LSDYNA中的接触界面模拟整理.docx
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1、LSDYNA中的接触界面模拟整理LS-DYNA中的接触界面模拟(3) LS-DYNA中的接触允许从节点与主段间压缩载荷的传递。如接触摩擦激活,也允许切向载荷的传递。Coulomb摩擦列式用来处理从静到动摩擦的转换,这种转换要求一个衰减系数、静摩擦系数大于动摩擦系数。 关于接触搜索方法,这里仅给出几个简单的要点, DYNA中有两种搜索方法:Incremental Search Technique与Bucket Sort。 Incremental Search Algorithms 搜索方向 仅在主段正方向从节点的穿透 搜索步骤 对每一个从节点的:找出最接近的主节点;搜索相邻的主段;穿透检查;施加
2、作用力。 主面要求 主面连续 特点 简单、速度快 Global Bucket Sort 搜索方向 主面正、负方向检查穿透 搜索步骤 搜索接近的主段;局部利用Incremental Search确定最接近的主段;穿透检查;施加作用力。 主面要求 主面可以不连续 特点 非常有效,但耗时大所有的非自动 LS-DYNA中的接触类型大体上可以分为五大类: One-Way Contact Two-Way Contact Single Contact Entity Tied Contac 在以上接触类型中,前四种接触类型的接触算法均采用罚函数法。固连接触有的采用的罚函数法,有的采用动约束法,少部分采用分布参
3、数法。 4.1 One-Way Treatment of Contact One-Way、Two-Way是对接触搜索来讲的。One-way仅检查从节点是否穿透主面,而不检查主节点。在Two-Way Contact中从节点与主节点是对称的,从节点与主节点都被检查是否穿透相应的主面或从面。 LS-DYNA中的_Node_To_Surface接触类型都属于单向接触,另外还有特别注明为单向接触的_Surface_To_Surface接触类型: *Contact_Nodes_To_surface *Contact_Automatic_Nodes_To_Surface *Contact_Froming_N
4、odes_To_Surface *Contact_Constraint_Nodes_To_Surface *Contact_Eroding_Nodes_To_Surface *Contact_One_Way_Surface_To_Surface *Contact_One_Way_Automatic_Surface_To_Surface 由于在单向接触中,仅有从节点被检查是否穿透主面,而不考虑主节点,因此在使用时必须注意,应保证在接触过程中主节点不会穿过从面。同样的原因,单向接触要比双向接触运行速度快得多,因此仍被广泛应用。在以下情况中使用单向接触是合适的: 主面是刚体 相对细的网格与相对平滑、
5、粗的网格接触 beam_to_surface、 Shell edge_to_surface接触 beam node、Shell edge node作从点 在接触分析中,由于问题的复杂性,判断接触发生的方向有时是很困难的,因此分析中应尽量使用自动接触。但当面的方向在整个分析过程中都能确定的情况下,下面的非自动接触类型是非常有效的: *Contact_Nodes_To_Surface(5) *Contact_One_Way_Surface_To_Surface(10) *Contact_Constraint_Nodes_To_Surface(18) *Contact_Eroding_Nodes_T
6、o_Surface(16) 4.2 Two-Way Treatment of Contact 主、从面的定义与算法处理上是完全对称的。因此主面、从面可以随意定义。计算资源大约是单向的2倍。LS-DYNA中绝大多数_Surface_To_Surface接触都是双向接触类型。 双向接触除对主节点的搜索外,其它方面同单向接触是完全一样的。与前述接触类型5、18、16相对应的双向接触为: *Contact_Surface_To_Surface(3) *Contact_Constraint_Surfaces_To_Surface(17) *Contact_Eroding_Surface_To_Surfa
7、ce(14) 在Crash Analysis中,*Contact_Automatic_Surface_To_Surface(a3)推荐使用。在金属的拉压成形分析中推荐使用*Contact_Froming_Nodes_To_Surface。 4.3 Single Surface 单面接触是LS-Dyna中应用最为广泛的接触类型,尤其在 Crashworthiness应用中。在这中类型中,从面一般定义为Part或PartSet ID。各Part间及自身Part间的接触都考虑。如果建模精确,该接触是可信、精确的。在单面接触中,壳厚偏置总是考虑的,因此建模时不能有初始穿透存在。 单面接触有: *Con
8、tact_Single_Surface(4,不推荐使用) *Contact_Automatic_Single _Surface(推荐) *Contact_Automatic_General *Contact_General_Interior *Contact_Airbag_Single_Surface 对于Crash Analysis,推荐使用*Contact_Automatic_Single _Surface(13)。这个接触类型其性能随DYNA版本的提高不断改善。 4.4 Tied Contact(Translational DOF only, No Failure, No Offset)
9、 固连接触用来将从节点约束、限定在主面上。这种接触类型一般是非对称的,因此定义主、从是要符合2中描述的一般规则。在这种类型的接触中,主、从接触面最好不要以Parts ID形式输入,应采用node/segment的形式。 固连接触类型丰富,采用的接触算法也不一致,下面分别介绍。 Translational DOF only, No Failure, No Offset 这种接触仅约束从节点的平动自由度,且不考虑接触的失效,不允许从节点的偏置。如果从节点与对应的主段间有微小的距离存在,则采用正交投影的方法将从节点移动到主面上。因此,初始几何构形可能有微小的改变。 这种类型接触采用动态约束算法,因此
10、不能将刚体约束到可变形体或刚体。 如下两个命令是常用的固连接触。这两种接触在数值处理上是完全一样的,所不同的仅是输入数据格式。 *Contact_Tied_Nodes_To_Surface(6) *Contact_Tied_Surface_To_Surface(2) Translational DOF only, No Failure, With Offset 这种接触采用罚函数算法,允许从节点与主面间偏移存在,可以用于刚体相应的约束。 与上述接触类型2、6对应的为 *Contact_Tied_Nodes_To_Surface_OFFSET(O6) *Contact_Tied_Surface_
11、To_Surface_OFFSET(O2) 由于从节点的偏置,可能会引起附加的动量矩。但在这种类型的接触中,不考虑偏置引起的动量矩。因此,主、从面必须相当的接近。 Translational DOF & Rotational DOF, With Failure, No Offset 采用动态约束算法。 Translational DOF & Rotational DOF, With Failure, With Offset 罚函数法。 Translational DOF Only, With Failure, With Offset 动态约束算法。 5 接触刚度的计算 在基于罚函数算法的接触类
12、型中,目前LS-DYNA有两种计算主、从面间接触刚度的方法。 5.1 Penalty-base Approach(SOFT=0) 该算法是LS-DYNA计算接触刚度的缺省方法。它利用接触段的尺寸与其材料特性来确定接触刚度。当两个接触面的材料刚度参数相差不大时,该方法是很有效的。但当两个接触面的材料刚度相差很大时,由于接触刚度采用主、从面中较小的刚度,而使接触失效。 对于Crash分析,除非先验证明没有问题,否则一般不使用SOFT=0。 5.2 Soft Constraint-based Approach(SOFT=1&2) 计算接触刚度时,综合考虑了发生接触的节点之质量与整体时间步长,以保证接
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