节点分离法优化改进

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：节点分离法是单元删除法的一种改进，不需要删除单元，不影响能量守恒，可以描述材料中的宏观裂纹生成和断裂破坏等现象。节点分离法可以有效地预测材料中裂纹的分布、断裂后碎片的运动，但失效判据过于简单，应用到材料行为较为复杂的场合，需要根据实验结果来调整失效判据，预测功能有限。另外，节点分离法预测断裂问题与网格划分密切相关，需要预先确定断裂可能发生的薄弱部位，并在建模时加以处理，裂纹扩展方向受网格边界限制。

在有限元网格中，相邻的单元是共用节点的。而节点分离法首先将相邻单元中坐标相同的节点相互独立，为每个单元分配独立的节点，再定义节点间自由度的约束，通过给定的失效准则控制约束节点的分离。图2－3 给出了二维标准网格和分离节点网格的对比。相邻单元的节点在几何位置上相互重合，但物理上分属不同的单元。如N5节点，分离后在该位置重叠着分属4 个单元的4 个节点，这4 个节点组成一个节点组，节点间相互约束。当单元力学状态满足失效判据时，点间的约束失效，该节点组的4 个节点相互分离形成“裂纹”。当某个单元的所有节点均分离后，就成为孤立单元。孤立单元与其他单元之间通过接触算法实现力学参数的传递。

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图2－3　标准网格和分离节点网格对比

（a）标准网络；（b）分离节点网格（E—单元，N—节点）

在LS－DYNA 软件中，由关键字*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAIL⁃URE 为节点集添加约束，通过有效塑性应变阈值控制计算中约束节点的分离。达到阈值后，节点分离，表示材料发生断裂。节点分离法是单元删除法的一种改进，不需要删除单元，不影响能量守恒，可以描述材料中的宏观裂纹生成和断裂破坏等现象。

节点分离法可以有效地预测材料中裂纹的分布、断裂后碎片的运动，但失效判据过于简单，应用到材料行为较为复杂的场合，需要根据实验结果来调整失效判据，预测功能有限。另外，节点分离法预测断裂问题与网格划分密切相关，需要预先确定断裂可能发生的薄弱部位，并在建模时加以处理，裂纹扩展方向受网格边界限制。在相同载荷下，不同的网格划分可能会得到不同的裂纹路径。

节点分离法优化改进

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