LS-DYNA中的接觸類型及適用場合
lsdyna中有22種的接觸類型,為了選擇合適的接觸類型,往往需要對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。有3種:(1)singel surface contact;(2)nodes to surface contact;(3)surface to surface contact
一個接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合。有9種:(1)general;(2)automatic;(3)rigid;(4)tied;(5)tied with failure;(6)eroding;(7)edge;(8)drawbead;(9)forming。
1、單面接觸
單面接觸用于當一個物體外表面與自身接觸或和另一個物體的外表面接觸時使用。是最通用的接觸類型。程序會搜索模型中的所有外表面,檢查其間是否相互發生穿透。不需要定義接觸面與目標面。
大多數沖擊與碰撞問題需要定義單面接觸。當接觸面之間的穿透超過接觸單元厚度40%時,單面接觸自動釋放接觸,對下面問題造成威脅。如:超薄部分,具有低剛度的軟體,高速運動物體之間的接觸。
單面接觸在ASCII rcforc文件中不記錄所有的接觸反作用力,如果需要接觸反力,可以使用點到面或面到面的接觸。
2、點面接觸
點面接觸發生在一個接觸節點碰到目標面時。由于它是非對稱的,所有是最快的算法,只考慮沖擊目標面的節點。
對于點面接觸,必須指定接觸面與目標面的節點組元或PART號。
當使用點面接觸時,注意:平面與凹面為目標面,凸面為接觸面。粗網格為目標面,細網格為接觸面。對于drawbead接觸,壓延筋總是節點接觸面,工件為目標面。
3、面面接觸
當一個面穿透另一個物體的面時,使用面面接觸算法。它完全對稱,因此接觸面與目標面選擇時任意的。也是要用節點組元和PART號來定義接觸面和目標面的。節點可以從屬多個接觸面。
(1)自動接觸與普通接觸
自動接觸與普通接觸的區別在于對殼單元接觸力的處理方式不同。普通接觸在計算接觸力時不考慮殼的厚度。自動接觸允許接觸出現在殼元的兩側。
(2)侵蝕接觸
侵蝕接觸時當單元可能失效時候使用。目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后,剩下的單元依然可以能夠考慮接觸。
(3)剛體接觸
剛體接觸時,接觸Rntr和Rotr與NTS和OSTS類似,除了前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。
變形體與剛體之間的接觸必須用automatic或eroding contacts。
(4)edge contact
edge contact用于殼單元的法線與碰撞方向正交時。用EDCGEN,SE自動選擇所有的邊線。
(5)固連接觸
固連接觸是接觸被粘在一起,當網格互相不匹配時使用。經常用于銷栓連接。
(6)drawbead拉延筋接觸
drawbead拉延筋接觸通常用于板料成型,用于約束板料的運動。在類似沖板的板料成型過程中,通常會出現工件與模具之間失去接觸(如起皺)。它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始終保持接觸。
(7)鈑金成型類接觸
鈑金成型類接觸中FNTS,FSTS,FOSS是首選類型。對于這些,沖頭與模具通常定義為目標面,而工件則定義為接觸面。對于這些接觸類型中的模具無需網格貫通,因此減小接觸定義的復雜性。使用時,模具網格方向必須一致。
接觸四步驟:
(1)選擇合適的接觸類型;(2)標定接觸實體(對于單面接觸不需要);(3)指定需要的額外參數;(4)指定高級接觸控制。
畫接觸面可以使用接觸定義號以及EDPC命令。用EDLIST命令列出接觸,然后用接觸參考號和EDPC命令畫出接觸對。
高級接觸控制選項:
option1:controlling the contact search method
option2:controlling contact depth
option3:controlling contact stiffness
option4:contact surface birth and death times(EDCGEN command)
option1:控制接觸搜索方法
——兩種方法:網格連貫性搜索(default for NTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS),塊方法(default for all other types)
——在網格連貫搜索中,接觸算法使用相鄰單元共用的節點進行搜索,當一個目標面與一個接觸節點脫離接觸后,相鄰的面被檢查。
——mesh connectivity方法非常快,但要求接觸面的網格是連續的。
——在bucket sort方法中,由接觸面所占據的三維空間被分為許多立方體(buckets)。節點可以接觸同一立方體中的任何部分或者相鄰的bucket。接觸節點可接觸在相同的bucket中或相鄰的bucket中接觸任何目標面的部分。
——bucket sort算法功能十分強大,但是在某種程度上比mesh connectivity tracking要慢,尤其對于大的模型。
option2:控制接觸搜索深度
——對于STS,NTS和OSTS的普通選項,lsdyna假定搜索的接觸深度為10的10次方,當接觸點穿過目標面時,就會產生一個與接觸深度成比例的接觸力。
——當模型的組件處于連續的相對運動時由于產生假接觸,從而帶來不穩定,如果接觸深度很大,偽接觸力會呈現無窮大。如果節點出現(滑到)在目標面的后面,它會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。GUI:preprocessor>lsdyna options>contact>andvanced controls
option3:控制接觸剛度
——由于penalty method用來計算接觸力。在penalty method中,F=Kδ。k-接觸界面剛度。δ-界面穿透量。理想的情況下,在接觸過程中兩個面之間應該沒有穿透,這意味著接觸面剛度k=∞,導致數值 不穩定。ansys/lsdyna在材料參數基礎上自動計算接觸剛度和接觸段的大小,由此提供的界面剛度一般會得到理想的接觸效果。
——接觸剛度通過一個比例因子SFSI進行改變,從而調整K。SFSI的缺省值為0.1,為提高接觸剛度,可以增加SFSI。但是同時應該防止收斂的不穩定。建議SFSI不超過1.0。
——在缺省接觸剛度時,ansys/lsdyna使用材料參數和接觸面與目標面的單元尺寸。
——如果模型的接觸面之間的材料屬性相差太大(如鋼撞擊泡沫),或單元尺寸相差太大,會產生不穩定性或非真實的響應。
此時,程序會自動調整到比較相近。
option4:接觸面生死時間
——在指定有效時間內,定義的接觸面處于有效狀態,直到失效時間,它的生死由EDCGEN命令中的BTIME和DTIME進行控制。
使用接觸注意:
——接觸面之間的初始穿透不允許。如果程序檢查到面之間有初始穿透,將自動將重合部分從接觸面中移走。
——要使用真實的材料參數與殼單元厚度。材料參數和接觸面的幾何尺寸用來確定K
——不要在相同的PARTS之間定義多個接觸。
——如果事先不知道具體接觸情況,可以使用單面接觸。
——在求解之前列出定義的接觸面,從而確保正確定義。
——如果一個分析在開始運行后很快發散,下面的ASCII輸出文件可以用來檢查是否是接觸出現了問題。GLSTAT:總能量分布。MATSUM:PART ID對應的能量。SLEOUT:接觸能量輸出。
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