方式下，dependent node的移动是通过interpolation（插值）来实现的，即它的位移由一系列independent nodes的位移得到。这种方法的优点是它适用于多种情况，包括壳单元与体单元的连接以及梁单元与体单元的连接。在质量与旋转惯量的重新分配上，该方法亦能发挥效用。需要注意的是，这种约束方式默认作用于全局坐标系，并且在HYPERMESH的LS-DYNA模块中，一些特定的参数如TWGHTX、TWGHTY、TWGHTZ、RWGHTX、RWGHTY、RWGHTZ、CIDI是不能设置的，需要通过手动修改关键字或使用LS-DYNA自带的前处理器来实现。 第二种连接方式是*constrained_shell_to_solid，该方法需要先建立一个体单元节点组，然后通过控制参数NID（壳单元节点编号）和NSID（体单元节点组编号）来实现连接。该方法适用于壳单元与体单元的连接，但它不适用于8节点壳与8节点体单元之间的连接。在定义过程中，需要特别注意壳单元节点必须位于体单元节点中间位置，节点排列必须在一条直线上，而体单元节点可以存在直线方向上的相对运动。此外，节点定义的顺序也非常重要，壳单元节点与体单元节点不能共用，否则会导致自由度混乱。 第三种连接方式是Constrained_nodal_rigid_body，它通过将一系列节点定义为一个节点刚体来实现连接。这种连接方式下，节点刚体可以任意运动，从而连接两个变形体。在连接点处，需要在两个变形体上选择一系列节点组成节点SET，然后将其定义为刚体，使得两个PART能够一起运动。这种方法在LS-PREPOST中实现起来非常方便，只需创建节点SET并将其放置到NSID的位置即可。在选择节点时，需要注意刚体内部节点的相对位置或转动是受到限制的。 第四种连接方式是*CONSTRAINED_NODE_SET，它定义了一个节点约束集合，将节点集合的平动自由度约束住，但不约束转动自由度。在使用这种方式时，节点集合内的节点不能有其他约束。与Constrained_nodal_rigid_body方法的区别在于，后者会限制节点刚体内部所有节点的相对位置或转动，而前者只约束节点集合的平动。这种区别可通过关键字手册中的示意图来理解。 第五种连接方式涉及到了失效模式的仿真，包括*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE和*CONSTRAINED_TIE_BREAK。这两种方法用于定义一种失效模式，模拟拉裂效果，但它们不能用于模拟壳单元与体单元的粘结。因此，一般会采用多种方法结合的方式来对模型进行仿真。 本文通过对LS-DYNA中壳单元与体单元连接问题的分析，总结了五种连接方式，涵盖了从插值法到刚体约束等多个层面。这五种方法各有优劣和适用条件，工程师在实际操作时需要根据具体的模型和仿真目的来选择最适合的连接方式。通过这些方法，可以有效处理壳单元与体单元在物理连接上遇到的挑战，并在计算机模拟中得到精确的仿真结果。