Dyna接觸界面設(shè)置

會計學(xué)1Dyna接觸界面設(shè)置00132210JAN20006-2

本章目標(biāo)完成本章后,學(xué)員應(yīng)該該能夠定義和使用接觸面1.對ANSYS/LS-DYNA中的接觸有一個初步了解2.描述了ANSYS/LS-DYNA中3種不同的接觸算法3.描述了8種不同的接觸類型集合4.定義如何創(chuàng)建接觸面5.描述了

ANSYS/LS-DYNA中的高級接觸控制6.提出ANSYS/LS-DYNA使用接觸的注意事項7.練習(xí).第1頁/共35頁00132210JAN20006-3

接觸面–概述ANSYS/LS-DYNA不使用單元定義接觸.在ANSYS/LS-DYNA中使用接觸面定義接觸.通過多達(dá)22種不同的接觸描述,ANSYS/LS-DYNA可以處理絕大多數(shù)會遇到的接觸問題要定義ANSYS/LS-DYNA的接觸,用戶只需要指定接觸面，接觸類型和一些相關(guān)參數(shù)即可.第2頁/共35頁00132210JAN20006-4接觸面–概述（續(xù)）面對22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)往往比較困難.為了選擇合適的接觸類型，往往需要對ANSYS/LS-DYNA中的接觸集合和算法有深入的理解.接觸算法是程序用來處理接觸面的方法.在ANSYS/LS-DYNA中有3種算法:1.SingleSurfaceContact2.NodestoSurfaceContact3.SurfacetoSurfaceContact一個接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合.在ANSYS/LS-DYNA中有9種集合:

1.General 5.TiedwithFailure9.Forming 2.Automatic 6.Eroding 3.Rigid 7.Edge 4.Tied 8.Drawbead第3頁/共35頁00132210JAN20006-5接觸面–概述（續(xù)）第4頁/共35頁00132210JAN20006-6單面接觸單面接觸用于當(dāng)一個物體的外表面與自身接觸或和另一個物體的外表面接觸時使用.單面接觸是ANSYS/LS-DYNA中最通用的接觸類型，因為程序?qū)⑺阉髂Ｐ椭械乃型獗砻妫瑱z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.在預(yù)先不知接觸情況時，單面接觸非常有用.第5頁/共35頁00132210JAN20006-7單面接觸（續(xù)）相對于ANSYS隱式分析,ANSYS/LS-DYNA的單面接觸不會非常耗時。大多數(shù)沖擊與碰撞問題需要定義單面接觸當(dāng)接觸面之間的穿透超過接觸單元厚度的40%時，單面接觸自動釋放接觸，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力.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SingleSurface,AutomaticSingleSurface,AutomaticGeneral,ErodingSingleSurface和SingleEdge第6頁/共35頁00132210JAN20006-8當(dāng)一個接觸節(jié)點(diǎn)碰到目標(biāo)面時，點(diǎn)面接觸發(fā)生.由于它是非對稱的，所以是最快的算法.只考慮沖擊目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)。對于點(diǎn)面接觸,必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)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.在使用點(diǎn)面接觸時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):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,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,

DRAW,FNTS

TARGETSURFACE

CONTACTNODES1.平面與凹面為目標(biāo)面，凸面為接觸面.2.粗網(wǎng)格為目標(biāo)面，細(xì)網(wǎng)格為接觸面.3.對于Drawbead接觸,壓延筋總是節(jié)點(diǎn)接觸面，工件為目標(biāo)面.點(diǎn)面接觸第7頁/共35頁00132210JAN20006-9當(dāng)一個物體的面穿透另一個物體的面時，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.面面接觸算法自動記錄所有的接觸反作用力到ASCIIrcforc

文件中.有效的接觸類型有STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV面面接觸第8頁/共35頁00132210JAN20006-10penetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeAutomaticContactGeneralContactContactRestoringForceContactRestoringForce自動與普通接觸自動接觸與普通接觸的區(qū)別在于對殼單元接觸力的處理方式不同普通接觸在計算接觸力時不考慮殼的厚度.自動接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元的兩側(cè)兩種接觸類型中的殼元接觸力按照如下方法計算:第9頁/共35頁00132210JAN20006-11侵蝕接觸當(dāng)單元可能失效時用這種接觸.侵蝕接觸的目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后，剩下的單元依然能夠考慮接觸。第10頁/共35頁00132210JAN20006-12Contactofthekneesagainstthedashboard剛體接觸接觸RNTR和ROTR與NTS和OSTS類似，除了后者是用線性剛度來阻止穿透，后者是采用用戶定義的力-變形曲線來阻止穿透。這些通常用于多剛體動力學(xué).變形體與剛體之間的接觸必須用automatic或erodingcontacts.第11頁/共35頁00132210JAN20006-13邊-邊接觸edgecontact用于殼單元的法線與碰撞方向正交時。用EDCGEN,SE自動選擇所有的邊線.第12頁/共35頁00132210JAN20006-14固連接觸接觸被粘在一起.當(dāng)網(wǎng)格彼此不匹配時，可以使用(TDNS,TDSS,TSTS,TNTS).經(jīng)常用于銷栓連接.當(dāng)使用固連失效時(TSTS,TNTS)，達(dá)到以下條件時固連就失效:tiedfnfsffffnnfailmssfailm,,?è???÷+?è???÷3121第13頁/共35頁00132210JAN20006-15F=Ffriction+FbendingDepthofdrawbead拉延筋（Drawbead）接觸Drawbeadcontact通常用于板料成型，用于約束板料的運(yùn)動.在類似沖壓的板料成型過程中,通常會出現(xiàn)工件與模具之間失去接觸（如起皺）.Drawbeadcontact允許使用彎曲和摩擦阻力，用于確保工件在整個沖壓過程中與壓延筋始終保持接觸.第14頁/共35頁00132210JAN20006-16鈑金成形類接觸成型接觸選項：formingnodetosurface(FNTS),formingsurfacetosurface(FSTS)和formingone-waysurfacetosurface(FOSS)是鈑金成形分析中首選的類型.對于這些接觸選項,沖頭與模具通常定義為目標(biāo)面，而工件則定義為接觸面.對于這些接觸類型中模具無需網(wǎng)格貫通,因此減小接觸定義的復(fù)雜性.模具網(wǎng)格的方向必須一致.成型接觸選項基于自動接觸類型，因此功能十分強(qiáng)大.第15頁/共35頁00132210JAN20006-17接觸面定義在ANSYS/LS-DYNA中用4個基本步驟來定義接觸:Step1:選擇適合的接觸類型Step2:標(biāo)定接觸實(shí)體(對于單面接觸不需要)Step3:指定需要的額外參數(shù)Step4:指定高級接觸控制STEP1:決定接觸選項在

ANSYS/LS-DYNA中有大量的接觸類型來定義面面之間的相互作用.要定義特定應(yīng)用的接觸選項,參考ANSYS/LS-DYNA用戶指南與本章中的描述.對于大多數(shù)分析,建議使用automaticgeneral(AG),nodestosurface(NTS),和surfacetosurface(STS)接觸選項.第16頁/共35頁00132210JAN20006-18接觸面定義-Step2STEP2:定義接觸實(shí)體除了單面接觸(ASSC,AG,SS,ESS,andSE),所有的ANSYS/LS-DYNA接觸選項要求定義接觸和目標(biāo)面.定義接觸與目標(biāo)面有兩種方法:1.指定節(jié)點(diǎn)組元(CMcommand)2.指定PartIDs1.要常見接觸定義中需要的節(jié)點(diǎn)組元,首先選擇接觸面…. 然后將面上的節(jié)點(diǎn)定義為組元UtilityMenu:Select->EntitiesUtilityMenu:Select->Comp/Assembly...->CreateComponent第17頁/共35頁00132210JAN20006-19接觸面定義-Step2（續(xù)）2.要創(chuàng)建接觸定義中使用的PartID’s,首先用EDPART,CREATE創(chuàng)建PART…在創(chuàng)建完節(jié)點(diǎn)組元和PART號后，用EDCGEN命令定義接觸.

Preprocessor:LS-DYNAOptns->PartOptions

第18頁/共35頁00132210JAN20006-20接觸面定義-Step2（續(xù)）EDCGEN命令自動在接觸面與目標(biāo)面之間生成接觸.Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->DefineContact首先選擇接觸類型與相關(guān)選項然后指定摩擦系數(shù)對于面面接觸與節(jié)點(diǎn)-面接觸,會出現(xiàn)另一個對話框，然后定義CONTACT和TARGET面.對于單面接觸選項,不會出現(xiàn)第二個對話框,因為不需要定義接觸面與目標(biāo)面.第19頁/共35頁00132210JAN20006-21接觸面定義-Step2（續(xù)）STEP2(續(xù)):關(guān)于摩擦系數(shù)參數(shù)與ANSYS隱式相比,ANSYS/LS-DYNA中摩擦的定義靈活地多，摩擦系數(shù)可以取決于速度，可以為總的摩擦力設(shè)置一個限制值.在ANSYS/LS-DYNA中,摩擦系數(shù),

mc如下定義:

mc=md+(ms-md)e-(DC)(v)式中ms=靜態(tài)摩擦系數(shù),md=動態(tài)摩擦系數(shù),v=接觸面之間的相對速度.DC=指數(shù)衰減系數(shù),當(dāng)DC或v=0,

mc=ms

最大摩擦力,Flim,可以通過粘性摩擦系數(shù)VC與接觸面的面積乘積進(jìn)行限制:Flim=VCAsegment摩擦系數(shù)限制經(jīng)常用于接觸會引起塑性流動的應(yīng)用中。建議VC=1.732

ss,ss

是接觸材料的剪切屈服應(yīng)力第20頁/共35頁00132210JAN20006-22接觸面定義-Step2（續(xù)）為了避免接觸中不必要的振蕩,可以使用接觸阻尼系數(shù)VDC在接觸面垂直方向施加阻尼.VDC使實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換為臨界頻率的百分比，如20%，則VDC輸入值應(yīng)為20:

x=VDCx

crit=VDC(2mw)其中

m

是接觸主面的質(zhì)量，

w

自然頻率。VDC常用于鈑金成形分析中消除振蕩。所有摩擦參數(shù)(ms,md,DC,VC,andVDC)可直接由EDCGEN命令輸入第21頁/共35頁00132210JAN20006-23接觸面定義-Step3STEP3:指定其它參數(shù)對于一些特殊的接觸種類，需要輸入EDCGEN中的V1-V4參數(shù).下面的表總結(jié)了每種類別需要的額外輸入每個額外值直接以接觸/目標(biāo)組元或PART號輸入.第22頁/共35頁00132210JAN20006-24列表與刪除接觸由于不創(chuàng)建接觸單元,在求解之前非常有必要列出定義的接觸面來確保接觸已經(jīng)正確地定義.用EDCLIST命令列出接觸實(shí)體

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->ListEntities所有定義的接觸實(shí)體連同指定的摩擦系數(shù)可以自動的列出.注意到每種接觸定義有一個參考號第23頁/共35頁00132210JAN20006-25列表與刪除接觸（續(xù)）如果確認(rèn)接觸面的定義不正確，可以使用EDCDELE命令方便地刪除接觸當(dāng)使用

EDCDELE命令時,必須指定接觸選項和接觸/目標(biāo)組元或PART.

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->DeleteEntitiesContactoptionContactcomponentTargetcomponent第24頁/共35頁00132210JAN20006-26Contact#1Contact#2Contact#3畫接觸面使用接觸定義號以及EDPC命令畫接觸對用EDCLIST命令列出接觸，然后用接觸參考號和EDPC命令畫出接觸對指定接觸界面識別號第25頁/共35頁00132210JAN20006-27高級接觸控制選項-Step4一旦定義了模型中面與面之間的接觸，在

ANSYS/LS-DYNA中有幾個高級選項控制接觸.幾乎所有的高級接觸選項由EDCONTACT命令控制.主要有以下幾項:Option1:ControllingthecontactsearchmethodOption2:ControllingcontactdepthOption3:ControllingcontactstiffnessOption4:Contactsurfacebirthanddeathtimes(EDCGENcommand)Option1:控制接觸搜索方法在ANSYS/LS-DYNA中,有2種接觸搜尋方式:a.網(wǎng)格連貫性搜索(defaultforNTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS)b.塊方法(defaultforallothertypes)在網(wǎng)格連貫搜索中,接觸算法使用相鄰單元共用的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索.當(dāng)一個目標(biāo)面與一個接觸節(jié)點(diǎn)脫離接觸后，相鄰的面被檢查.第26頁/共35頁00132210JAN20006-28高級接觸控制選項1

meshconnectivity方法非?？?，但要求接觸面的網(wǎng)格是連續(xù)的在bucketsort方法中,

由接觸面所占據(jù)的三維空間被分為許多立方體（buckets).節(jié)點(diǎn)可以接觸同一立方體中的任何部分或者相鄰的bucket.接觸節(jié)點(diǎn)可接觸在相同的bucket中或相鄰的bucket中接觸任何目標(biāo)面的部分

bucketsort算法功能十分強(qiáng)大,但是在某種程度上比meshconnectivitytracking要慢,尤其針對大模型.因為許多模型含有不連續(xù)的網(wǎng)格，因此最好使用EDCONTACT命令的SHTK域?qū)⒔佑|算法設(shè)置為bucketsortmethod:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls第27頁/共35頁00132210JAN20006-29高級接觸控制選項2Option2:控制接觸深度對于STS,NTS,和OSTS的普通選項,ANSYS/LS-DYNA假定搜索的接觸深度為1010.當(dāng)接觸節(jié)點(diǎn)穿過目標(biāo)面時，就會產(chǎn)生一個與接觸深度成比例的接觸力.當(dāng)模型的組件處于連續(xù)的相對運(yùn)動時由于產(chǎn)生假接觸，從而帶來不穩(wěn)定.如果接觸深度很大,偽接觸力會呈現(xiàn)無窮大.如果節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)（滑到）在目標(biāo)面的后面，它會很快滑到物體外的空間中.為了控制接觸深度,使用EDCONTACT命令中的PENCHK域:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls通過設(shè)置小穿透檢查為ON,程序?qū)⒏鶕?jù)目標(biāo)段的厚度搜索接觸深度.第28頁/共35頁00132210JAN20006-30高級接觸控制選項3Option3:控制接觸剛度在ANSYS/LS-DYNA中penaltymethod

被用來計算接觸力.在penaltymethod中，一個彈簧被防在兩個物體之間，其間的接觸力由下式給出:理想情況下，在接觸過程中兩個面之間應(yīng)該沒有穿透.這意味著接觸面剛度k=,從而導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定.ANSYS/LS-DYNA在材料參數(shù)的基礎(chǔ)上自動計算接觸剛度和接觸段的大小.由此提供的界面剛度一般會得到理想的接觸效果。dFkd=界面穿透量.F=kd

其中k=接觸界面剛度,第29頁/共35頁00132210JAN20006-31高級接觸控制選項3(continued)但是，接觸剛度可以用一個比例因子

SFSI進(jìn)行改變,進(jìn)一步調(diào)整

ANSYS/LS-DYNA的計算剛度(kcalc)：k=SFSIkcalcSFSI的缺省值為0.1.為提高接觸剛度,可以增加SFSI。但是同時應(yīng)該防止收斂的不穩(wěn)定.一般在侵蝕接觸分析中增加SFSI.為了控制接觸剛度,EDCONTACT的SFSI域應(yīng)該如下方式用:

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls建議SFSI

不要超過1.0.第30頁/共35頁00132210JAN20006-32由于不匹配，有5種不同的選項來控制接觸剛度:1–使用接觸和目標(biāo)剛度中的較小值2–使用目標(biāo)面值3–使用接觸面值4–使用面或質(zhì)量加權(quán)接觸值

5–使用與殼厚度成反比的從屬值(通常建議不使用)高級接觸控制選項3(contin