第6章 LS-DYNA壳单元、沙漏课件.ppt

第六章;壳单元 用于某一方向相对较薄的物体 ? 钣金、薄壁结构、发动机叶片、罐头等 ?防撞性、乘客安全仿真，钣金成型，飞机撞击，导弹上的冲击载荷 *ELEMENT_SHELL ? 单元ID号 ? part ID号 ? 四面体的4个节点三角形的 3个节点 ? 取代每一个节点上的缺省厚度;管与管的冲击 管长= 50 in O.D. = 6.625 in 厚度 = 0.432 钢Et = 105, ┮y = 105;壳单元的特性 有限应变 厚度方向积分点的任意和固定 壳单元厚度更新 单元卡上几何特性可任意指定 全矢量或平行的 Fully vectorized and parallelized. 所有壳单元共享的构造子程序 可使用共同的局部坐标系 沙漏控制来控制零能模式;在塑性屈曲问题中单元公式的不同常引起显著的差异; 在DYNA3D中第一种实行的壳单元为Hughes-Liu 壳，它能处理有限应变。在LLNL的DYNA3D 1986版本中出现 。1983年就出现了壳单元，但计算非常慢，如考虑管对管冲击问题： . 3 solid elements per shell solution time = 12 CPU minutes . 发布时的Hughes-Liu 壳 = 600 CPU minutes . 1986年 改进的壳 = 4 CPU minutes (XMP) . 在 RS6000 工作站上的快的Hughes-Liu 壳 4 CPU minutes 加速这种壳单元需要相当的努力;第一次发布的Hughes-Liu壳单元速度慢的几个原因 : . 2 x 2 选择简化积分点selective reduced integration . 无向量化 (慢8倍) . 中间步的应变计算 加速来自： . 1 点积分 . n + 1 几何形状用于应变计算 . 使用总体坐标系 增加粘性沙漏力控制零能模式;Belytschko-Tsay 壳 The B-T 壳单元由 Belytschko和Tsay 在 1981年发展起来的，并由 Belytschko, Lin 和Tsay在1984年改进。基于坐标旋转co-rotational 和速度-应变公式的组合 通过绑定坐标系于单元内，坐标旋转公式避免了非线性机械中的复杂性 相对速度.应变的共轭应力是 Cauchy 应力 壳运动假定节点是 co-planar.;坐标选择坐标系构造单元坐标系;Belytschko-Tsay 壳 这种壳作为Hughes-Liu 壳的考虑计算效率的替代公式 . 用 5个积分点， B-T 壳要求 725个 数学操作步，而 H-L 壳需要 4066. . Selectively reduced (S/R) 积分的 H-L壳要求35,367 由于它的计算效率， B-T 壳为常用的单元公式，也因此成为4节点壳单元公式的缺省公式;Belytschko-Tsay壳 缺乏精度 两个问题说明它的缺点 (首先由 Belytschko 和合作者指出) .施加角力的半球壳问题 . 施加端点载荷的MacNeal-严重扭曲梁问题;Belytschko-Tsay 壳 精度不高;Belytschko-Tsay 壳 B-T 壳速度快，但因速度要求而做的简化影响精度 B-T 壳忽略几何体的扭曲 很难确定简化是否重要或什么时候重要，除非能用另一种壳来进行比较 B-T 壳将作为一种新的壳公式得到承认 B-T 壳在碰撞应用中被证明是相当精确的;Belytschko-Wong-Chiang 壳 可能为未来的单元公式 优点： . 改进横向剪切力的处理 .对翘曲单元处理更精确 缺点： . 比 B-T开销大 . 不能退化成三角形壳 替代: 对B-T壳施加B-W-C 翘曲刚度(*CONTROL_SHELL);加速度，速度和位移在节点求值 应力和应变在积分点求值 全积分 积分点 - 计算效率高 - 沙漏;壳单元公式 膜单元 5. Belytschko-Tsay membrane 9. Full integrated Belytschko-Tsay membrane 三角形单元 3. BCIZ triangular shell 4. C0 triangular shell (recommended) 2-D 12. Plane stress 13. Plane stra