有限元分析入门概念之一（负体积）解决负体积你哪个方法？

smedlut

负体积定义？ Negitive volume
负体积是由于element本身产生大变形造成自我体积的内面跑到外面接着被判断为负体积。
关于负体积的解决办法？
负体积多是网格畸变造成的，和网格质量以及材料、载荷条件都有关系。有可能的原因和解决的方法大概有几种：
（1）材料参数设置有问题，选择合适的材料模式)
（2）沙漏模式的变形积累，尝试改为全积分单元
（3）太高的局部接触力（不要将force施在单一node上，最好分散到几个node上以pressure的方式等效施加），尝试调整间隙，降低接触刚度或降低时间步。
（4）在容易出现大变形的地方将网格refine。
（5）材料换的太软,是不是也会出现负体积!
（6）另外也可以采用ALE或是euler单元算法，用流固耦合功能代替接触，控制网格质量。例如在承受压力的单元在受压方向比其他方向尺寸长。
（7）尝试减小时间步长从0.9减小到0.6或更小。
经验总结：
时间步长急剧变小，可能是因为单元产生了严重的畸变而导致的负体积现象，如果采用的是四面体单元，你可以用网格重划分的方法来解决。如果你采用的是六面体单元，那目前就没有很有效的方法，可以试一下*ELEMENT_SOLID_EFG，那对机器的要求相对就会比较高了。

Q1:材料负体积解决方法（全面、有效）
材料负体积解决方法
在仿真中，通常有材料的大变形问题，如泡沫材料，由于单元大扭曲而出现了单元负体积，这种情况一般出来在材料失效之前。在没有网格光滑和网格从划分的情况下，ls-dyna有一个内部的限制来调节lagrange单元的变形。负体积一般都会导致计算中止，除非你设置时间步长控制中的erode=1和设置终止控制中的dtmin为一非零数，这种情况下，出现负体积的单元将被自动删除，计算也不会中止。不过就算你如上设置了erode与dtmin，负体积有时候也会导致计算出错停止。
一些常用的解决负体积的方法如下：
在材料出现大应变的情况下增强材料的应力-应变曲线中材料应力。这种方法往往非常有效果。
2、重新划分网格，在出现大变形的地方把网格加密。.
3、减小时间步长系数。默认的0.9系数可能不足以避免数值的不稳定。
4、避免采用全积分体单元（算法2和3），这会导致大变形和大扭曲的情况下计算相对不稳定。
5、采用默认的单元算法（单点体单元），采用沙漏控制type4和5。泡沫的沙漏控制算法为：在低速冲击问题中采用type6，系数为1；在高速冲击问题中采用type2和3。
6、泡沫材料网格划分采用四面体网格，单元算法为10，虽然这样会导致材料相对比较刚性。增大材料（泡沫材料57号材料）的阻尼系数，推荐采用系数为0.5。
8、在泡沫接触计算中，采用*contact中的选项卡B，关闭shooting node logic。
9、如果你采用的是126号材料，设置elform=0。
10、尝试使用EFG算法（*SECTION_SOLID_EFG）。

Q2:各位高手:我做分析时将terminate time设为0.006s时没有负体积出现，但一旦延长求解终止时间就会出现负体积，比如将terminate time设为0.01s时就会出现负体积，请问是什么原因呢，怎么解决好呢？
1 把ADMAP的参数值设置为0.1，在材料属性里面设置。
2 可以试试减小接触厚度
3 解决方法是将timestep改小，就没有负体积
4 修改*CONTROL_TIMESTEP里面的tssfac已经是改小时间步了
5 网格变形太大造成的。可以考虑一下改小失效应变和剪切应变，如果不影响计算结果的话
6 tssfac参数值已经变很小了,不管用.还有,设置的terminate time没有大于施加载荷的最终时间

Q3:探讨流固耦合中单元负体积出现的原因
1 当流体单元的长宽比大于5比1时，显示的结果就不准确了；当大于20比1的时候，就会出现负体积，无法得到结果。
2 你可以把MIR设置为0.3以上试试
3 你可以把单元细化；
2 更改松弛系数（一般是增大）流体的单元一般的来说不能长宽比太大，特别是你把动网格ALE打开了的时候，所以可以把网格的长宽比缩小试试。

Q4:负体积出现的原理是什么？
1 负体积原因是雅阁比矩阵的行列式值为负值，一般减小时间步长参数，增加材料刚度，改变单元质量都可以的！
2 如果是金属材料出现负体积，主要是单元质量问题，建议重新划分网格，但如果是非金属，这是常见现象，不一定是网格问题，可以寻求其他的方法，
3 发生的原因有可能是因为有initial penetration. 所以因该先检查是不是有initial penetration:
再来如果是少数的节点受力也因为力量集中造成负体积,所以这时候就可以把接触的网格划分细一点
另外如果是用hex element会有hourglass的情形,可以检查一下hourglass energy或者是两个物体刚性相差太多, 像是foam的材料, 可以在foam的表面加一层shell element增加solid element的自由度与刚性
4 实体包壳的作法可以用HM的find face厚度其实只要很薄一层(0.1mm就可以了)
建议可以用不同的壳后测试一下,看看两个有什么不同,如果差不多的话,当然是用比较薄的厚度
材料方面我是用mat_3 or mat_9 null,重量可以跟实体的参数是一样的,另外不去设定contact

Q5:边界层加密后出现负体积
我第一层网格只能取到0.1，再小了就出现负体积。这样计算出来的结果和试验差别较大，特别在分离区。在GAMBIT做网格不会出现这样的问题，刚学习ICEM，不知道怎么处理这样的问题，
1 调整一下block节点的位置
2 尽量不要让网格块扭曲或者夹角太小
3 在出现负体积附近切几刀,产生新的节点,你可以慢慢调.

QQ::
負體積是由於element本身產生大變形造成自我體積的內面跑到外面接著被判讀為負體積，
控制使element不出現不合理變形的方法就如同dragonwen與ayke所說的幾點，注意使Hourglassing情形減少，有以下幾個方法可以試看看
1.避免單點loading=>不要將force施在單一node上，最好是分散到幾個node上以pressure的方式等效施加
2.在容易出現大變形的地方將網格refine
3.使用全積分元素=>全積分元素沒有Hourglassing問題，但計算速度慢且還有其他問題，是最不建議的作法
1 采用全积分单元
2 使用均匀网格，避免采用单点集中载荷)
3 全局增加模型的弹性刚度
全积分单元比减缩积分单元更容易出现负体积，但减缩积分单元要注意沙漏控制。
全局增加模型的弹性刚度会让模型比实际刚硬，不是好方法。!

Q6:单元出现负体积 如何删除该单元
970 key manaul里面在restart input data下……
使用方法是重启动时用的，就是在某一步中用sw1中止，然后生成.r重启动文件，删除不需要的单元，然后计算……
应该是*delete_element_solid:
下面的参数是node set No.

Q7:为什么钢铁和泡沫碰撞会产生负体积
沙漏控制没加阿！
建一个沙漏控制卡，选4号或6号，附给泡沫单元的part6
接触中将soft改为1，将sfs和sfm改为0.1 `

负体积的原因是由于单元畸变引起的，单元节点编号有一个顺序，当变形过大，或者不合理时， 某个或某些节点穿透所属单元的面，造成负体积。对于接触问题，控制收敛时，有时要设接触反力或用其他办法，把穿透接触面的节点拉回去，这个反力过大时，单个时间步中，这个节点被拉回的位移就很大，穿透了所属单元的面，这时就产生负体积，这时要减小时间步，或者修改接触准则，很多办法，
这几天我也遇到这个问题很困扰，是个接触问题，材料都是弹性的，有几个单元计算到某一时间步的时候就出现负体积，节点速度到12次方量级，而且前一步都很正常，变形都不大。负体积那里是六面体单元，表面蒙有一层壳模拟夹层结构
这个典型是接触时的负体积，修改一下接触控制，减小穿透时的反力，还有你的节点速度太大，应该减小时间步。
减缩积分的壳很容易产生沙漏，壳单元沙漏有可能产生负体积，你可以看看壳的变形就知道了，如果不是特别的情况，应该不是由壳的沙漏引起的

负体积的解决办法之一：
stiffen up the material stress-strain curve at large strains 将材料的弹模取大

Q8:关于实体单元负体积的问题
1:察看你的边界约束条件是否正确
2:调整时间间隔,缩短时间步长
3:把单点积分该为全积分
4:重新选择一下你的材料模型.

Q9:负体积和速度超限怎么解决？
通常的办法是先检查你的网格是否发生严重的畸变，如果没有发生，可以适当减小时间步长因子。

Q10:完全重启动后出现负体积怎么处理啊？solid164单元，由于计算机过程中网格变形很大，于是在计算机到一半时，讲网格重新划分了一下，结果出现很多负体积单元，
1.出现负体积是一件很痛苦的事情，尤其是算到一半，如果计算的结果已经满足你想要的数据，劝你不要弄下去了。
如果，你非要坚持下去，最直接的办法，重新建模型，调整网格大小，但是这样并不能保证，一定不会出现负体积。
自己慢慢摸索吧。
高手和凡人的差距往往就体现在划分网格的水平之上！

Q11:我在做一个冲击问题，老师出现负体积，怎么办啊？我减小时间步长，减小网格都不行，
负体积多是网格畸变造成的，和网格质量以及材料、载荷条件都有关系.
可能的原因和解决的方法大概有几种:
1 材料参数设置有问题，
2 选择合适的材料模式
3 沙漏模式的变形积累，
4 尝试改为全积分单元
5 太高的局部接触力，尝试调整间隙，
6 降低接触刚度或降低时间步
另外也可以采用ALE或是euler单元算法，用流固耦合功能代替接触,控制网格质量，例如在承受压力的单元在受压方向比其他方向尺寸长



滑移网格?

流水小戏

改成全积是下策吧

风浪雨奏

ayuner2 发表于 2009-3-24 09:22
谢谢LZ！ 看到很多人说负体积是网格不够密，不过很奇怪的是，我之前网格粗时，没有负体积出现，加密后倒出 ...

你定义失效了吧，网格大的话，定义失效后直接删除，出现负体积的可能就小了

胡天

厉害，大赞

Loki583

感谢楼主分享，一定好好学习！

大棒在手

厉害了！！！！！！！！！！！

希希-

ayuner2 发表于 2009-3-24 09:22
谢谢LZ！ 看到很多人说负体积是网格不够密，不过很奇怪的是，我之前网格粗时，没有负体积出现，加密后倒出 ...

我也碰到了同样的问题 请问您解决了吗

3508316630

改单元积分，这个应该单元变形比较小。负积体一般是材料应力应变曲线不够了，适当延申。网格加密有必要。四面体没试过。有些网格负体积是结构性的，有的网格顶点抵到另一网格两顶点之间，一动就是负体积。