3. 单元类型选择与网格策略
在 LS-DYNA 显式动力学分析中，单元类型与网格策略直接决定三件事：计算规模、结果可信度、以及能否稳定算完。很多“算不动”或“结果明显不对”的问题，根源并不在材料参数或接触设置，而在于一开始就选错了单元公式或网格密度。本节围绕壳单元、实体单元、梁单元的适用场景，沙漏控制与单元公式选择，以及网格密度与计算精度的平衡展开。
一、三类单元的适用场景
壳单元适用于一个方向尺寸远小于另外两个方向的薄壁结构，典型如车身覆盖件、电池包上盖、薄壁吸能盒、钣金支架。其力学假设是沿厚度方向应力近似为零，通过厚度积分点描述弯曲与膜行为。LS-DYNA 中常用 *SECTION_SHELL，配合 ELFORM=2（Belytschko-Tsay）作为默认选择，它计算最快，适合大变形薄壳；当出现明显翘曲或需要更准确的弯曲响应时，可改用 ELFORM=16（全积分壳）或 ELFORM=-16，代价是计算量上升。
实体单元适用于三个方向尺寸接近、需要真实三维应力状态的对象，如橡胶衬套、厚壁铸铝件、泡沫填充块、碰撞块、螺栓连接区局部细化模型。常用 *SECTION_SOLID，ELFORM=1 为单点积分六面体，计算高效但必须配沙漏控制；ELFORM=2 为全积分六面体，无沙漏但易在近不可压材料中产生体积锁死；ELFORM=-1 或 10 等适用于特定场景。对于橡胶、泡沫等近不可压材料，优先考虑 ELFORM=1 配合沙漏控制，或使用 ELFORM=-2 等适合大变形的方式。
梁单元适用于细长杆件，如防撞梁内加强筋、座椅骨架管件、拉杆、线束支架。使用 *SECTION_BEAM，ELFORM=1 为 Hughes-Liu 梁，ELFORM=2 为 Belytschko-Schwer 梁，后者效率更高。梁单元的关键在于截面定义与积分点数量，通常沿截面布置 2×2 或 3×3 积分点即可捕捉轴向与弯曲，过多积分点收益有限。
二、沙漏控制与单元公式选择
单点积分单元（壳 ELFORM=2、实体 ELFORM=1）计算效率高，但会产生一种非物理的零能变形模式，即沙漏。沙漏表现为网格出现锯齿状、交替的变形，能量不守恒，结果不可信。判断沙漏是否严重，最直接的方法是查看 glstat 文件中的沙漏能（hourglass energy）与总内能之比。工程经验上，该比值应控制在 5% 以内，超过 10% 则结果基本不可用。
控制沙漏的主要手段是 *HOURGLASS 关键字。对于实体单元，推荐 IHQ=4（刚度型沙漏控制），QM 系数取 0.05～0.10；对于壳单元，IHQ=4 同样适用，QM 可取 0.03～0.10。系数过小控制不足，过大则会使单元过刚，相当于人为增加了刚度，同样失真。另一种思路是改用全积分单元（壳 ELFORM=16、实体 ELFORM=2），从根源上消除沙漏，但全积分在弯曲主导问题中容易过刚，且计算量显著增加，需要权衡。
单元公式的选择还要考虑材料与变形模式。例如橡胶类近不可压材料使用实体单元时，ELFORM=1 配合沙漏控制通常比 ELFORM=2 更稳定，因为全积分在体积不可压条件下容易锁死。而金属薄壁件在大变形弯曲下，ELFORM=2 壳单元配合适当的沙漏控制即可获得良好结果。
三、网格密度与计算精度的平衡
显式分析的稳定时间步长由最小单元尺寸决定：Δt ≈ h/c，其中 h 为单元特征尺寸，c 为材料声速。网格越密，h 越小，Δt 越小，完成同样物理时间所需的步数越多，计算量急剧上升。因此网格密度不是越密越好，而是要在精度可接受的前提下尽量控制最小单元尺寸。
对于壳单元，弯曲变形区域沿弯曲方向至少布置 5 层单元，才能较好捕捉曲率变化；对于实体单元，厚度方向至少 3 层，否则弯曲刚度会被高估。接触区域、应力集中区域、预期失效区域应局部加密，而远离这些区域的部位可以适当放粗。局部加密时注意过渡要平缓，避免相邻单元尺寸比超过 2:1，否则会引入数值噪声。
当模型中存在少量极小单元导致步长过小时，可使用 *CONTROL_TIMESTEP 中的质量缩放（DT2MS）来人为增大这些单元的质量，从而提高稳定步长。质量缩放的原则是：附加质量应控制在模型总质量的 1%～2% 以内，超过这个范围惯性效应会明显失真，碰撞响应不再可信。实际检查时，可查看质量缩放报告，确认附加质量比例和受影响单元数量。
四、一个可参考的配置示例
以某薄壁吸能盒碰撞分析为例：吸能盒壁厚 1.5 mm，采用壳单元 ELFORM=2，沿弯曲方向布置 6 层单元，特征尺寸约 3 mm；*HOURGLASS 设置 IHQ=4、QM=0.05；*CONTROL_TIMESTEP 设置 DT2MS=-1.0e-6，质量缩放比例控制在 1.5% 以内。计算后检查 glstat：沙漏能占总内能约 3%，附加质量约 1.2%，结果可信。若沙漏能超过 8%，则优先检查网格是否过于粗糙或沙漏系数是否偏小，而不是直接加密全局网格。
单元类型与网格策略没有唯一正确答案，但有一条清晰的原则：用最合适的单元公式描述主要变形机制，用可控的沙漏与质量缩放保证数值稳定，用局部加密而非全局加密控制计算规模。掌握这条原则，后续的接触设置、材料参数和求解控制才有意义。