LS-DYNA离散梁单元所使用的各种材料的差异整理

 离散梁单元材料众多,在选择时必须在根据条件合理选择,下面进行总结:
离散梁(6号梁单元)最多6 个自由度,弹簧单元(*element_discrete)只有一个自由度,离散梁单元的内力在局部坐标系(r,s,t)中输出,包括在d3plot,d3thdt和elout文件中。
对于离散梁,不需要定义方向节点N3(可选的,也可以定义,但必须在section_beam中SCOOR等于2时);
离散梁单元可以是0长的也可以是非0长的(对于0长的,定义N1,N2=-N1,N2固接于大地)。
离散梁的重量和它的长度没有关系,是体积VOL和材料密度的乘积(如果材料模型质量密度为单位1,则vol就是离散梁质量,该质量均匀分配到离散梁的两个节点上)。

    CA和OFFSET仅针对索(使用材料*MAT_CABLE_DISCRETE_BEAM)。当使用970v6763(或者后继版本)时,索的体积在VOL设置为0的时候会自动计算为长度与*CABLE 面积的乘积。
    对于离散梁有点难以理解的是梁的轴向(N1N2方向)不需要沿着局部坐标系移动。这是因为节点间的关联变形是基于内力增加值和当前局部坐标方向的瞬时值累积计算出的。

第1模块:离散梁
*MAT_66 (*MAT_LINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BEAM)6弹簧线弹性-线粘性梁 (定义刚度、粘性系数及初始力);
*MAT_67 (*MAT_NONLINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BEAM)6弹簧非线性弹性-非线性粘性梁(定义拉压不一样的力及粘性曲线、初始力);
*MAT_68 (*MAT_NONLINEAR_PLASTIC_DISCRETE_BEAM)6弹簧非线性弹塑性-线性粘性梁(定义刚度、粘性系数、塑性力位移曲线、力或位移破坏准则-破坏后删除单元、初始力);
*MAT_69 (*MAT_SID_DAMPER_DISCRETE_BEAM)Side impact dummy damper(这个没用过,多次冲击带阻尼)   
*MAT_70 (*MAT_HYDRAULIC_GAS_DAMPER_DISCRETE_BEAM)与上面类似,没用过,具体看K文件吧!
*MAT_71 (*MAT_CABLE_DISCRETE_BEAM)弹性索,无压力
最新添加的类型有:
第2模块:离散弹簧梁;(经测试,该模块材料在弹性时计算正常,在非线性时太太太过于耗时,且后处理读取数据太太太慢,不建议使用,后附测试K文件)

弹性:
*MAT_74 (*MAT_ELASTIC_SPRING_DISCRETE_BEAM)  1DOF线性或非线性弹簧和阻尼为一体的体系,可定义失效,初始力等;阻尼项damp=1.5*dtmax*stiffness ,可能为增强稳定性。

*MAT_93 (*MAT_ELASTIC_6DOF_SPRING_DISCRETE_BEAM)<– 同时需要 *MAT_74  6弹簧非线性弹性或非线性粘性梁,通过多个74号单弹簧定义本模型。

塑性:
*MAT_94 (*MAT_INELASTIC_SPRING_DISCRETE_BEAM) 带阻尼弹塑性1DOF弹簧,定义刚度、阻尼及屈服力位移曲线,且拉压方向可不一样,带失效准则。
*MAT_95 (*MAT_INELASTIC_6DOF_SPRING_DISCRETE_BEAM) <– 同时需要o *MAT_94 6DOF非线性非弹性-非线性粘性梁,与94号一起定义!

第3模块:(特殊)一般离散梁
*MAT_97 (*MAT_GENERAL_JOINT_DISCRETE_BEAM) <–同时需要任意 6 DOF类型 耦合两节点


塑性+卸载选项:下两个模型是在mat_spring_general_nonlinerar基础上演化而来的!
*MAT_119 (*MAT_GENERAL_NONLINEAR_6DOF_DISCRETE_BEAM)在121基础上扩展的六个自由度的模型
*MAT_121 (*MAT_GENERAL_NONLINEAR_1DOF_DISCRETE_BEAM)一维可考虑卸载选项的非线性塑性模型

*MAT_196 (*MAT_general_spring_discrete_beam) <– 也可选 *MAT_74,93,94,95中任一种,包含单独的拉伸和压缩失效准则。最普通6自由度离散梁,参数较多,一般使用简化后的其它模型!阻尼项damp=1.5*dtmax*stiffness ,可能为增强稳定性。
*MAT_197 (*MAT_SEISMIC_ISOLATOR)滑动或弹性隔震支座
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如果离散梁单元是0长的,可选的SCOOR的值为-1,0,1。
如果离散梁单元是有限长度的,SCOOR可被设置为-3,-2,2或者3;对于离散梁,建议-2或2。
CID定义初始局部坐标系(r,s,t),如果CID=0,则初始r,s,t的方向分别与全局坐标X,Y,Z同向。除非定义梁单元时定义了第三个节点N3,此时N1,N2和N3就定义了梁单元的局部坐标系的初始方向(有且仅当SCOOR=-2和2时)。如果使用了*ELEMENT_BEAM_ORIENTATION,则优先使用它建立局部坐标系的方向。

如果SCOOR=-3或者3,作为剪切刚度的结果,有限梁会产生一个剪切力,并导致一个大小为(剪切力*梁长度)/2大小的梁扭矩,而这不仅归于梁的旋转刚度。这个扭矩对产生真实的梁行为是必要的。
如果SCOOR=-1,0,1的话,将不会产生平衡扭矩。因此,为了避免结构上的非物理的转动约束,通常推荐使用SCOOR=-3,或者3。在某些很少的情况下,SCOOR=-1,0,1更好的原因是为了避免结构不稳定或者是在整个仿真过程中离散梁始终接近0长。

离散梁单元局部坐标系的更新:
RRCON,SRCON,和TRCON可能被用来固定其中任意或者全部的局部坐标方向。默认的是局部坐标方向是变化更新的,而不是固定的。
如果RRCON,SRCON,和TRCON为0(不固定),局部坐标系将基于节点1,2或者它们的平均角速度来更新(由SCOOR决定基于哪个速度)。除非是局部坐标系通过CID由*DEFINE_COORDINATE_NODES定义并且FLAG=1。此时,梁的局部坐标系将基于定义*DEFINE_COORDINATE_NODES中的三个节点来更新,如果SCOOR=-2或者2,局部坐标系将会做最终的调整,使得r轴的方向沿着梁轴线方向,即沿着定义梁的节点1和节点2方向。

Taochun Yang
Author: Taochun Yang

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