LS-DYNA网格穿透问题的实用解决方案

问题描述

在侵彻数值模拟中，最容易出现的就是网格穿透问题，将直接影响到计算结果的准确性，因此在这里就讨论如何解决侵彻过程中网格穿透问题。

根据笔者的经验总结了三种解决网格穿透较为有用的方法：

1）修改接触刚度控制关键字*CONTROL_CONTACT中滑移界面罚函数缩放系数（SLSFAC的值）；

2）修改*CONTROL_TIMESTEP时间步长缩放因子（TSSFAC的值）；

3）细化计算模型网格；

以弹丸侵彻双层靶板为理，探讨网格穿透解决思路；网格穿透情况如下图所示。

图  SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

方法一：修改*CONTROL_CONTACT滑移界面罚函数数值

保持TSSFAC=0.9、网格尺寸为0.05cm不变，滑移界面罚函数SLSFAC的值分别取1、2、3、5，侵彻过程中网格穿透情况如下。增加SLSFAC值，能够改善网格穿透，但是都无法解决初始时刻的网格穿透问题，并且SLSFAC值越大，网格越容易被删除。

图 SLSFAC=1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

图  SLSFAC=2、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

图  SLSFAC=3、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

图 SLSFAC=5、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05

方法二：修改*CONTROL_TIMESTEP时间步长缩放因子

保持SLSFAC=0.1、网格尺寸为0.05cm不变，时间步长缩放因子TSSFAC的值分别取0.67、0.6，侵彻过程中网格穿透情况如下。降低TSSFAC的值，能够改善初始和侵彻过程的网格穿透问题。

图  SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.67、ELEMENT SIZE=0.05

图 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.6、ELEMENT SIZE=0.05

方法三：细化模型网格

将网格尺寸由0.05cm降低至0.025cm，在侵彻初始和过程中未出现网格穿透，如下图所示。并且网格细化以后，改变SLSFAC和TSSFAC的值对侵彻过程的影响很小。

图 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.025

图 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.6、ELEMENT SIZE=0.025

图 SLSFAC=0.8、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.025

小结

通过对三种方法的研究，可以发现网格尺寸对网格穿透具有很大的影响，出现网格穿透时，可优先选择细化接触部分的网格，其次是减少时间步长缩放因子，但是较小的TSSFAC值会增加计算时间，最后可考虑增加接触罚函数缩放刚度，SLSFAC的值一般控制在1以内，过大的刚度会使网格越容易删除，会导致错误的计算结果。另外，材料本构和参数也是影响网格穿透的原因，这里笔者未进行验证，读者可自行更换材料参数进行验证。

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