第二章 LS-DYNA接觸算法.

1、安世亞木ANSYSCHINA本章內(nèi)容及目標(biāo)1. 初步了解LS-DYNA中的接觸問題2. LS-DYNA中3種不同的接觸算法3. 10種不同的接觸類型集合4. LS-DYNA中的高級接觸控制5. 2D接觸及其它接觸類型6. 使用接觸的注意事項(xiàng)通過以上學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)該能夠定義和使用接觸。概述LS-DYNA不使用單元定義接觸。在接觸的定義過程中，分為主面(MASTER)和從面(SLAVE),LS-DYNA的接觸搜尋往往由從面白勺節(jié)點(diǎn)案ij鮭可能號之接觸商主宙童兀；通過多達(dá)24種不同的接觸，LS-DYNA可以處理絕大多數(shù)常遇到的接蝕問題;要定義LS-DYNA的接觸，用戶只需要指定接觸面，接觸類型和一些相

2、關(guān)參數(shù)即可；面對24種不同的接觸類型，要選擇合適的類型來描述實(shí)際物理系統(tǒng)往往很重要，為了選擇合適的接觸類型，往往需要對LS-DYNA中的接觸集合和算法有深入的理解。接觸算法與接觸集合接觸算法是程序用來處理接觸面的方法。在LS-DYNA中有3種算法:SingleSurfaceContact;NodestoSurfaceContact;SurfacetoSurfaceContact一個(gè)接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合.在LS-DYNA中有10種集合：1. General2. Automatic3. Rigid4. Tied5. TiedwithFailure6. Eroding7. Ed

3、ge8. Drawbead9. Forming10. 2Dcontact普通接觸自動(dòng)接觸剛性接觸連接觸固連失效接觸侵蝕接觸邊接觸拉延筋接觸成形接觸二維接觸矍乗協(xié)同仿討代安世亞木ANSYSCHINA單面接觸用于當(dāng)一個(gè)物體的外表面與自身接觸或和另一個(gè)物體的外表面接觸時(shí)使用；單面接觸是LS-DYNA中最通用的接觸類型，因?yàn)槌绦驅(qū)⑺阉髂Ｐ椭械乃型獗砻?，檢查其間是否相互發(fā)生穿透；由于所有的外表面都在搜索范圍內(nèi)，不需要定義接觸面與目標(biāo)面。單面接觸對于處理接觸區(qū)域不能提前預(yù)知的自接觸或大變形問題是非常有效的。相對于ANSYS隱式分析,LS-DYNA的單面接觸不會(huì)非常耗時(shí)。大多數(shù)沖擊與碰撞問題可以定義單面接

4、觸當(dāng)接觸面之間的穿透超過接觸單元厚度的40%時(shí)，單面接觸自動(dòng)釋放接觸，從而對下列問題造成潛在的問題：> 1超薄部分> 2.具有低剛度的軟體> 3.高速運(yùn)動(dòng)物體之間的接觸單面接觸在ASCIIrcforc文件中不記錄所有的接觸反作用九如果需要接觸反力，可以使用點(diǎn)到面或面到面接觸。有效的接觸類型有：單面（SS）,自動(dòng)單面（ASSC）,自動(dòng)一般（AG）,侵蝕單面（ESS）,單邊（SE）,和二維自動(dòng)單面（ASS2D）。矍乗協(xié)同仿討代面面接觸安世亞木ANSYSCHINA當(dāng)一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)碰到目標(biāo)面時(shí)，點(diǎn)面接觸發(fā)生。由于它是非對稱的，所以是最快的算法。對于點(diǎn)面接觸，必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)

5、組元或PART號。對于預(yù)先已知非常小的接觸面，點(diǎn)面接觸十分有效.對于節(jié)點(diǎn)接觸剛體同樣可以使用它.CONTACTNODESTARGETSURFACE在使用點(diǎn)面接觸時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：平面或凹面應(yīng)作為目標(biāo)面而凸面應(yīng)作為接觸面較粗網(wǎng)格應(yīng)為目標(biāo)面，而較細(xì)網(wǎng)格應(yīng)為接觸面對拉延筋接觸，拉延筋總是節(jié)點(diǎn)接觸表面而板料則是目標(biāo)面。點(diǎn)面接觸記錄所有的接觸反作用力，存在ASCII文件rcforc中.有效的接觸類型為NTS,ANTS,RNTR5TDNS5TNTS,ENTS,DRAW,FNTS當(dāng)一個(gè)物體的面穿透另一個(gè)物體的面時(shí)，使用面面接觸算法。面面接觸是完全對稱的，因此接觸面與目標(biāo)面的選擇是任意的。對于面面接觸，需要

6、用節(jié)點(diǎn)組元和PART號來定義接觸面和目標(biāo)面。節(jié)點(diǎn)可以從屬于多個(gè)接觸面。面面接觸是一種通用算法，通常用于在已知的接觸對象是較大的面時(shí)。面對面接觸對產(chǎn)生大量相對滑移的接觸（如一個(gè)木塊在平面上的滑移）非常有效。面面接觸算法自動(dòng)記錄所有的接觸反作用力到ASCIIrcforc文件中。有效矗接觸類型有STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TDES，TSTS,ESTS,FSTS,FOSS矍乗協(xié)同仿討代普通接觸安世亞木ANSYSCHINA普通接觸只考慮殼體單元一側(cè)接觸?；謴?fù)力（即抵抗節(jié)點(diǎn)穿透的懲罰力）將隨著接觸節(jié)點(diǎn)穿透目標(biāo)表面而持續(xù)增加。節(jié)點(diǎn)經(jīng)過一定殼單元厚度后，此力不會(huì)被消除。GeneralCon

7、tact矍乗協(xié)同仿討代安世亞木ANSYSCHINA自動(dòng)接觸自動(dòng)接觸考慮殼體單元兩側(cè)的接觸。殼體接觸表面的方向是自動(dòng)確定的?；謴?fù)力將隨著接觸節(jié)點(diǎn)穿透目標(biāo)表面而持續(xù)增加，但只能增加到一點(diǎn)，這是由于殼單元的兩個(gè)面都需要檢測。penetratingnodeContactRestoringForceShellTOPaurfmceShellBOTTOMsurface矍乗協(xié)同仿討代AutomaticContact安世亞木ANSYSCHINA剛性接觸剛性接觸RNTR和ROTR類似于NTS和OSTS接觸，但它不是用線性剛度來阻止穿透，而是定義力-變形曲線來實(shí)現(xiàn)。這種接觸通常用于多剛體動(dòng)力學(xué)，它們允許在不必模擬變

8、形單元的情況下，吸收能量。剛體對可變形體的接觸必須用一般、自動(dòng)或侵蝕接觸來定義。整錄協(xié)同仿夷討代固連接觸固連接觸用于連接兩個(gè)不相似的網(wǎng)格，在很大程度上。這與ANSYS隱式中所用的綁定接觸幾乎是一樣的。接觸節(jié)點(diǎn)粘接在目標(biāo)表面上。兩個(gè)面必須是初始共面的。目標(biāo)面可以變形，迫使接觸節(jié)點(diǎn)隨之變形。固連接觸只影響平移自由度(UX,UY,UZ)固連接觸模型包括：TDNS,TDSS,andTSES接觸。安世亞木ANSYSCHINA固連斷開接觸固連斷開接觸實(shí)質(zhì)是失效的固連接觸。常被用來模擬點(diǎn)焊或螺栓連接。一旦符合失效方程，接觸節(jié)點(diǎn)就能夠從目標(biāo)面上滑移或分離岀來。TNTS失效方程基于法向力或剪切力，而TSTS失效

9、方程基于法向或切向應(yīng)力。矍乗協(xié)同仿討代Ifn.fail丿失效（聯(lián)接解除）'fJail侵蝕接觸安世亞木AMSYSCHINA這些接觸模型(ESS5ENTS,ESTS)應(yīng)用于外表面上的實(shí)體單元發(fā)生失效的情況(例如，由于超過允許應(yīng)變值)，從而需要內(nèi)部實(shí)體單元承擔(dān)抵抗穿透的作用。矍乗協(xié)同仿討代安世亞木ANSYSCHINA邊接觸邊接觸用于殼單元的面法線與碰撞方向正交的情況。殼邊接觸(SE)自動(dòng)選定所有的邊線。SE接觸也包含在自動(dòng)一般(AG)接觸中。Y矍乗協(xié)同仿討代拉延筋接觸拉延筋接觸一般用于對坯料有特殊要求的金屬成形過程。例如，沖壓過程中經(jīng)常由于坯料不能貼緊模具而引起了坯料的褶皺。拉延筋接觸通過包

10、含確保坯料在整個(gè)拉伸過程中與模具始終接觸的彎曲和摩擦限制力來模擬實(shí)際的拉伸過程。成形接觸類型成形接觸選項(xiàng)用于金屬成形過程中點(diǎn)對面(FNTS)成形,面對面(FSTS)成形以及單向面對面(FOSS)成形。對于這些接觸類型，沖頭和模具一般定義為目標(biāo)面而工件則定義為接觸面。這些接觸類型網(wǎng)格無需連通，因此減小了接觸定義的復(fù)雜性。沖件網(wǎng)格的方向必須一致。成形接觸選項(xiàng)基于自動(dòng)接觸類型，因此功能十分強(qiáng)大。2D接觸由PLANE162單元組成的模型，只能定義為二維接觸。由ANSYS/L&DYNA支持的2D接觸選項(xiàng)是ASS2D默認(rèn)的接觸表面是整個(gè)模型（即不采用目標(biāo)面）。接觸表面可以限定為2D接觸只支持靜摩擦

11、系數(shù)（FS）ofljANSYSGraphicsDEC21200014:00:17ANSYS一個(gè)part集（EDASMP）.安世亞木ANSYSCHINA罰函數(shù)方式罰函數(shù)方式在滲透的節(jié)點(diǎn)和接觸面間法向界面彈簧較少的網(wǎng)格零能模式回復(fù)剛度如下描述：k=aKA/V»oc是罰函數(shù)縮放因子»K是材料的體積模量»A是段面積»V是單元體積運(yùn)動(dòng)約束方式基于1976年Hughesetal的沖擊釋放條件滿足動(dòng)量守恒約束位于從節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位移從表面的網(wǎng)格應(yīng)該更細(xì)化（防止kinks）應(yīng)用于固連面固連面TIED_SURFACE_TO_SURFACE»固連面的平動(dòng)自由度TIED

12、_NODES_TO_SURFACE»固連節(jié)點(diǎn)對面的平動(dòng)自由度(DOF)»不傳遞扭矩TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE»固連平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度DOFTIEBREAK_NODES_TO_SURFACE»法向和切向失效力TIEBREAK_SURFACE_TO_SURFACE”法向和切向失效應(yīng)力矍乗協(xié)同仿討代安世亞木ANSYSCHINA分布參數(shù)方式接觸面上的質(zhì)量和壓力分配約束施加于從節(jié)點(diǎn)的加速度和速度上，確保沿主表面運(yùn)動(dòng)僅適用于滑動(dòng)»流體對結(jié)構(gòu)»氣體對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵字1SLIDING_ONLYp1SLIDING_ONLY_PENALTY整錄協(xié)同仿夷討代安世亞木ANSYSCHINA*CONTROL_CONTACT可改變接觸計(jì)算的缺省值滑動(dòng)界面罰函數(shù)的全局縮放因了（缺省=0.10）剛體與固定的剛墻相互作用的縮放因子»缺省:不考慮剛體與固定的剛墻相互作用初始滲透檢查考慮殼的厚度»面對面和點(diǎn)對面對單面接觸考慮殼厚度改變»標(biāo)記:膜應(yīng)變導(dǎo)致殼厚度改變罰函數(shù)剛度計(jì)算方式重定向接觸段的法向矍乗協(xié)同仿討代接觸使用注意事項(xiàng)接觸面之間的初始穿透不允許。如果LS-DYNA檢查到面之間有初始穿透，將自動(dòng)將