LS-DYNA多物质运动如何理解-峰设教育

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在做爆炸、冲击等相关领域的专题时，绕不开的话题便是多物质运动，所谓多物质运动也即为结构响应过程中多种物质相互穿插的这种现象，在LS-DYNA中是通过关键字*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP来定义实现，下面重点讲解下这个关键字的用法。

Purpose: This command defines the appropriate ALE material groupings for interface reconstruction when two or more ALE Multi-Material Groups (AMMG) are present in a model. This card is required when ELFORM = 11 in the *SECTION_SOLID card or when ALEFORM = 11 in *SECTION_ALE1D or *SECTION_ALE2D. Each data line represents one ALE multi-material group (AMMG), with the first line referring to AMMG ID 1, second line AMMGID 2, etc. Each AMMG represents one unique “fluid” which may undergo interaction with any Lagrangian structure in the model

目的：该命令定义了当一个模型中有两种或多种ALE-多组分（AMMG）存在时，界面重构时合适的ALE材料组。当在*SECTION_SOLID 中ELFORM=11或在*SECTION_ALE1D 或*SECTION_ALE2D中ALEFORM = 11时需要该卡片。每行数据代表一个AMMG，第一行表示AMMG ID 1，第二行表示AMMG ID 2，以此类推。每个AMMG代表一种独特的“液体”，可以与模型中的任意Lagrangian结构产生反应。

Variable SID IDTYPE

Type I I

Default none 0

SID 设置ID

IDTYPE 设置类型：=0时为组分集合；=1时为组分

ELFORM：当在 *SECTION_SOLID 卡片中的ELFORM=12时（单一材料和空白），这个卡片不应该使用，在一个模型中，ELFORM=12不能与ELFORM=11一起使用如果可能，推荐使用ELFORM=11，因为这是处理多材料ALE parts 最稳定和多功能的公式

AMMGID Assignment（ALE多材料组的指定）：每个AMMGID 自动分配一个ID并包含一个或多个Part IDs，每个AMMGID的界面随着其动态变化而重构，在LS-PrePost中每个AMMGID由一种材料轮廓颜色表示

在后处理中绘制这些AMMGID：FCOMP→MISC→VOLUME FRACTION OF AMMGID→APPLY

例子一：

考虑一个包含三个容器的纯Euler模型，每个容器中包含两种不同物质材料（液体1和液体2），所有材料又被背景材料所包围（可能是空气），容器由相同的金属材料组成。假设这些爆炸并喷射出液体。我们想追踪多种材料的流动及可能的混合。所有七种Part在其*SECTION_SOLID card中设置了ELFORM=11，所以我们总共有7个PIDs，但是只有四种物质材料，如下图所示。

方法1：如果我们想只追踪物质材料的界面

一共四种不同材料：1-液体1，2-液体2，3-金属和 4-空气

$…|….1….|….2….|….3….|….4….|….5….|….6….|….7….|….8

*SET_PART

11 （物质材料液体1，PID11）

*SET_PART
2

22 33 （物质材料液体2，PID22和PID33）

*SET_PART

44 55 66 （物质材料金属3，PID44，PID55和PID66）

*SET_PART

77 （物质材料空气4，PID77）

*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP

1 0 ← 第一行 = 第一种 AMMG⇒ AMMGID = 1

2 0 ← 第二行 = 第二种 AMMG⇒ AMMGID = 2

3 0 ← 第三行 = 第三种 AMMG⇒ AMMGID = 3

4 0 ← 第四行 = 第四种 AMMG⇒ AMMGID = 4

$…|….1….|….2….|….3….|….4….|….5….|….6….|….7….|….8

通过这种方法，我们可以只定义四组AMMGs（NALEGP=4）。所以在LS-PrePost中，当绘制材料组（时间历程变量）轮廓时，我们会看到四种颜色，分别代表每种材料。这样的结果是当物质材料22和33流动到同一个单元中的时候，它们会合并在一起，接下来保持在它们之间没有明显的边界。这种情况对于热动力状态差不多的流体可以接受，但对于固体从直觉上不太容易接受。举个例子，如果材料44,55,66中的固体容器材料流动到了一个单元中，它们会合并“像一种单独流体”，并且它们之间的界面不能被追踪，如果这种情况不能接受，则需要采用另一种替代方法，如下。

方法2：如果我们想重构尽可能多的物质材料界面，我们需要设置每个组件的界面。

$…|….1….|….2….|….3….|….4….|….5….|….6….|….7….|….8

*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP

1 1 ← 第一行 = 第一种 AMMG⇒ AMMGID = 1

2 1 ← 第二行 = 第二种 AMMG⇒ AMMGID = 2

3 1 ← 第三行 = 第三种 AMMG⇒ AMMGID = 3

4 1 ← 第四行 = 第四种 AMMG⇒ AMMGID = 4

5 1 ← 第四行 = 第五种 AMMG⇒ AMMGID = 5

6 1 ← 第四行 = 第六种 AMMG⇒ AMMGID = 6

7 1 ← 第四行 = 第七种 AMMG⇒ AMMGID = 7

$…|….1….|….2….|….3….|….4….|….5….|….6….|….7….|….8

这种情况下有七组AMMGs（NALEGP=7），额外的追踪会包含更多的计算资源。实际上，如果在任意一个单元内有三个或四种以上的材料，计算精度会急剧下降，在这种情况下，需要更高精度的网格。

例子二：

油：组分1 Part ID 1和2

水：组分2 Part ID3

空气：组分3 Part ID 4,5,6

上述例子定义了三组材料的混合（或“液体”：油，水，空气），即：有三组AMMGs ，NALEGP=7

第一组包含两个parts（材料），Part ID 1和2

第二组包含一个part（材料），Part ID 3

第三组包含三个parts（材料），Part ID 4,5,6

再看一个其他的例子，炸药由土壤内部爆炸的分析中，数值模型由炸药、土壤层、空气和混凝土板4部分组成，其中炸药、土壤和空气3种材料采用欧拉网格建模，单元使用多物质ALE算法，混凝土板采用拉格朗日网格建模，混凝土板与空气和土壤材料间采用耦合算法。

炸药：组分1 Part ID 1

土壤：组分2 Part ID 2

空气：组分3 Part ID 3

混凝土板：组分4 Part ID 4

下列语句

$ SECTION DEFINITIONS $
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
$
*SECTION_SOLID_ALE
1,11
*SECTION_SOLID_ALE
2,11
*SECTION_SOLID_ALE
3,11
*SECTION_SOLID
4,0
$
$
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
$ ALE DEFINITIONS $
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
$
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
1,1
2,1
3,1
$