ANSYSDYNA教程第章市公开课一等奖省赛课获奖课件

第7章

接触ANSYSDYNA教程第章第1页

本章内容及目标1.对ANSYS/LS-DYNA中接触有一个初步了解2.描述了ANSYS/LS-DYNA中3种不一样接触算法3.描述了10种不一样接触类型集合4.定义怎样创建接触面5.描述了ANSYS/LS-DYNA中高级接触控制6.2D接触及其它接触类型7.提出ANSYS/LS-DYNA使用接触注意事项8.完成本章后,学员应该能够定义和使用接触ANSYSDYNA教程第章第2页

概述ANSYS/LS-DYNA不使用单元定义接触.在接触定义过程中，分为主面（SLAVE）和从面（MASTER），LS-DYNA在接触搜寻往往由从面节点判断可能与之接触主面单元。在ANSYS/LS-DYNA中使用NODECOMPONENTH或PART号定义接触，ANSYSCONTACT与LS-DYNASLAVE对应，TARGET与MASTER对应.经过多达23种不一样接触描述,ANSYS/LS-DYNA能够处理绝大多数会碰到接触问题要定义ANSYS/LS-DYNA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.ANSYSDYNA教程第章第3页概述（续）面对23种不一样接触类型,要选择适当类型来描述实际物理系统往往很主要.为了选择适当接触类型，往往需要对ANSYS/LS-DYNA中接触集合和算法有深入了解.接触算法是程序用来处理接触面方法.在ANSYS/LS-DYNA中有3种算法:1.SingleSurfaceContact2.NodestoSurfaceContact3.SurfacetoSurfaceContact一个接触集合为含有尤其相同特征接触类型集合.在ANSYS/LS-DYNA中有10种集合: 1.General 5.TiedwithFailure9.Forming 2.Automatic 6.Eroding10.2Dcontact 3.Rigid 7.Edge 4.Tied 8.DrawbeadANSYSDYNA教程第章第4页概述（续）2D2DANSYSDYNA教程第章第5页单面接触单面接触用于当一个物体外表面与本身接触或和另一个物体外表面接触时使用.单面接触是ANSYS/LS-DYNA中最通用接触类型，因为程序将搜索模型中全部外表面，检验其间是否相互发生穿透.因为全部外表面都在搜索范围内,不需要定义接触面与目标面.在预先不知接触情况时，单面接触非常有用.ANSYSDYNA教程第章第6页单面接触（续）相对于ANSYS隐式分析,ANSYS/LS-DYNA单面接触不会非常耗时。大多数冲击与碰撞问题需要定义单面接触当接触面之间穿透超出接触单元厚度40%时，单面接触自动释放接触，从而对以下问题造成潜在问题:1.超薄部分2.含有低刚度软体3.高速运动物体之间接触单面接触在ASCIIrcforc文件中不统计全部接触反作用力.假如需要接触反力,能够使用点到面或面到面接触。有效接触类型有SingleSurface,AutomaticSingleSurface,AutomaticGeneral,ErodingSingleSurface和SingleEdgeANSYSDYNA教程第章第7页当一个接触节点碰到目标面时，点面接触发生.因为它是非对称，所以是最快算法.只考虑冲击目标面节点。对于点面接触,必须指定接触面与目标面节点组元或PART号。对于预先已知非常小接触面，点面接触十分有效.对于节点接触刚体一样能够使用它.在使用点面接触时，应注意以下几点:点面接触统计全部接触反作用力，存在ASCII文件rcforc中.有效接触类型为NTS,ANTS,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,

DRAW,FNTSTARGETSURFACECONTACTNODES1.平面与凹面为目标面，凸面为接触面.2.粗网格为目标面，细网格为接触面.3.对于Drawbead接触,压延筋总是节点接触面，工件为目标面.点面接触ANSYSDYNA教程第章第8页当一个物体面穿透另一个物体面时，使用面面接触算法.面面接触是完全对称，所以接触面与目标面选择是任意.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.节点能够隶属于多个接触面.面面接触是一个通用算法，通惯用于在已知接触对象是较大面时.面面接触算法自动统计全部接触反作用力到ASCIIrcforc文件中.有效接触类型有STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV面面接触ANSYSDYNA教程第章第9页penetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeAutomaticContactGeneralContactContactRestoringForceContactRestoringForce自动与普通接触自动接触与普通接触区分在于对壳单元接触力处理方式不一样普通接触在计算接触力时不考虑壳厚度.自动接触允许接触出现在壳元两侧两种接触类型中壳元接触力按照以下方法计算:ANSYSDYNA教程第章第10页侵蚀接触当单元可能失效时用这种接触.侵蚀接触目标是确保在模型外部单元失效被删除后，剩下单元依然能够考虑接触。ANSYSDYNA教程第章第11页Contactofthekneesagainstthedashboard刚体接触接触RNTR和ROTR与NTS和OSTS类似，除了后者是用线性刚度来阻止穿透，后者是采取用户定义力-变形曲线来阻止穿透。这些通惯用于多刚体动力学.变形体与刚体之间接触必须用automatic或erodingcontacts.ANSYSDYNA教程第章第12页边-边接触edgecontact用于壳单元法线与碰撞方向正交时。用EDCGEN,SE自动选择全部边线.ANSYSDYNA教程第章第13页固连接触接触被粘在一起.当网格彼此不匹配时，能够使用(TDNS,TDSS,TSTS,TNTS).经惯用于销栓连接.当使用固连失效时(TSTS,TNTS)，到达以下条件时固连就失效:tiedfnfsffffnnfailmssfailm,,æèçöø÷+æèçöø÷³121ANSYSDYNA教程第章第14页F=Ffriction+FbendingDepthofdrawbead拉延筋（Drawbead）接触Drawbeadcontact通惯用于板料成型，用于约束板料运动.在类似冲压板料成型过程中,通常会出现工件与模具之间失去接触（如起皱）.Drawbeadcontact允许使用弯曲和摩擦阻力，用于确保工件在整个冲压过程中与压延筋一直保持接触.ANSYSDYNA教程第章第15页钣金成形类接触成型接触：formingnodetosurface(FNTS),formingsurfacetosurface(FSTS)和formingone-waysurfacetosurface(FOSS)是钣金成形分析中首选类型.对于这些接触,冲头与模具通常定义为目标面，而工件则定义为接触面.对于这些接触类型中模具无需网格贯通,所以减小接触定义复杂性.模具网格方向必须一致.成型接触选项基于自动接触类型，所以功效十分强大.ANSYSDYNA教程第章第16页接触面定义在ANSYS/LS-DYNA中用4个基本步骤来定义接触:Step1:选择适合接触类型Step2:标定接触实体(对于单面接触不需要)Step3:指定需要额外参数Step4:指定高级接触控制STEP1:决定接触选项在ANSYS/LS-DYNA中有大量接触类型来定义面面之间相互作用.要定义特定应用接触选项,参考ANSYS/LS-DYNA用户指南与本章中描述.对于大多数分析,提议使用automaticgeneral(AG),nodestosurface(NTS),和surfacetosurface(STS)接触选项.ANSYSDYNA教程第章第17页接触面定义-Step2STEP2:定义接触实体除了单面接触(ASSC,AG,SS,ESS,andSE),全部ANSYS/LS-DYNA接触选项要求定义接触和目标面.定义接触与目标面有两种方法:1.指定节点组元(CMcommand)2.指定PartIDs1.要常见接触定义中需要节点组元,首先选择接触面…. 然后将面上节点定义为组元UtilityMenu:Select->EntitiesUtilityMenu:Select->Comp/Assembly...->CreateComponentANSYSDYNA教程第章第18页接触面定义-Step2（续）2.要创建接触定义中使用PartID’s,首先用EDPART,CREATE创建PART…在创建完节点组元和PART号后，用EDCGEN命令定义接触.

Preprocessor:LS-DYNAOptns->PartOptions

ANSYSDYNA教程第章第19页接触面定义-Step2（续）EDCGEN命令自动在接触面与目标面之间生成接触.Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->DefineContact首先选择接触类型与相关选项然后指定摩擦系数对于面面接触与节点-面接触,会出现另一个对话框，然后定义CONTACT和TARGET面.对于单面接触选项,不会出现第二个对话框,因为不需要定义接触面与目标面.ANSYSDYNA教程第章第20页接触面定义-Step2（续）STEP2(续):关于摩擦系数参数与ANSYS隐式相比,ANSYS/LS-DYNA中摩擦定义灵活地多，摩擦系数可以取决于速度，可认为总摩擦力设置一个限制值.在ANSYS/LS-DYNA中,摩擦系数,mc如下定义:

mc=md+(ms-md)e-(DC)(v)式中ms=静态摩擦系数,md=动态摩擦系数,v=接触面之间相对速度.DC=指数衰减系数,当DC或v=0,

mc=ms

最大摩擦力,Flim,能够经过粘性摩擦系数VC与接触面面积乘积进行限制:Flim=VCAsegment摩擦系数限制经惯用于接触会引发塑性流动应用中。提议VC=1.732

ss/3,ss是接触材料剪切屈服应力ANSYSDYNA教程第章第21页接触面定义-Step2（续）为了防止接触中无须要振荡,能够使用接触阻尼系数VDC在接触面垂直方向施加阻尼.VDC是实际频率与接触界面临界振动频率百分比，如20%，则VDC输入值应为20:

x=VDCxcrit=VDC(2mw)其中

m是接触主面质量，

w

自然频率。VDC惯用于钣金成形分析中消除振荡。全部摩擦参数(ms,md,DC,VC,andVDC)可直接由EDCGEN命令输入ANSYSDYNA教程第章第22页接触面定义-Step3STEP3:指定其它参数对于一些特殊接触种类，需要输入EDCGEN中V1-V4参数.下面表总结了每种类别需要额外输入每个额外值直接以接触/目标组元或PART号输入.ANSYSDYNA教程第章第23页列表与删除接触因为不创建接触单元,在求解之前非常有必要列出定义接触面来确保接触已经正确地定义.用EDCLIST命令列出接触实体

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->ListEntities全部定义接触实体连同指定摩擦系数能够自动列出.注意到每种接触定义有一个参考号ANSYSDYNA教程第章第24页列表与删除接触（续）假如确认接触面定义不正确，能够使用EDCDELE命令方便地删除接触当使用EDCDELE命令时,必须指定接触选项和接触/目标组元或PART.

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->DeleteEntitiesContactoptionContactcomponentTargetcomponentANSYSDYNA教程第章第25页Contact#1Contact#2Contact#3画接触面使用接触定义号以及EDPC命令画接触对用EDCLIST命令列出接触，然后用接触参考号和EDPC命令画出接触对指定接触界面识别号ANSYSDYNA教程第章第26页高级接触控制选项-Step4一旦定义了模型中面与面之间接触，在ANSYS/LS-DYNA中有几个高级选项控制接触.几乎全部高级接触选项由EDCONTACT命令控制.主要有以下几项:Option1:ControllingthecontactsearchmethodOption2:ControllingcontactdepthOption3:ControllingcontactstiffnessOption4:Contactsurfacebirthanddeathtimes(EDCGENcommand)Option1:控制接触搜索方法在ANSYS/LS-DYNA中,有2种接触搜寻方式:a.网格连贯性搜索(defaultforNTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS)b.块方法(defaultforallothertypes)在网格连贯搜索中,接触算法使用相邻单元共用节点进行搜索.当一个目标面与一个接触节点脱离接触后，相邻面被检验.ANSYSDYNA教程第章第27页高级接触控制选项1meshconnectivity方法非常快，但要求接触面网格是连续在bucketsort方法中,由接触面所占据三维空间被分为许多立方体（buckets).节点能够接触同一立方体中任何部分或者相邻bucket.bucketsort算法功效十分强大,不过在某种程度上比meshconnectivitytracking要慢,尤其针对大模型.假如模型含有不连续网格，所以最好使用EDCONTACT命令SHTK域将接触算法设置为bucketsortmethod:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControlsANSYSDYNA教程第章第28页高级接触控制选项2Option2:控制接触深度对于STS,NTS,和OSTS普通选项,ANSYS/LS-DYNA假定搜索接触深度为1010.当接触节点穿过目标面时，就会产生一个与接触深度成百分比接触力.当模型组件处于连续相对运动时因为产生假接触，从而带来不稳定.假如接触深度很大,伪接触力会展现无穷大.假如节点出现（滑到）在目标面后面，它会很快滑到物体外空间中.为了控制接触深度,使用EDCONTACT命令中PENCHK域:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls经过设置小穿透检验为ON,程序将依据目标段厚度搜索接触深度.ANSYSDYNA教程第章第29页高级接触控制选项3Option3:控制接触刚度在ANSYS/LS-DYNA中penaltymethod被用来计算接触力.在penaltymethod中，一个弹簧被防在两个物体之间，其间接触力由下式给出:理想情况下，在接触过程中两个面之间应该没有穿透.ANSYS/LS-DYNA在材料参数基础上自动计算接触刚度和接触段大小.由此提供界面刚度普通会得到理想接触效果。dFkd=界面穿透量.F=kd

其中k=接触界面刚度,ANSYSDYNA教程第章第30页高级接触控制选项3(continued)不过，接触刚度能够用一个百分比因子SFSI进行改变,深入调整ANSYS/LS-DYNA计算刚度(kcalc)：k=SFSIkcalcSFSI缺省值为0.1.为提升接触刚度,能够增加SFSI。不过同时应该预防收敛不稳定.普通在侵蚀接触分析中增加SFSI.为了控制接触刚度,EDCONTACTSFSI域应该以下方式用:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControlsSFSI通常不要超出1.0.特殊情况能够到达6~10.ANSYSDYNA教程第章第31页因为不匹配，有5种不一样选项来控制接触刚度:1–使用接触和目标刚度中较小值2–使用目标面值3–使用接触面值4–使用面或质量加权接触值5–使用与壳厚度相关加权值(通常提议不使用)高级接触控制选项3(continued)当确定缺省接触刚度时,ANSYS/LS-DYNA使用材料参数和接触面与目标面单元尺寸.假如模型接触面之间材料属性相差太大(如钢撞击泡沫），或单元尺寸相差太大,会产生不稳定性或非真实响应.当因为接触刚度不匹配而产生问题时，接触与目标面接触刚度能够由ANSYS/LS-DYNA调整到比较相近.接触刚度调整能够用EDCONTACT命令PENO完成:

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControlsANSYSDYNA教程第章第32页高级接触控制选项4Opt