Dyna接觸界面設(shè)置

會(huì)計(jì)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(duì)ANSYS/LS-DYNA中的接觸有一個(gè)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(jí)接觸控制6.提出ANSYS/LS-DYNA使用接觸的注意事項(xiàng)7.練習(xí).第1頁(yè)/共35頁(yè)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(huì)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-4接觸面–概述（續(xù)）面對(duì)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(duì)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(gè)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-5接觸面–概述（續(xù)）第4頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-6單面接觸單面接觸用于當(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ANSYS/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.在預(yù)先不知接觸情況時(shí)，單面接觸非常有用.第5頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-7單面接觸（續(xù)）相對(duì)于ANSYS隱式分析,ANSYS/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(shí)，單面接觸自動(dòng)釋放接觸，從而對(duì)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-8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(duì)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(duì)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(hào)。對(duì)于預(yù)先已知非常小的接觸面，點(diǎn)面接觸十分有效.對(duì)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(shí)，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(duì)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-9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(duì)稱的，因此接觸面與目標(biāo)面的選擇是任意的.對(duì)于面面接觸,需要用節(jié)點(diǎn)組元和PART號(hào)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(duì)象是較大的面時(shí).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.有效的接觸類型有STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV面面接觸第8頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-10penetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeAutomaticContactGeneralContactContactRestoringForceContactRestoringForce自動(dòng)與普通接觸自動(dòng)接觸與普通接觸的區(qū)別在于對(duì)殼單元接觸力的處理方式不同普通接觸在計(jì)算接觸力時(shí)不考慮殼的厚度.自動(dòng)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(jì)算:第9頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-11侵蝕接觸當(dāng)單元可能失效時(shí)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(yè)/共35頁(yè)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(dòng)力學(xué).變形體與剛體之間的接觸必須用automatic或erodingcontacts.第11頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-13邊-邊接觸edgecontact用于殼單元的法線與碰撞方向正交時(shí)。用EDCGEN,SE自動(dòng)選擇所有的邊線.第12頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-14固連接觸接觸被粘在一起.當(dāng)網(wǎng)格彼此不匹配時(shí)，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(shí)(TSTS,TNTS)，達(dá)到以下條件時(shí)固連就失效:tiedfnfsffffnnfailmssfailm,,?è???÷+?è???÷3121第13頁(yè)/共35頁(yè)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(dòng).在類似沖壓的板料成型過程中,通常會(huì)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(gè)沖壓過程中與壓延筋始終保持接觸.第14頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-16鈑金成形類接觸成型接觸選項(xiàng)：formingnodetosurface(FNTS),formingsurfacetosurface(FSTS)和formingone-waysurfacetosurface(FOSS)是鈑金成形分析中首選的類型.對(duì)于這些接觸選項(xiàng),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(duì)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(xiàng)基于自動(dòng)接觸類型，因此功能十分強(qiáng)大.第15頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-17接觸面定義在ANSYS/LS-DYNA中用4個(gè)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(duì)于單面接觸不需要)Step3:指定需要的額外參數(shù)Step4:指定高級(jí)接觸控制STEP1:決定接觸選項(xiàng)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(xiàng),參考ANSYS/LS-DYNA用戶指南與本章中的描述.對(duì)于大多數(shù)分析,建議使用automaticgeneral(AG),nodestosurface(NTS),和surfacetosurface(STS)接觸選項(xiàng).第16頁(yè)/共35頁(yè)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(xiàng)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-19接觸面定義-Step2（續(xù)）2.要?jiǎng)?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(hào)后，用EDCGEN命令定義接觸.

Preprocessor:LS-DYNAOptns->PartOptions

第18頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-20接觸面定義-Step2（續(xù)）EDCGEN命令自動(dòng)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(xiàng)然后指定摩擦系數(shù)對(duì)于面面接觸與節(jié)點(diǎn)-面接觸,會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)對(duì)話框，然后定義CONTACT和TARGET面.對(duì)于單面接觸選項(xiàng),不會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)對(duì)話框,因?yàn)椴恍枰x接觸面與目標(biāo)面.第19頁(yè)/共35頁(yè)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(gè)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(dòng)態(tài)摩擦系數(shù),v=接觸面之間的相對(duì)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(huì)引起塑性流動(dòng)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(yè)/共35頁(yè)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-23接觸面定義-Step3STEP3:指定其它參數(shù)對(duì)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(gè)額外值直接以接觸/目標(biāo)組元或PART號(hào)輸入.第22頁(yè)/共35頁(yè)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(dòng)的列出.注意到每種接觸定義有一個(gè)參考號(hào)第23頁(yè)/共35頁(yè)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(shí),必須指定接觸選項(xiàng)和接觸/目標(biāo)組元或PART.

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->DeleteEntitiesContactoptionContactcomponentTargetcomponent第24頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-26Contact#1Contact#2Contact#3畫接觸面使用接觸定義號(hào)以及EDPC命令畫接觸對(duì)用EDCLIST命令列出接觸，然后用接觸參考號(hào)和EDPC命令畫出接觸對(duì)指定接觸界面識(shí)別號(hào)第25頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-27高級(jí)接觸控制選項(xiàng)-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(gè)高級(jí)選項(xiàng)控制接觸.幾乎所有的高級(jí)接觸選項(xiàng)由EDCONTACT命令控制.主要有以下幾項(xiàng):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(gè)目標(biāo)面與一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)脫離接觸后，相鄰的面被檢查.第26頁(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-28高級(jí)接觸控制選項(xiàng)1

meshconnectivity方法非?？欤蠼佑|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(duì)大模型.因?yàn)樵S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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-29高級(jí)接觸控制選項(xiàng)2Option2:控制接觸深度對(duì)于STS,NTS,和OSTS的普通選項(xiàng),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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(huì)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(huì)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-30高級(jí)接觸控制選項(xiàng)3Option3:控制接觸剛度在ANSYS/LS-DYNA中penaltymethod

被用來計(jì)算接觸力.在penaltymethod中，一個(gè)彈簧被防在兩個(gè)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(gè)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(dòng)計(jì)算接觸剛度和接觸段的大小.由此提供的界面剛度一般會(huì)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-31高級(jí)接觸控制選項(xiàng)3(continued)但是，接觸剛度可以用一個(gè)比例因子

SFSI進(jìn)行改變,進(jìn)一步調(diào)整

ANSYS/LS-DYNA的計(jì)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(shí)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(yè)/共35頁(yè)00132210JAN20006-32由于不匹配，有5種不同的選項(xiàng)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(jí)接觸控制選項(xiàng)3(contin