第7章

接觸ANSYSDYNA教程第章第1頁

本章內(nèi)容及目標(biāo)1.對ANSYS/LS-DYNA中接觸有一個初步了解2.描述了ANSYS/LS-DYNA中3種不一樣接觸算法3.描述了10種不一樣接觸類型集合4.定義怎樣創(chuàng)建接觸面5.描述了ANSYS/LS-DYNA中高級接觸控制6.2D接觸及其它接觸類型7.提出ANSYS/LS-DYNA使用接觸注意事項8.完成本章后,學(xué)員應(yīng)該能夠定義和使用接觸ANSYSDYNA教程第章第2頁

概述ANSYS/LS-DYNA不使用單元定義接觸.在接觸定義過程中，分為主面（SLAVE）和從面（MASTER），LS-DYNA在接觸搜尋往往由從面節(jié)點判斷可能與之接觸主面單元。在ANSYS/LS-DYNA中使用NODECOMPONENTH或PART號定義接觸，ANSYSCONTACT與LS-DYNASLAVE對應(yīng)，TARGET與MASTER對應(yīng).經(jīng)過多達23種不一樣接觸描述,ANSYS/LS-DYNA能夠處理絕大多數(shù)會碰到接觸問題要定義ANSYS/LS-DYNA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.ANSYSDYNA教程第章第3頁概述（續(xù)）面對23種不一樣接觸類型,要選擇適當(dāng)類型來描述實際物理系統(tǒng)往往很主要.為了選擇適當(dāng)接觸類型，往往需要對ANSYS/LS-DYNA中接觸集合和算法有深入了解.接觸算法是程序用來處理接觸面方法.在ANSYS/LS-DYNA中有3種算法:1.SingleSurfaceContact2.NodestoSurfaceContact3.SurfacetoSurfaceContact一個接觸集合為含有尤其相同特征接觸類型集合.在ANSYS/LS-DYNA中有10種集合: 1.General 5.TiedwithFailure9.Forming 2.Automatic 6.Eroding10.2Dcontact 3.Rigid 7.Edge 4.Tied 8.DrawbeadANSYSDYNA教程第章第4頁概述（續(xù)）2D2DANSYSDYNA教程第章第5頁單面接觸單面接觸用于當(dāng)一個物體外表面與本身接觸或和另一個物體外表面接觸時使用.單面接觸是ANSYS/LS-DYNA中最通用接觸類型，因為程序?qū)⑺阉髂Ｐ椭腥客獗砻妫瑱z驗其間是否相互發(fā)生穿透.因為全部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.ANSYSDYNA教程第章第6頁單面接觸（續(xù)）相對于ANSYS隱式分析,ANSYS/LS-DYNA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)接觸面之間穿透超出接觸單元厚度40%時，單面接觸自動釋放接觸，從而對以下問題造成潛在問題:1.超薄部分2.含有低剛度軟體3.高速運動物體之間接觸單面接觸在ASCIIrcforc文件中不統(tǒng)計全部接觸反作用力.假如需要接觸反力,能夠使用點到面或面到面接觸。有效接觸類型有SingleSurface,AutomaticSingleSurface,AutomaticGeneral,ErodingSingleSurface和SingleEdgeANSYSDYNA教程第章第7頁當(dāng)一個接觸節(jié)點碰到目標(biāo)面時，點面接觸發(fā)生.因為它是非對稱，所以是最快算法.只考慮沖擊目標(biāo)面節(jié)點。對于點面接觸,必須指定接觸面與目標(biāo)面節(jié)點組元或PART號。對于預(yù)先已知非常小接觸面，點面接觸十分有效.對于節(jié)點接觸剛體一樣能夠使用它.在使用點面接觸時，應(yīng)注意以下幾點:點面接觸統(tǒng)計全部接觸反作用力，存在ASCII文件rcforc中.有效接觸類型為NTS,ANTS,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,

DRAW,FNTSTARGETSURFACECONTACTNODES1.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)點接觸面，工件為目標(biāo)面.點面接觸ANSYSDYNA教程第章第8頁當(dāng)一個物體面穿透另一個物體面時，使用面面接觸算法.面面接觸是完全對稱，所以接觸面與目標(biāo)面選擇是任意.對于面面接觸,需要用節(jié)點組元和PART號來定義接觸面和目標(biāo)面.節(jié)點能夠隸屬于多個接觸面.面面接觸是一個通用算法，通慣用于在已知接觸對象是較大面時.面面接觸算法自動統(tǒng)計全部接觸反作用力到ASCIIrcforc文件中.有效接觸類型有STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV面面接觸ANSYSDYNA教程第章第9頁penetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeAutomaticContactGeneralContactContactRestoringForceContactRestoringForce自動與普通接觸自動接觸與普通接觸區(qū)分在于對殼單元接觸力處理方式不一樣普通接觸在計算接觸力時不考慮殼厚度.自動接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元兩側(cè)兩種接觸類型中殼元接觸力按照以下方法計算:ANSYSDYNA教程第章第10頁侵蝕接觸當(dāng)單元可能失效時用這種接觸.侵蝕接觸目標(biāo)是確保在模型外部單元失效被刪除后，剩下單元依然能夠考慮接觸。ANSYSDYNA教程第章第11頁Contactofthekneesagainstthedashboard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，后者是采取用戶定義力-變形曲線來阻止穿透。這些通慣用于多剛體動力學(xué).變形體與剛體之間接觸必須用automatic或erodingcontacts.ANSYSDYNA教程第章第12頁邊-邊接觸edgecontact用于殼單元法線與碰撞方向正交時。用EDCGEN,SE自動選擇全部邊線.ANSYSDYNA教程第章第13頁固連接觸接觸被粘在一起.當(dāng)網(wǎng)格彼此不匹配時，能夠使用(TDNS,TDSS,TSTS,TNTS).經(jīng)慣用于銷栓連接.當(dāng)使用固連失效時(TSTS,TNTS)，到達以下條件時固連就失效:tiedfnfsffffnnfailmssfailm,,?è???÷+?è???÷3121ANSYSDYNA教程第章第14頁F=Ffriction+FbendingDepthofdrawbead拉延筋（Drawbead）接觸Drawbeadcontact通慣用于板料成型，用于約束板料運動.在類似沖壓板料成型過程中,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一直保持接觸.ANSYSDYNA教程第章第15頁鈑金成形類接觸成型接觸：formingnodetosurface(FNTS),formingsurfacetosurface(FSTS)和formingone-waysurfacetosurface(FOSS)是鈑金成形分析中首選類型.對于這些接觸,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,所以減小接觸定義復(fù)雜性.模具網(wǎng)格方向必須一致.成型接觸選項基于自動接觸類型，所以功效十分強大.ANSYSDYNA教程第章第16頁接觸面定義在ANSYS/LS-DYNA中用4個基本步驟來定義接觸:Step1:選擇適合接觸類型Step2:標(biāo)定接觸實體(對于單面接觸不需要)Step3:指定需要額外參數(shù)Step4:指定高級接觸控制STEP1:決定接觸選項在ANSYS/LS-DYNA中有大量接觸類型來定義面面之間相互作用.要定義特定應(yīng)用接觸選項,參考ANSYS/LS-DYNA用戶指南與本章中描述.對于大多數(shù)分析,提議使用automaticgeneral(AG),nodestosurface(NTS),和surfacetosurface(STS)接觸選項.ANSYSDYNA教程第章第17頁接觸面定義-Step2STEP2:定義接觸實體除了單面接觸(ASSC,AG,SS,ESS,andSE),全部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)點組元(CMcommand)2.指定PartIDs1.要常見接觸定義中需要節(jié)點組元,首先選擇接觸面…. 然后將面上節(jié)點定義為組元UtilityMenu:Select->EntitiesUtilityMenu:Select->Comp/Assembly...->CreateComponentANSYSDYNA教程第章第18頁接觸面定義-Step2（續(xù)）2.要創(chuàng)建接觸定義中使用PartID’s,首先用EDPART,CREATE創(chuàng)建PART…在創(chuàng)建完節(jié)點組元和PART號后，用EDCGEN命令定義接觸.

Preprocessor:LS-DYNAOptns->PartOptions

ANSYSDYNA教程第章第19頁接觸面定義-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-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.ANSYSDYNA教程第章第20頁接觸面定義-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中摩擦定義靈活地多，摩擦系數(shù)可以取決于速度，可認(rèn)為總摩擦力設(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,能夠經(jīng)過粘性摩擦系數(shù)VC與接觸面面積乘積進行限制:Flim=VCAsegment摩擦系數(shù)限制經(jīng)慣用于接觸會引發(fā)塑性流動應(yīng)用中。提議VC=1.732

ss/3,ss是接觸材料剪切屈服應(yīng)力ANSYSDYNA教程第章第21頁接觸面定義-Step2（續(xù)）為了防止接觸中無須要振蕩,能夠使用接觸阻尼系數(shù)VDC在接觸面垂直方向施加阻尼.VDC是實際頻率與接觸界面臨界振動頻率百分比，如20%，則VDC輸入值應(yīng)為20:

x=VDCxcrit=VDC(2mw)其中

m是接觸主面質(zhì)量，

w

自然頻率。VDC慣用于鈑金成形分析中消除振蕩。全部摩擦參數(shù)(ms,md,DC,VC,andVDC)可直接由EDCGEN命令輸入ANSYSDYNA教程第章第22頁接觸面定義-Step3STEP3:指定其它參數(shù)對于一些特殊接觸種類，需要輸入EDCGEN中V1-V4參數(shù).下面表總結(jié)了每種類別需要額外輸入每個額外值直接以接觸/目標(biāo)組元或PART號輸入.ANSYSDYNA教程第章第23頁列表與刪除接觸因為不創(chuàng)建接觸單元,在求解之前非常有必要列出定義接觸面來確保接觸已經(jīng)正確地定義.用EDCLIST命令列出接觸實體

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->ListEntities全部定義接觸實體連同指定摩擦系數(shù)能夠自動列出.注意到每種接觸定義有一個參考號ANSYSDYNA教程第章第24頁列表與刪除接觸（續(xù)）假如確認(rèn)接觸面定義不正確，能夠使用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->DeleteEntitiesContactoptionContactcomponentTargetcomponentANSYSDYNA教程第章第25頁Contact#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ANSYSDYNA教程第章第26頁高級接觸控制選項-Step4一旦定義了模型中面與面之間接觸，在ANSYS/LS-DYNA中有幾個高級選項控制接觸.幾乎全部高級接觸選項由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節(jié)點進行搜索.當(dāng)一個目標(biāo)面與一個接觸節(jié)點脫離接觸后，相鄰面被檢驗.ANSYSDYNA教程第章第27頁高級接觸控制選項1meshconnectivity方法非常快，但要求接觸面網(wǎng)格是連續(xù)在bucketsort方法中,由接觸面所占據(jù)三維空間被分為許多立方體（buckets).節(jié)點能夠接觸同一立方體中任何部分或者相鄰bucket.bucketsort算法功效十分強大,不過在某種程度上比meshconnectivitytracking要慢,尤其針對大模型.假如模型含有不連續(xù)網(wǎng)格，所以最好使用EDCONTACT命令SHTK域?qū)⒔佑|算法設(shè)置為bucketsortmethod:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControlsANSYSDYNA教程第章第28頁高級接觸控制選項2Option2:控制接觸深度對于STS,NTS,和OSTS普通選項,ANSYS/LS-DYNA假定搜索接觸深度為1010.當(dāng)接觸節(jié)點穿過目標(biāo)面時，就會產(chǎn)生一個與接觸深度成百分比接觸力.當(dāng)模型組件處于連續(xù)相對運動時因為產(chǎn)生假接觸，從而帶來不穩(wěn)定.假如接觸深度很大,偽接觸力會展現(xiàn)無窮大.假如節(jié)點出現(xiàn)（滑到）在目標(biāo)面后面，它會很快滑到物體外空間中.為了控制接觸深度,使用EDCONTACT命令中PENCHK域:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls經(jīng)過設(shè)置小穿透檢驗為ON,程序?qū)⒁罁?jù)目標(biāo)段厚度搜索接觸深度.ANSYSDYNA教程第章第29頁高級接觸控制選項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.ANSYS/LS-DYNA在材料參數(shù)基礎(chǔ)上自動計算接觸剛度和接觸段大小.由此提供界面剛度普通會得到理想接觸效果。dFkd=界面穿透量.F=kd

其中k=接觸界面剛度,ANSYSDYNA教程第章第30頁高級接觸控制選項3(continued)不過，接觸剛度能夠用一個百分比因子SFSI進行改變,深入調(diào)整ANSYS/LS-DYNA計算剛度(kcalc)：k=SFSIkcalcSFSI缺省值為0.1.為提升接觸剛度,能夠增加SFSI。不過同時應(yīng)該預(yù)防收斂不穩(wěn)定.普通在侵蝕接觸分析中增加SFSI.為了控制接觸剛度,EDCONTACTSFSI域應(yīng)該以下方式用:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControlsSFSI通常不要超出1.0.特殊情況能夠到達6~10.ANSYSDYNA教程第章第31頁因為不匹配，有5種不一樣選項來控制接觸剛度:1–使用接觸和目標(biāo)剛度中較小值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–使用與殼厚度相關(guān)加權(quán)值(通常提議不使用)高級接觸控制選項3(continued)當(dāng)確定缺省接觸剛度時,ANSYS/LS-DYNA使用材料參數(shù)和接觸面與目標(biāo)面單元尺寸.假如模型接觸面之間材料屬性相差太大(如鋼撞擊泡沫），或單元尺寸相差太大,會產(chǎn)生不穩(wěn)定性或非真實響應(yīng).當(dāng)因為接觸剛度不匹配而產(chǎn)生問題時，接觸與目標(biāo)面接觸剛度能夠由ANSYS/LS-DYNA調(diào)整到比較相近.接觸剛度調(diào)整能夠用EDCONTACT命令PENO完成:

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControlsANSYSDYNA教程第章第32頁高級接觸控制選項4Opt