解决Ansys LS-DYNA常见难题：行列式异常问题攻略

在ANSYS LS-DYNA中，常遇到行列式为负或为零问题，即negative or zero determinant – solid element。笔者以简单跌落仿真为例，从网格前处理、单元设置层面，提供了两种解决negative or zero determinant问题的方法。

1、问题提出

在众多的ANSYS 用户中，大部分工程师已经适应使用SpaceClaim软件和Mechanical软件配合使用，在通常情况下，没有计算问题。但是在与LS-DYNA集成使用时，LS-DYNA会报以下的错误信息。

2、问题再现

第一步：现在使用SpaceClaim软件生成简单的圆柱体和棱柱体，如图-1所示。点击其Geom，然后点击Analysis中的Share Topology选项中的Share，使2给零件共享拓扑，这样就不需要给2个零件建立连接或者接触关系，其模拟实际零件之间的焊接或者粘接关系。

图-1 零件及共享拓扑图

第二步：在Spaceclaim中打开Workbench软件，在打开界面中，拖拽一个LS-DYNA到窗口中，如图-2所示。在本例中，可以使用1种材料，也可以使用2种材料，本模型采用2种，即AL 7039 和STEEL 4340。用户可以在Engineering Data进行材料添加也可以在后续的Mechanical的材料模块中添加。

图-2 Workbench窗口

第三步，点击图2中的Model，打开Mechanical软件，如图-3所示。给棱柱零件赋予STEEL 4340钢，圆柱零件赋予AL 7039铝合金。

图-3 Mechanical 中指定材料

第四步：设置网格尺寸为2mm，然后生成网格如图-4所示。圆柱零件的网格在其表面处出现金字塔单元，如图-5所示。

（a）整体图                                                      （b）棱柱                                                                       （c）圆柱

图-4 模型网格

图-5 金字塔单元

第五步，点击Mechanical中的Environment工具栏中的Drop Test Wizard，设置地面高度2000mm，生成跌落计算工况。

第六步，点击Write Input File，输出key计算文件。

第七步，打开LS-RUN，或者ANSYS Mechanical APDL Product Launcher 进行提交计算。计算即发生报错，报错信息如第一节所描述。

3、解决方法

如第一节中错误信息所示，其报错的根本原因是模型中存在金字塔单元，即Pyramid Element。

解决方法一：在SpaceClaim中，取消共享拓扑，在几何中，2个零件不进行节点共享，然后在Mechanical中采用Bond 接触。此方法，是使模型中不出现金字塔单元。

解决方法二：利用LS-PrePost打开key文件，进行单元属性更改。LS-DYNA在模型中会自动分配金字塔单元的单元属性为15单元积分公式，或者为115号单元积分公式。其设置在*CONTROL_SOLID中，如图-6所示，需将卡片中的ESORT设置为1或2，其默认为0，即不分配。但是，LS-DYNA在分配指定单元积分时，仅在实体单元属性采用ELFORM=1时才会生效。所以，报错的根本原因，是Mechanical在分配四面体单元居多（其包含金字塔单元）的零件的单元属性指定为单元属性为ELFORM=10，无法使*CONTROL_SOLID中ESORT参数起作用。因此，在LS-PrePost中把其单元属性ELFORM改为1，如图-7所示。

图-6 实体单元控制卡片

图-7 实体单元属性

4、总结

笔者从网格前处理、单元设置层面，提供了两种解决negative or zero determinant问题的方法，希望能够给正在使用ANSYS LS-DYNA的用户一些使用上的讲解与帮助。

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