第二章-LS-DYNA接触算法

DYNA高级应用培训2、接触算法登录协同仿真时代本章内容及目标1.初步了解LS-DYNA中的接触问题2.LS-DYNA中3种不同的接触算法3.10种不同的接触类型集合4.LS-DYNA中的高级接触控制5.2D接触及其它接触类型6.使用接触的注意事项通过以上学习,学员应该能够定义和使用接触。登录协同仿真时代概述•LS-DYNA不使用单元定义接触。在接触的定义过程中，分为主面（MASTER）和从面（SLAVE），LS-DYNA的接触搜寻往往由从面的节点判断可能与之接触的主面单元；•通过多达24种不同的接触,LS-DYNA可以处理绝大多数常遇到的接触问题；•要定义LS-DYNA的接触,用户只需要指定接触面，接触类型和一些相关参数即可；•面对24种不同的接触类型，要选择合适的类型来描述实际物理系统往往很重要，为了选择合适的接触类型，往往需要对LS-DYNA中的接触集合和算法有深入的理解。登录协同仿真时代接触算法与接触集合•接触算法是程序用来处理接触面的方法。在LS-DYNA中有3种算法:SingleSurfaceContact;NodestoSurfaceContact;SurfacetoSurfaceContact•一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合.在LS-DYNA中有10种集合:1.General普通接触2.Automatic自动接触3.Rigid刚性接触4.Tied固连接触5.TiedwithFailure固连失效接触6.Eroding侵蚀接触7.Edge边接触8.Drawbead拉延筋接触9.Forming成形接触10.2Dcontact二维接触登录协同仿真时代单面接触•单面接触用于当一个物体的外表面与自身接触或和另一个物体的外表面接触时使用；•单面接触是LS-DYNA中最通用的接触类型，因为程序将搜索模型中的所有外表面，检查其间是否相互发生穿透；•由于所有的外表面都在搜索范围内,不需要定义接触面与目标面。单面接触对于处理接触区域不能提前预知的自接触或大变形问题是非常有效的。登录协同仿真时代•相对于ANSYS隐式分析,LS-DYNA的单面接触不会非常耗时。•大多数冲击与碰撞问题可以定义单面接触•当接触面之间的穿透超过接触单元厚度的40%时，单面接触自动释放接触，从而对下列问题造成潜在的问题:1.超薄部分2.具有低刚度的软体3.高速运动物体之间的接触•单面接触在ASCIIrcforc文件中不记录所有的接触反作用力.如果需要接触反力,可以使用点到面或面到面接触。•有效的接触类型有：单面(SS)，自动单面(ASSC)，自动一般(AG)，侵蚀单面(ESS)，单边(SE)，和二维自动单面(ASS2D)。登录协同仿真时代点面接触•当一个接触节点碰到目标面时，点面接触发生。由于它是非对称的，所以是最快的算法。•对于点面接触,必须指定接触面与目标面的节点组元或PART号。•对于预先已知非常小的接触面，点面接触十分有效.对于节点接触刚体同样可以使用它.•在使用点面接触时，应注意以下几点:•点面接触记录所有的接触反作用力，存在ASCII文件rcforc中.•有效的接触类型为NTS,ANTS,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,DRAW,FNTSTARGETSURFACECONTACTNODES平面或凹面应作为目标面而凸面应作为接触面较粗网格应为目标面,而较细网格应为接触面对拉延筋接触，拉延筋总是节点接触表面而板料则是目标面。登录协同仿真时代面面接触•当一个物体的面穿透另一个物体的面时，使用面面接触算法。•面面接触是完全对称的，因此接触面与目标面的选择是任意的。•对于面面接触,需要用节点组元和PART号来定义接触面和目标面。节点可以从属于多个接触面。•面面接触是一种通用算法，通常用于在已知的接触对象是较大的面时。•面面接触算法自动记录所有的接触反作用力到ASCIIrcforc文件中。•有效的接触类型有STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TDES,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV–面对面接触对产生大量相对滑移的接触（如一个木块在平面上的滑移）非常有效。登录协同仿真时代ShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeGeneralContactContactRestoringForce普通接触•普通接触只考虑壳体单元一侧接触。•恢复力（即抵抗节点穿透的惩罚力）将随着接触节点穿透目标表面而持续增加。节点经过一定壳单元厚度后，此力不会被消除。登录协同仿真时代自动接触•自动接触考虑壳体单元两侧的接触。壳体接触表面的方向是自动确定的。•恢复力将随着接触节点穿透目标表面而持续增加，但只能增加到一点，这是由于壳单元的两个面都需要检测。penetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfaceAutomaticContactContactRestoringForce登录协同仿真时代膝盖与挡板的接触刚性接触•刚性接触RNTR和ROTR类似于NTS和OSTS接触，但它不是用线性刚度来阻止穿透，而是定义力-变形曲线来实现。这种接触通常用于多刚体动力学，它们允许在不必模拟变形单元的情况下，吸收能量。•刚体对可变形体的接触必须用一般、自动或侵蚀接触来定义。登录协同仿真时代固连接触•固连接触用于连接两个不相似的网格，在很大程度上。这与ANSYS隐式中所用的绑定接触几乎是一样的。•接触节点粘接在目标表面上。两个面必须是初始共面的。目标面可以变形，迫使接触节点随之变形。•固连接触只影响平移自由度(UX,UY,UZ)•固连接触模型包括：TDNS,TDSS,andTSES接触。登录协同仿真时代固连断开接触•固连断开接触实质是失效的固连接触。常被用来模拟点焊或螺栓连接。一旦符合失效方程,接触节点就能够从目标面上滑移或分离出来。•TNTS失效方程基于法向力或剪切力,而TSTS失效方程基于法向或切向应力。fstied失效(联接解除)fnffffnnfailmssfailm,,÷+÷121登录协同仿真时代侵蚀接触•这些接触模型(ESS,ENTS,ESTS)应用于外表面上的实体单元发生失效的情况(例如,由于超过允许应变值)，从而需要内部实体单元承担抵抗穿透的作用。登录协同仿真时代边接触•边接触用于壳单元的面法线与碰撞方向正交的情况。•壳边接触（SE）自动选定所有的边线。SE接触也包含在自动一般(AG)接触中。登录协同仿真时代F=Ffriction+FbendingDepthofdrawbead拉延筋接触•拉延筋接触一般用于对坯料有特殊要求的金属成形过程。例如，冲压过程中经常由于坯料不能贴紧模具而引起了坯料的褶皱。•拉延筋接触通过包含确保坯料在整个拉伸过程中与模具始终接触的弯曲和摩擦限制力来模拟实际的拉伸过程。登录协同仿真时代成形接触类型•成形接触选项用于金属成形过程中点对面(FNTS)成形,面对面(FSTS)成形以及单向面对面(FOSS)成形。•对于这些接触类型，冲头和模具一般定义为目标面而工件则定义为接触面。•这些接触类型网格无需连通,因此减小了接触定义的复杂性。•冲件网格的方向必须一致。•成形接触选项基于自动接触类型，因此功能十分强大。登录协同仿真时代2D接触•由PLANE162单元组成的模型,只能定义为二维接触。由ANSYS/LS-DYNA支持的2D接触选项是ASS2D.•默认的接触表面是整个模型(即不采用目标面)。•接触表面可以限定为一个part集(EDASMP).•2D接触只支持静摩擦系数(FS)。登录协同仿真时代罚函数方式•在渗透的节点和接触面间法向界面弹簧•较少的网格零能模式•回复刚度如下描述：»是罚函数缩放因子»K是材料的体积模量»A是段面积»V是单元体积k=KA/V罚函数方式登录协同仿真时代•基于1976年Hughesetal的冲击释放条件•满足动量守恒约束位于从节点的节点位移从表面的网格应该更细化（防止kinks)应用于固连面运动约束方式登录协同仿真时代固连面TIED_SURFACE_TO_SURFACE»固连面的平动自由度TIED_NODES_TO_SURFACE»固连节点对面的平动自由度(DOF)»不传递扭矩TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE»固连平动和转动自由度DOFTIEBREAK_NODES_TO_SURFACE»法向和切向失效力TIEBREAK_SURFACE_TO_SURFACE»法向和切向失效应力登录协同仿真时代接触面上的质量和压力分配约束施加于从节点的加速度和速度上，确保沿主表面运动仅适用于滑动»流体对结构»气体对结构关键字1SLIDING_ONLYp1SLIDING_ONLY_PENALTY分布参数方式登录协同仿真时代可改变接触计算的缺省值•滑动界面罚函数的全局缩放因子(缺省=0.10)•刚体与固定的刚墙相互作用的缩放因子»缺省:不考虑刚体与固定的刚墙相互作用•初始渗透检查•考虑壳的厚度»面对面和点对面对单面接触考虑壳厚度改变»标记:膜应变导致壳厚度改变罚函数刚度计算方式重定向接触段的法向*CONTROL_CONTACT登录协同仿真时代接触使用注意事项•接触面之间的初始穿透不允许。如果LS-DYNA检查到面之间有初始穿透,将自动将重合的部分从接触面中移走；•要使用真实的材料参数与壳单元厚度，材料参数和接触面的几何尺寸用来确定刚度；•尽量使用Automatic接触类型；•如果事先不知道具体接触情况，可以使用单面接触；•如果一个分析在开始运行后很快地发散，下面的ASCII输出文件可以用来检查是否是接触出现了问题:•GLSTAT:总能量分布•MATSUM:PARTID对应的能量•SLEOUT:接触能量输出登录协同仿真时代@ansys.com.cnWelcometoANSYS