Dyna接触界面设置

会计学1Dyna接触界面设置00132210JAN20006-2

本章目标完成本章后,学员应该该能够定义和使用接触面1.对ANSYS/LS-DYNA中的接触有一个初步了解2.描述了ANSYS/LS-DYNA中3种不同的接触算法3.描述了8种不同的接触类型集合4.定义如何创建接触面5.描述了

ANSYS/LS-DYNA中的高级接触控制6.提出ANSYS/LS-DYNA使用接触的注意事项7.练习.第1页/共35页00132210JAN20006-3

接触面–概述ANSYS/LS-DYNA不使用单元定义接触.在ANSYS/LS-DYNA中使用接触面定义接触.通过多达22种不同的接触描述,ANSYS/LS-DYNA可以处理绝大多数会遇到的接触问题要定义ANSYS/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.第2页/共35页00132210JAN20006-4接触面–概述（续）面对22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比较困难.为了选择合适的接触类型，往往需要对ANSYS/LS-DYNA中的接触集合和算法有深入的理解.接触算法是程序用来处理接触面的方法.在ANSYS/LS-DYNA中有3种算法:1.SingleSurfaceContact2.NodestoSurfaceContact3.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ANSYS/LS-DYNA中有9种集合:

1.General 5.TiedwithFailure9.Forming 2.Automatic 6.Eroding 3.Rigid 7.Edge 4.Tied 8.Drawbead第3页/共35页00132210JAN20006-5接触面–概述（续）第4页/共35页00132210JAN20006-6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ANSYS/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.在预先不知接触情况时，单面接触非常有用.第5页/共35页00132210JAN20006-7单面接触（续）相对于ANSYS隐式分析,ANSYS/LS-DYNA的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SingleSurface,AutomaticSingleSurface,AutomaticGeneral,ErodingSingleSurface和SingleEdge第6页/共35页00132210JAN20006-8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.只考虑冲击目标面的节点。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,FNTS

TARGETSURFACE

CONTACTNODES1.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.点面接触第7页/共35页00132210JAN20006-9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,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV面面接触第8页/共35页00132210JAN20006-10penetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeAutomaticContactGeneralContactContactRestoringForceContactRestoringForce自动与普通接触自动接触与普通接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同普通接触在计算接触力时不考虑壳的厚度.自动接触允许接触出现在壳元的两侧两种接触类型中的壳元接触力按照如下方法计算:第9页/共35页00132210JAN20006-11侵蚀接触当单元可能失效时用这种接触.侵蚀接触的目的是保证在模型外部的单元失效被删除后，剩下的单元依然能够考虑接触。第10页/共35页00132210JAN20006-12Contactofthekneesagainstthedashboard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，后者是采用用户定义的力-变形曲线来阻止穿透。这些通常用于多刚体动力学.变形体与刚体之间的接触必须用automatic或erodingcontacts.第11页/共35页00132210JAN20006-13边-边接触edgecontact用于壳单元的法线与碰撞方向正交时。用EDCGEN,SE自动选择所有的边线.第12页/共35页00132210JAN20006-14固连接触接触被粘在一起.当网格彼此不匹配时，可以使用(TDNS,TDSS,TSTS,TNTS).经常用于销栓连接.当使用固连失效时(TSTS,TNTS)，达到以下条件时固连就失效:tiedfnfsffffnnfailmssfailm,,æèçöø÷+æèçöø÷³121第13页/共35页00132210JAN20006-15F=Ffriction+FbendingDepthofdrawbead拉延筋（Drawbead）接触Drawbeadcontact通常用于板料成型，用于约束板料的运动.在类似冲压的板料成型过程中,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始终保持接触.第14页/共35页00132210JAN20006-16钣金成形类接触成型接触选项：formingnodetosurface(FNTS),formingsurfacetosurface(FSTS)和formingone-waysurfacetosurface(FOSS)是钣金成形分析中首选的类型.对于这些接触选项,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,因此减小接触定义的复杂性.模具网格的方向必须一致.成型接触选项基于自动接触类型，因此功能十分强大.第15页/共35页00132210JAN20006-17接触面定义在ANSYS/LS-DYNA中用4个基本步骤来定义接触:Step1:选择适合的接触类型Step2:标定接触实体(对于单面接触不需要)Step3:指定需要的额外参数Step4:指定高级接触控制STEP1:决定接触选项在

ANSYS/LS-DYNA中有大量的接触类型来定义面面之间的相互作用.要定义特定应用的接触选项,参考ANSYS/LS-DYNA用户指南与本章中的描述.对于大多数分析,建议使用automaticgeneral(AG),nodestosurface(NTS),和surfacetosurface(STS)接触选项.第16页/共35页00132210JAN20006-18接触面定义-Step2STEP2:定义接触实体除了单面接触(ASSC,AG,SS,ESS,andSE),所有的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的节点组元,首先选择接触面…. 然后将面上的节点定义为组元UtilityMenu:Select->EntitiesUtilityMenu:Select->Comp/Assembly...->CreateComponent第17页/共35页00132210JAN20006-19接触面定义-Step2（续）2.要创建接触定义中使用的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

第18页/共35页00132210JAN20006-20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.第19页/共35页00132210JAN20006-21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中摩擦的定义灵活地多，摩擦系数可以取决于速度，可以为总的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=接触面之间的相对速度.DC=指数衰减系数,当DC或v=0,

mc=ms

最大摩擦力,Flim,可以通过粘性摩擦系数VC与接触面的面积乘积进行限制:Flim=VCAsegment摩擦系数限制经常用于接触会引起塑性流动的应用中。建议VC=1.732

ss,ss

是接触材料的剪切屈服应力第20页/共35页00132210JAN20006-22接触面定义-Step2（续）为了避免接触中不必要的振荡,可以使用接触阻尼系数VDC在接触面垂直方向施加阻尼.VDC使实际频率转换为临界频率的百分比，如20%，则VDC输入值应为20:

x=VDCx

crit=VDC(2mw)其中

m

是接触主面的质量，

w

自然频率。VDC常用于钣金成形分析中消除振荡。所有摩擦参数(ms,md,DC,VC,andVDC)可直接由EDCGEN命令输入第21页/共35页00132210JAN20006-23接触面定义-Step3STEP3:指定其它参数对于一些特殊的接触种类，需要输入EDCGEN中的V1-V4参数.下面的表总结了每种类别需要的额外输入每个额外值直接以接触/目标组元或PART号输入.第22页/共35页00132210JAN20006-24列表与删除接触由于不创建接触单元,在求解之前非常有必要列出定义的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所有定义的接触实体连同指定的摩擦系数可以自动的列出.注意到每种接触定义有一个参考号第23页/共35页00132210JAN20006-25列表与删除接触（续）如果确认接触面的定义不正确，可以使用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->DeleteEntitiesContactoptionContactcomponentTargetcomponent第24页/共35页00132210JAN20006-26Contact#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第25页/共35页00132210JAN20006-27高级接触控制选项-Step4一旦定义了模型中面与面之间的接触，在

ANSYS/LS-DYNA中有几个高级选项控制接触.几乎所有的高级接触选项由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的节点进行搜索.当一个目标面与一个接触节点脱离接触后，相邻的面被检查.第26页/共35页00132210JAN20006-28高级接触控制选项1

meshconnectivity方法非常快，但要求接触面的网格是连续的在bucketsort方法中,

由接触面所占据的三维空间被分为许多立方体（buckets).节点可以接触同一立方体中的任何部分或者相邻的bucket.接触节点可接触在相同的bucket中或相邻的bucket中接触任何目标面的部分

bucketsort算法功能十分强大,但是在某种程度上比meshconnectivitytracking要慢,尤其针对大模型.因为许多模型含有不连续的网格，因此最好使用EDCONTACT命令的SHTK域将接触算法设置为bucketsortmethod:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls第27页/共35页00132210JAN20006-29高级接触控制选项2Option2:控制接触深度对于STS,NTS,和OSTS的普通选项,ANSYS/LS-DYNA假定搜索的接触深度为1010.当接触节点穿过目标面时，就会产生一个与接触深度成比例的接触力.当模型的组件处于连续的相对运动时由于产生假接触，从而带来不稳定.如果接触深度很大,伪接触力会呈现无穷大.如果节点出现（滑到）在目标面的后面，它会很快滑到物体外的空间中.为了控制接触深度,使用EDCONTACT命令中的PENCHK域:Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls通过设置小穿透检查为ON,程序将根据目标段的厚度搜索接触深度.第28页/共35页00132210JAN20006-30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，其间的接触力由下式给出:理想情况下，在接触过程中两个面之间应该没有穿透.这意味着接触面刚度k=,从而导致数值不稳定.ANSYS/LS-DYNA在材料参数的基础上自动计算接触刚度和接触段的大小.由此提供的界面刚度一般会得到理想的接触效果。dFkd=界面穿透量.F=kd

其中k=接触界面刚度,第29页/共35页00132210JAN20006-31高级接触控制选项3(continued)但是，接触刚度可以用一个比例因子

SFSI进行改变,进一步调整

ANSYS/LS-DYNA的计算刚度(kcalc)：k=SFSIkcalcSFSI的缺省值为0.1.为提高接触刚度,可以增加SFSI。但是同时应该防止收敛的不稳定.一般在侵蚀接触分析中增加SFSI.为了控制接触刚度,EDCONTACT的SFSI域应该如下方式用:

Preprocessor:LS-DYNAOptions->Contact->AdvancedControls建议SFSI

不要超过1.0.第30页/共35页00132210JAN20006-32由于不匹配，有5种不同的选项来控制接触刚度:1–使用接触和目标刚度中的较小值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–使用与壳厚度成反比的从属值(通常建议不使用)高级接触控制选项3(contin