1 引言

接觸－碰撞問(wèn)題屬于最困難的非線性問(wèn)題之一，因?yàn)樵诮佑|－碰撞問(wèn)題中的響應(yīng)是不平滑的。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，垂直于接觸界面的速度是瞬時(shí)不連續(xù)的。對(duì)于Coulcomb摩擦模型，當(dāng)出現(xiàn)粘性滑移行為時(shí)，沿界面的切向速度也是不連續(xù)的。接觸－碰撞問(wèn)題的這些特點(diǎn)給離散方程的時(shí)間積分帶來(lái)明顯的困難。因此，方法和算法的適當(dāng)選擇對(duì)于數(shù)值分析的成功是至關(guān)重要的。

雖然通用商業(yè)程序LS-DYNA提供了大量的接觸類型，可以對(duì)絕大多數(shù)接觸界面進(jìn)行合理的模擬，但在具體的工程問(wèn)題中，面臨接觸類型的選擇及棘手的接觸參數(shù)控制等問(wèn)題。 

基于以上，本文對(duì)LS-DYNA中的接觸-碰撞算法作了簡(jiǎn)要的闡述，對(duì)接觸類型作了詳盡的總結(jié)歸納，并對(duì)接觸界面的模擬提出了一些建議。

2 基本概念

基本概念：“slave”、“master”、“segment”。

在絕大多數(shù)的接觸類型中，檢查slave nodes是否與master segment產(chǎn)生相互作用(穿透或滑動(dòng)，在Tied Contacts 中slave限定在主面上滑動(dòng))。因此從節(jié)點(diǎn)的連接方式（或從面的網(wǎng)格單元形式）一般并不太重要。

非對(duì)稱接觸算法中主、從定義的一般原則：

 粗網(wǎng)格表面定義為主面，細(xì)網(wǎng)格表面為從面；

 主、從面相關(guān)材料剛度相差懸殊，材料剛度大的一面為主面。

 平直或凹面為主面，凸面為從面。

有一點(diǎn)值得注意的是，如有剛體包含在接觸界面中，剛體的網(wǎng)格也必須適當(dāng)，不可過(guò)粗。

3 接觸算法

在LS-DYNA中有三種不同的算法處理碰撞、滑動(dòng)接觸界面，即：

 動(dòng)態(tài)約束法（kinematic constraint method）

 罰函數(shù)法（penalty method）

 分布參數(shù)法（distributed paramete method）

3.1 Kinematic Constraint Method

采用碰撞和釋放條件的節(jié)點(diǎn)約束法由Hughes 等于1976年提出，同年被Hallquit 首先應(yīng)用在 DYNA2D中，后來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用到 DYNA3D中。

其基本原理是：在每一時(shí)間步Δt修正構(gòu)形之前，搜索所有未與主面(master surface)接觸的從節(jié)點(diǎn)(slave node)，看是否在此Δt內(nèi)穿透了主面。如是，則縮小Δt，使那些穿透主面的從節(jié)點(diǎn)都不貫穿主面，而使其正好到達(dá)主面。在計(jì)算下一Δt之前，對(duì)所有已經(jīng)與主面接觸的從節(jié)點(diǎn)都施加約束條件，以保持從節(jié)點(diǎn)與主面接觸而不貫穿。此外還應(yīng)檢查那些和主面接觸的從節(jié)點(diǎn)所屬單元是否受到拉應(yīng)力作用。如受到拉應(yīng)力，則施加釋放條件，使從節(jié)點(diǎn)脫離主面。

這種算法存在的主要問(wèn)題是：如果主面網(wǎng)格劃分比從面細(xì)，某些主節(jié)點(diǎn)（master node）可以豪無(wú)約束地穿過(guò)從面(slave surface)（這是由于約束只施加于從節(jié)點(diǎn)上），形成所謂的“紐結(jié)”(Kink)現(xiàn)象。當(dāng)接觸界面上的壓力很大時(shí)，無(wú)論單元采用單點(diǎn)還是多點(diǎn)積分，這種現(xiàn)象都很容易發(fā)生。當(dāng)然，好的網(wǎng)格劃分可能會(huì)減弱這種現(xiàn)象。但是對(duì)于很多問(wèn)題，初始構(gòu)形上好的網(wǎng)格劃分在迭代多次后可能會(huì)變得很糟糕，如爆炸氣體在結(jié)構(gòu)中的膨脹。

由于節(jié)點(diǎn)約束算法較為復(fù)雜，目前在LS-DYNA程序中僅用于固連與固連一斷開類型的接觸界面（統(tǒng)稱固連界面），主要用來(lái)將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的不協(xié)調(diào)兩部分聯(lián)結(jié)起來(lái)。

3.2 Distributed Parameter Method

分配參數(shù)法也是發(fā)展較早的一種接觸界面算法，Wilkins在1964年將該算法成功地應(yīng)用到HEMP程序中，Burton等在1982年將其應(yīng)用于TENSOR分析程序中。與節(jié)點(diǎn)約束法相比，這種算法具有較好的網(wǎng)格穩(wěn)定性，因此被DYNA采用。目前，在LS-DYNA程序中用來(lái)處理接觸一滑動(dòng)界面的問(wèn)題。

該方法的基本原理是：將每一個(gè)正在接觸的從單元(slave element)的一半質(zhì)量分配到被接觸的主面面積上，同時(shí)根據(jù)每個(gè)正在接觸的從單元的內(nèi)應(yīng)力確定作用在接受質(zhì)量分配的主面面積上的分布?jí)毫?。在完成質(zhì)量和壓力的分配后，修正主面的加速度。然后對(duì)從節(jié)點(diǎn)的加速度和速度施加約束，以保證從節(jié)點(diǎn)在主面上滑動(dòng)，不允許從節(jié)點(diǎn)穿透主表面，從而避免了反彈現(xiàn)象。

這種算法主要用來(lái)處理接觸界面具有相對(duì)滑移而不可分開的問(wèn)題。因此，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，該算法并沒有太多的用處。它最典型的應(yīng)用是處理爆炸等問(wèn)題，炸藥爆炸產(chǎn)生的氣體與被接觸的結(jié)構(gòu)之間只有相對(duì)滑動(dòng)而沒有分離。

3.3 Penalty Method

該算法于1981年有Huag等人，1982年8月開始用于 DYNA2D中[2]?，F(xiàn)在，罰函數(shù)法已發(fā)展為一種非常用的接觸界面算法，在數(shù)值計(jì)算中被廣泛應(yīng)用。

罰函數(shù)法的基本原理是：在每一個(gè)時(shí)間步首先檢查各從節(jié)點(diǎn)是否穿透主面，如沒有穿透不作任何處理。如果穿透，則在該從節(jié)點(diǎn)與被穿透主面間引入一個(gè)較大的界面接觸力，其大小與穿透深度、主面的剛度成正比。這在物理上相當(dāng)于在兩者之間放置一法向彈簧，以限制從節(jié)點(diǎn)對(duì)主面的穿透。接觸力稱為罰函數(shù)值。“對(duì)稱罰函數(shù)法”則是同時(shí)對(duì)每個(gè)主節(jié)點(diǎn)也作類似上述處理。

對(duì)稱罰函數(shù)法由于具有對(duì)稱性、動(dòng)量守恒準(zhǔn)確，不需要碰撞和釋放條件，因此很少引起Hourglass效應(yīng)，噪聲小。

對(duì)稱罰函數(shù)法在每一個(gè)時(shí)間步對(duì)從節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)循環(huán)處理一遍，算法相同。下面以從節(jié)點(diǎn)ns為例詳細(xì)描述該算法的基本步驟：

1 搜索所有從動(dòng)點(diǎn)，確定從動(dòng)點(diǎn)是否穿透主面。

2 如否，不作處理，搜索結(jié)束；如是，則在從節(jié)點(diǎn)與主面上的接觸點(diǎn)間附加

一法向接觸力 Fn。

3 處理摩擦力。

4 將接觸力 Fn和摩擦力 投影到總體坐標(biāo)，組集到總體載荷向量中。

4 接觸類型

在具體介紹各種類型的接觸前，先闡述幾個(gè)基本的概念。

在殼單元中，自動(dòng)接觸通過(guò)法向投影中面的1/2“Contact Thickness”來(lái)確定接觸面。這就是“shell thickness offsets”。接觸厚度可以在接觸的定義中明確指定。如果接觸厚度沒有指定，則等于殼的厚度（在單面接觸中，為殼厚度或單元邊長(zhǎng)的最小值）。相同的，在梁的接觸中，接觸面從梁的基線偏置梁截面等效半徑距離。因此，在有限元幾何建模時(shí)，為考慮殼厚、梁截面尺寸必須在殼、梁的part間有適當(dāng)?shù)拈g隙，否則會(huì)有初始穿透現(xiàn)象發(fā)生（即發(fā)生不真實(shí)的接觸現(xiàn)象）。雖然LS-DYNA可以通過(guò)移動(dòng)穿透的從節(jié)點(diǎn)到主面上來(lái)消除初始穿透，但是并不是所有的初始穿透都能檢查出。

DYNA中大多數(shù)的接觸有一個(gè)“極限穿透深度”，如侵徹超過(guò)這個(gè)深度則從節(jié)點(diǎn)被釋放，接觸力置為0。這主要用在自動(dòng)接觸中，防止過(guò)大接觸力的產(chǎn)生而引起數(shù)值不穩(wěn)定性。然而在有些情況下，因?yàn)檫@個(gè)閾值過(guò)早達(dá)到而使接觸失效（常發(fā)生在非常薄的殼單元中）。此時(shí)應(yīng)采取的措施是放大接觸厚度因子或設(shè)置接觸厚度為大于殼厚度的一個(gè)值，或者改變接觸剛度的計(jì)算方法（如改為Soft=1）。

LS-DYNA中的接觸允許從節(jié)點(diǎn)與主段間壓縮載荷的傳遞。如接觸摩擦激活，也允許切向載荷的傳遞。Coulomb摩擦列式用來(lái)處理從靜到動(dòng)摩擦的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換要求一個(gè)衰減系數(shù)、靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。

關(guān)于接觸搜索方法，這里僅給出幾個(gè)簡(jiǎn)單的要點(diǎn)，詳細(xì)描述見Theoretical Manual of LS-DYNA。

DYNA中有兩種搜索方法：Incremental Search Technique與Bucket Sort。

Incremental Search Algorithms                 

搜索方向   僅在主段正方向從節(jié)點(diǎn)的穿透        

搜索步驟   對(duì)每一個(gè)從節(jié)點(diǎn)的：找出最接近的主節(jié)點(diǎn)；搜索相鄰的主段；穿透檢查；施加作用力。                

主面要求   主面連續(xù)                             

特點(diǎn)       簡(jiǎn)單、速度快   

Global Bucket Sort

搜索方向   主面正、負(fù)方向檢查穿透

搜索步驟   搜索接近的主段（不止一個(gè)）；局部利用Incremental Search確定最接近的主段；穿透檢查；施加作用力。

主面要求   主面可以不連續(xù)

特點(diǎn)       非常有效，但耗時(shí)大所有的非自動(dòng)    

LS-DYNA中的接觸類型大體上可以分為五大類：

 One-Way Contact （單向接觸）

 Two-Way Contact（ 雙向接觸）

 Single Contact（單面接觸）

 Entity

 Tied Contac（固－連接觸）

在以上接觸類型中，前四種接觸類型的接觸算法均采用罰函數(shù)法。固－連接觸有的采用的罰函數(shù)法，有的采用動(dòng)約束法，少部分采用分布參數(shù)法。

4.1 One-Way Treatment of Contact

One-Way、Two-Way是對(duì)接觸搜索來(lái)講的。One-way僅檢查從節(jié)點(diǎn)是否穿透主面，而不檢查主節(jié)點(diǎn)。在Two-Way Contact中從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)是對(duì)稱的，從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)都被檢查是否穿透相應(yīng)的主面或從面。

LS-DYNA中的_Node_To_Surface接觸類型都屬于單向接觸，另外還有特別注明為單向接觸的_Surface_To_Surface接觸類型：

 *Contact_Nodes_To_surface

 *Contact_Automatic_Nodes_To_Surface

 *Contact_Froming_Nodes_To_Surface（自動(dòng)接觸類型、主要用于金屬拉壓成形）

 *Contact_Constraint_Nodes_To_Surface（現(xiàn)已很少用）

 *Contact_Eroding_Nodes_To_Surface

 *Contact_One_Way_Surface_To_Surface

 Contact_One_Way_Automatic_Surface_To_Surface

由于在單向接觸中，僅有從節(jié)點(diǎn)被檢查是否穿透主面，而不考慮主節(jié)點(diǎn)，因此在使用時(shí)必須注意，應(yīng)保證在接觸過(guò)程中主節(jié)點(diǎn)不會(huì)穿過(guò)從面。同樣的原因，單向接觸要比雙向接觸運(yùn)行速度快得多，因此仍被廣泛應(yīng)用。在以下情況中使用單向接觸是合適的：

 主面是剛體

 相對(duì)細(xì)的網(wǎng)格（從）與相對(duì)平滑、粗的網(wǎng)格（主）接觸

 beam_to_surface、 Shell edge_to_surface接觸。beam node、Shell edge node作從點(diǎn)。

在接觸分析中，由于問(wèn)題的復(fù)雜性，判斷接觸發(fā)生的方向有時(shí)是很困難的，因此分析中應(yīng)盡量使用自動(dòng)接觸（不需要人工干預(yù)接觸方向）。但當(dāng)面的方向在整個(gè)分析過(guò)程中都能確定的情況下，下面的非自動(dòng)接觸類型是非常有效的：

*Contact_Nodes_To_Surface(5)

*Contact_One_Way_Surface_To_Surface(10)

*Contact_Constraint_Nodes_To_Surface(18)

*Contact_Eroding_Nodes_To_Surface(16)

4.2 Two-Way Treatment of Contact

主、從面的定義與算法處理上是完全對(duì)稱的。因此主面、從面可以隨意定義。計(jì)算資源大約是單向的2倍。LS-DYNA中絕大多數(shù)_Surface_To_Surface接觸都是雙向接觸類型。

雙向接觸除對(duì)主節(jié)點(diǎn)的搜索外，其它方面同單向接觸是完全一樣的。與前述接觸類型5、18、16相對(duì)應(yīng)的雙向接觸為：

*Contact_Surface_To_Surface(3)

*Contact_Constraint_Surfaces_To_Surface(17)

*Contact_Eroding_Surface_To_Surface(14)

在Crash Analysis中，*Contact_Automatic_Surface_To_Surface(a3)推薦使用。在金屬的拉壓成形分析中推薦使用*Contact_Froming_Nodes_To_Surface。

4.3 Single Surface

單面接觸是LS-Dyna中應(yīng)用最為廣泛的接觸類型，尤其在Crashworthiness應(yīng)用中。在這中類型中，從面一般定義為Part或PartSet ID。各Part間及自身Part間的接觸都考慮。如果建模精確，該接觸是可信、精確的。在單面接觸中，殼厚偏置總是考慮的，因此建模時(shí)不能有初始穿透存在。

單面接觸有：

*Contact_Single_Surface(4，不推薦使用)

*Contact_Automatic_Single _Surface(推薦)

*Contact_Automatic_General

*Contact_General_Interior

*Contact_Airbag_Single_Surface

對(duì)于Crash Analysis，推薦使用*Contact_Automatic_Single _Surface(13)。這個(gè)接觸類型其性能隨DYNA版本的提高不斷改善。

4.4 Tied Contact(Translational DOF only, No Failure, No Offset)

固－連接觸用來(lái)將從節(jié)點(diǎn)約束、限定在主面上。這種接觸類型一般是非對(duì)稱的，因此定義主、從是要符合§2中描述的一般規(guī)則。在這種類型的接觸中，主、從接觸面最好不要以Parts ID形式輸入，應(yīng)采用node/segment的形式。

固－連接觸類型豐富，采用的接觸算法也不一致，下面分別介紹。

Translational DOF only, No Failure, No Offset

這種接觸僅約束從節(jié)點(diǎn)的平動(dòng)自由度，且不考慮接觸的失效，不允許從節(jié)點(diǎn)的偏置。如果從節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的主段間有微小的距離存在，則采用正交投影的方法將從節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到主面上。因此，初始幾何構(gòu)形可能有微小的改變。

這種類型接觸采用動(dòng)態(tài)約束算法，因此不能將剛體約束到可變形體或剛體。

如下兩個(gè)命令是常用的固連接觸。這兩種接觸在數(shù)值處理上是完全一樣的，所不同的僅是輸入數(shù)據(jù)格式。

*Contact_Tied_Nodes_To_Surface(6)

*Contact_Tied_Surface_To_Surface(2)

Translational DOF only, No Failure, With Offset

這種接觸采用罰函數(shù)算法，允許從節(jié)點(diǎn)與主面間偏移（主、從面間存在微小的距離）存在，可以用于剛體相應(yīng)的約束。

與上述接觸類型2、6對(duì)應(yīng)的為

*Contact_Tied_Nodes_To_Surface_OFFSET(O6)

*Contact_Tied_Surface_To_Surface_OFFSET(O2)

由于從節(jié)點(diǎn)的偏置，可能會(huì)引起附加的動(dòng)量矩。但在這種類型的接觸中，不考慮偏置引起的動(dòng)量矩。因此，主、從面必須相當(dāng)?shù)慕咏?/span>

 Translational DOF & Rotational DOF, With Failure, No Offset

采用動(dòng)態(tài)約束算法。

 Translational DOF & Rotational DOF, With Failure, With Offset

罰函數(shù)法。

 Translational DOF Only, With Failure, With Offset

動(dòng)態(tài)約束算法。

5 接觸剛度的計(jì)算

在基于罰函數(shù)算法的接觸類型中，目前LS-DYNA有兩種計(jì)算主、從面間接觸剛度的方法。

5.1 Penalty-base Approach(SOFT=0)

該算法是LS-DYNA計(jì)算接觸剛度的缺省方法。它利用接觸段的尺寸與其材料特性來(lái)確定接觸剛度。當(dāng)兩個(gè)接觸面的材料剛度參數(shù)相差不大時(shí)，該方法是很有效的。但當(dāng)兩個(gè)接觸面的材料剛度相差很大時(shí)，由于接觸剛度采用主、從面中較小的剛度，而使接觸失效。

對(duì)于Crash分析，除非先驗(yàn)證明沒有問(wèn)題，否則一般不使用SOFT=0。

5.2 Soft Constraint-based Approach(SOFT=1&2)

計(jì)算接觸剛度時(shí)，綜合考慮了發(fā)生接觸的節(jié)點(diǎn)之質(zhì)量與整體時(shí)間步長(zhǎng)，以保證接觸的穩(wěn)定性。這樣的處理，對(duì)于材料性質(zhì)相差懸殊的接觸問(wèn)題是非常合適的。

Soft=1與Soft=0算法除剛度計(jì)算外，其它考慮是完全一致的。當(dāng)Soft=1時(shí)，采用下式計(jì)算接觸剛度k（單向接觸）：

k = max(SLSFAC*SFS*k0, SOFSCL*k1)

其中：k0～根據(jù)材料彈性模量與單元尺寸確定的接觸剛度；

      k1～根據(jù)節(jié)點(diǎn)之質(zhì)量與整體時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)確定接觸剛度。

對(duì)于Two-Way型接觸，用SFM代替上式中的SFS。

5.3 Segment-based Contact VS. Standard Contact

與Soft=0、1（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)算法”）不同，Soft=2是一種基于段（Segment based）的接觸算法。在標(biāo)準(zhǔn)算法中，檢查從點(diǎn)穿透主段與否而施加罰力與從點(diǎn)及相應(yīng)的主點(diǎn)；而在段接觸算法中，直接檢查段是否發(fā)生相互穿透而施加罰力與相應(yīng)段的節(jié)點(diǎn)。

6 接觸控制參數(shù)

LS-DYNA提供了多個(gè)與接觸相關(guān)的控制參數(shù)。根據(jù)不同接觸問(wèn)題的具體特點(diǎn)，設(shè)置不同的控制參數(shù)，對(duì)提高“接觸模型”的精確性是非常必要的。

LS-DYNA中的接觸控制參數(shù)可以在*Control_Contact、*Contact或*Part_Contact中設(shè)置，而有些參數(shù)也可以同時(shí)在多個(gè)命令中設(shè)定。如一個(gè)參數(shù)在多個(gè)命令中設(shè)置，則這樣的設(shè)置有一定的優(yōu)先次序。*Control_Contact對(duì)整個(gè)模型中的接觸提供一種“全局性”的“缺省”參數(shù)設(shè)置；*Contact對(duì)每個(gè)具體的接觸提供“局部”的參數(shù)設(shè)置，優(yōu)先權(quán)較高；*Part_Contact則為某個(gè)具體的Part涉及的接觸提供最高級(jí)別的參數(shù)控制。

6.1 Thickness offset: Automatic, SLTHK(Card 1,*Control_Contact, Option Card A)

LS-DYNA中非自動(dòng)接觸類型：

 *CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE

 *CONTACT_NODES_TO_SURFACE

 *CONTACT_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE

利用參數(shù)SHLTHK確定是否考慮“厚度偏置”，該參數(shù)可以在*CONTROL_CONTACT中全局定義，也可以在Optional Card B中局部定義。如果SHLTHK=0，不考慮厚度偏置，采用incremental search方法來(lái)確定從節(jié)點(diǎn)最接近的主段；如SHLTHK=1，考慮變形體的厚度偏置，但不考慮剛體厚度偏置；如SHLTHK=2，變形體、剛體的厚度偏置都考慮。如SHLTHK為1或2，程序采用global bucket search來(lái)確定接觸對(duì)。接觸建立以后，采用incremental searching來(lái)跟蹤從節(jié)點(diǎn)在主面上的位置。采用global bucket searching 的優(yōu)點(diǎn)是主、從面可以不連續(xù)（這對(duì)incremental search是不可能的）。

在非自動(dòng)接觸類型中，接觸段的法向方向（符合右手法則，指向接觸面）是非常重要的，必須保證所有接觸段的法向一致指向接觸面，這就是所謂的“oriented contact”。一個(gè)簡(jiǎn)單的方向自動(dòng)定位方法是激活*CONTROL_CONTACT中的參數(shù)ORIEN（必須在兩個(gè)中面間有一定的距離）。

自動(dòng)接觸和單面接觸總是考慮“殼厚偏置”。在這些類型的接觸中，采用整體塊搜索和局部增量搜索方法確定接觸對(duì)。

在Crash Analysis中，一般建議使用自動(dòng)類型的接觸，因?yàn)樽詣?dòng)接觸對(duì)于接觸面的連續(xù)性、方向等基本沒有限制，具有教強(qiáng)的適應(yīng)能力。

6.2 Contact Sliding Friction: FS&FD(Card 2)

LS-DYNA中的摩擦采用Coulcomb摩擦列式與等效彈塑性彈簧模型。摩擦通過(guò)設(shè)置*Contact或*Part_Contact中非零的靜（FS）、動(dòng)（FD）系數(shù)來(lái)激活。

如靜、動(dòng)摩擦系數(shù)不同，則FD應(yīng)小于FS，同時(shí)必須指定非零的衰減系數(shù)DC。對(duì)于伴有數(shù)值噪聲的問(wèn)題（如Crash Analysis），F(xiàn)S、FD通常設(shè)為相同的值，以避免額外噪聲產(chǎn)生。為限制過(guò)大、不真實(shí)的摩擦力產(chǎn)生，通常設(shè)置不同類型的問(wèn)題對(duì)摩擦系數(shù)的敏感性是不同的，有時(shí)可能存在很大的差異。在具體問(wèn)題分析是，可以通過(guò)極限分析（設(shè)置FS和FD的上、下限）的方法確定摩擦的敏感性。

6.3 Penalty Scale Factors: SFS&SFM(Card 3)

罰因子（SFS、SFM）用來(lái)增大或減小接觸剛度。在Soft=0、2時(shí)，真正的主、從罰因子是SFS、SFM分別與SLSFAC（*Control_Contact中定義）的乘積。

對(duì)于材料剛度相當(dāng)、網(wǎng)格尺寸相差不大的兩面間的接觸問(wèn)題，SFS、SFM、SLSFAC的缺省設(shè)置是可行的。但相接觸的兩個(gè)面的材料、網(wǎng)格相差很遠(yuǎn)時(shí)，對(duì)于Soft=0的接觸算法可能存在問(wèn)題，此時(shí)一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法就是設(shè)置Soft=1，而不必考慮（或試算）罰因子的選擇。

6.4 Contact Thickness: SST&MST（Card 3）

SST、MST可以直接指定期望的“接觸厚度”。如SST=MST=0（缺省值），則接觸厚度等于*Section_Shell中定義的單元厚度。

有時(shí)通過(guò)設(shè)置非零的SST、MST值來(lái)消除“初始穿透”（盡量避免這樣做）。  SST和MST一般不應(yīng)小于0.6～0.7。

 Contact Thickness Scaling（SFST&SFMT ）同SST、MST作用相同。

6.5 Viscous Damping: VDC(Card 2)

粘性接觸阻尼用來(lái)降低（高速）碰撞過(guò)程中接觸力的高頻振蕩。對(duì)于存在軟材料（如泡沫材料）的接觸問(wèn)題，VDC設(shè)為40~60（臨界阻尼的40~60%），通常能提高模型的穩(wěn)定性。對(duì)于金屬間的碰撞接觸問(wèn)題，VDC一般可設(shè)為20。

6.6 Bucket-Sort Frequency: BSORT(Optional Card A, *Contact)&NSBCS(Card 2， *Control_Contact)

Bucket Sort是一種非常有效的接觸搜索算法。如果考慮“厚度偏置”，則在所有的接觸類型（自動(dòng)、非自動(dòng)接觸）中，對(duì)于任一從節(jié)點(diǎn)均使用Bucket Sort方法搜索可能與之接觸的主段。由于接觸搜索是“接觸模擬”中非常耗時(shí)的一個(gè)步驟，因此應(yīng)盡量減少搜索的次數(shù)。BSORT用來(lái)指定兩次搜索間的迭代時(shí)間步數(shù)，Bucket Sort的間隔一般為10～100（與具體的接觸類型有關(guān)）。

對(duì)于不連續(xù)面間的接觸、高速碰撞等問(wèn)題，應(yīng)增加搜索的次數(shù)，即減小BSORT（或BSBCS），但一般不應(yīng)小于10。在這些問(wèn)題中，如搜索間隔過(guò)大，一些從點(diǎn)就會(huì)在接觸處理中被漏掉。但對(duì)于相對(duì)平滑的面間接觸問(wèn)題，可以適當(dāng)增加BSORT或NSBCS。

6.7 Maximum Penetration： PENMAX (Optional card B, *Control Contact)& XPENE (Card 2, *Control_Contact)

為避免由于從節(jié)點(diǎn)穿透深度過(guò)大（罰力與穿透深度成正比）而引起的數(shù)值不穩(wěn)定，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)穿透到一定的深度（Maximum Penetration），該節(jié)點(diǎn)從接觸中自動(dòng)釋放（但依然參與其他的計(jì)算）。在對(duì)殼元的穿透中，為防止當(dāng)從節(jié)點(diǎn)穿透殼的中面而引起的接觸力方向的突然翻轉(zhuǎn)，“殼厚偏置”的考慮也是非常必要的。

在非自動(dòng)接觸中，如SHLTHK＝0，則缺省的最大穿透深度為1.0e20，也就是說(shuō)不考慮從節(jié)點(diǎn)的釋放。如SHLTHK=1 or 2，則參數(shù)XPENE確定節(jié)點(diǎn)釋放準(zhǔn)則：

 Max Distance（Solids）＝XPENE（default=4.0）*（thickness of the solid element），SHLTHK=1

 Max Distance（Solids）＝0.05*（thickness of the solid element），SHLTHK=2

 Max Distance（Shells）＝XPENE（default=4.0）*（thickness of the shell element），SHLTHK=1

 Max Distance（Shells）＝0.05*（minimum diagonal length），SHLTHK=2

在自動(dòng)接觸、單面接觸中（Automatic_General除外），最大穿透深度由PENMAX（缺省值為0.4）確定：

 Max Distance=PENMAX*(thickness of the solid)

 Max Distance=PENMAX*(slave thickness+master thickness)

對(duì)于Automatic_General接觸，PENMAX的缺省值為200（幾乎不考慮節(jié)點(diǎn)的釋放）。

對(duì)于控制最大穿透深度的參數(shù)一般不要改動(dòng)（使用缺省設(shè)置）。如果節(jié)點(diǎn)穿透過(guò)大而需要釋放，可以采用增大接觸剛度、改變罰函數(shù)算法（SOFT），或增加接觸厚度等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

7 接觸輸出

在LS-DYNA中，最常用的接觸輸出文件是RCFORC，它包含主、從面每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接觸力（Global Cartesian Coordinate System）的ASCII文件。為輸出RCFORC必須在k文件中包含*Database_FCFORC，同時(shí)必須激活接觸控制中的參數(shù)SPR、MPR（Card 1）。注意：對(duì)于單面接觸，RCFORC無(wú)效。此時(shí)要輸出接觸節(jié)點(diǎn)力，必須通過(guò)*Contact_Force_Transducer_Penalty定義力傳感器（force transducers）。力傳感器僅用來(lái)輸出接觸力，對(duì)數(shù)值分析結(jié)果毫無(wú)影響。

接觸面的能量通過(guò)*Database_Sleout輸出到ASCII文件SLEOUT中。該文件對(duì)于分析每個(gè)接觸定義的可靠性是很有幫助的。

在某些情況下，有時(shí)需要接觸界面的可視化（如應(yīng)力云圖等），這時(shí)必須通過(guò)以下控制輸出二進(jìn)制的接觸界面文件：

1) *Database_Binary_Intfor；

2) 設(shè)置接觸面的輸出標(biāo)志SPR、MPR；

3) 在執(zhí)行計(jì)算任務(wù)時(shí)，包含選項(xiàng)“s=filename”。