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本文翻譯自官方文檔，原文鏈接：

https://www.dynasupport.com/tutorial/ls-dyna-users-guide/contact-modeling-in-ls-dyna

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單面接觸

       在LS-DYNA中，單面接觸廣泛應用于包括耐撞性問題在內的各種問題中。單面接觸會將部件以part ID的形式設置為從面，而不會設置主面。程序會考慮所有部件之間的接觸，包括單個部件的自接觸情形。如果用戶建立的計算模型非常準確，那么單面接觸的計算結果是是非常可靠和準確的。但是如果初始模型中有許多相互穿透的問題，那么能量平衡將會明顯上升或衰減。

       對于碰撞問題，推薦使用如下接觸類型

       *CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE (13)

       這一接觸在數次版本更新中獲得了不斷的改進，是使用最廣泛的接觸類型。

       而舊版本的接觸：

       *CONTACT_SINGLE_SURFACE (4)

       應該避免使用，因為其未獲得改進，最終這一接觸將會被去掉或重新編寫。

       上述兩種接觸有兩個明顯區別：首先，舊版本的接觸使用基于節點的桶排序方法（bucket sorting），此時鄰近節點并未共享共用的主面段。這種搜尋方法在主面段的形狀和尺寸明顯不同時，尤其是主面段的長寬比很大時可能會出錯。其次，舊版本的接觸利用面段的投影來確定接觸面，這就要求計算節點的法向矢量。而節點的法向矢量通過節點對應面段的面積加權計算而來，這對T型交叉或其他類型的復雜幾何交叉形狀而言會造成很大的計算上的困難（此句存疑）。這種計算矢量的辦法需要增加25%的CPU負載。

       當對氣囊建模時，推薦使用這一接觸：

       *CONTACT_AIRBAG_SINGLE_SURFACE (a13)

       利用*AIRBAG_SINGLE_SURFACE這一選項，程序可以考慮單個節點和多個面段之間的接觸。與普通的接觸方式相比，這一接觸選項會進行更多的搜尋計算，因此計算成本會更高。在過去的幾十年里，設置卡A中soft設置為2的軟約束選項（ soft constraint option）被證明可以有效處理氣囊問題。我們目前推薦使用這一選項來處理氣囊問題，同時也正在被廣泛用于MPP計算中（Massively Parallel Processing）。

       最后一個是

       *CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL (26)

       在LS-DYNA的950c版本中，這一接觸方式和type 13接觸方式類似，主要的區別在于，對于每一個從節點，這一接觸會儲存三個可能會參與接觸計算的主面段，而不是兩個。950d版本及其之后的版本中，type 13接觸得到了改進，所以如今type 13接觸通常更為精確。GENERAL 選項的主要特性在于可以自動進行殼單元邊-邊以及梁-梁（shell edge-to-edge and beam-to-beam ）接觸，程序會檢查殼單元的所有自由邊和所有梁單元與其他自由邊和梁單元的接觸情況。與type 13不同的是，type 26 接觸會沿著梁單元的整個長度和殼單元的外側邊進行接觸檢查，而不是僅僅檢查節點。960版本中新增了一個利用INTERIOR 選項檢查殼單元的內部邊的功能，但是其計算成本很高，通常也不必要使用。我們計劃在970版本中更新這一接觸，以便包含*AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接觸中所有的改進項。

實體接觸（Contact Entity）

       這一接觸類型用于可變形（物體的）節點和剛性幾何面之間，在計算過程中用到了定義幾何面的解析方程。與通常的需要劃分成網格的面段相比，這是一種高級的算法。用于抵抗穿透的接觸力通過罰函數法來獲得。這一方法一般用來在LS-DYNA中模擬那些通常由規則曲面近似而來的假人模型。為了清楚地可視化計算結果，程序會自動在剛性曲面上劃分網格，但是這些網格并不參與計算。解析剛性曲面可以是如下幾種：

       無限或有限的平面；

       球面；

       圓柱面；

       超橢球面；

       圓環面；

       加載曲線中定義的線；

       CAL3D/MADYMO 平面；

       CAL3D/MADYMO 橢球面；

       來自VDA文件的曲面；

       來自IGES文件的曲面。

接觸剛度的計算

       從節點和主面段之間的接觸關系由兩者之間的線性彈簧表示，彈簧的剛度決定了將施加給從節點和主面段的接觸力。下面簡述兩種計算接觸剛度的方法：

1.罰函數法(SOFT=0 in Optional Card A in '*CONTACT_')

       接觸面剛度計算公式如下：

       這是默認的計算方法，其中利用接觸面的尺寸和材料的力學性能計算剛度，因此當接觸面之間的材料剛度參數為同一數量級時計算效率很高。當參與接觸的兩個部件的材料不同時，接觸剛度大概是兩個材料剛度中的較小值，如果接觸剛度太小的話則會計算出現錯誤。這種錯誤一般出現在很軟的泡沫材料和金屬材料之間的接觸上。因此我們不建議使用SOFT = 0選項，除非用戶之前用這個選項計算時并沒有出現錯誤。

2.軟約束法 (SOFT=1 & 2 on Optional Card A in *CONTACT_ )

       這種方法不是默認的，通過參與接觸的節點質量和全局時間步長度來計算接觸剛度。這樣計算出來的剛度與材料參數無關，因此適用于不同材料之間的接觸。如下所示，剛度由節點質量除以時間步的平方并乘以一個確保計算穩定的縮放系數而得。

       通常情況下，對于金屬和金屬之間的接觸，不論是SOFT = 0還是SOFT = 1，計算的結果都是相近的。對于軟泡沫和金屬之間的接觸，SOFT = 1選項會給出高出1-2個數量級的接觸剛度。我們推薦在不同材料的接觸之間使用SOFT = 1選項。

       和SOFT = 1類似，SOFT = 2利用了基于節點質量和時間步的罰函數剛度。SOFT = 2調用了基于面段的接觸算法，這種算法起源于Belytschko和他的同事提出的彈球接觸（Pinball contact）。在這種算法下，程序會計算面段之間的接觸問題，而不是傳統的節點-面段接觸問題。當兩個四節點的面段相互接觸是，程序向八個節點施加接觸力以避免面段之間的穿透。這種計算方法可以實現更合理的接觸力分布，而且對一些特別疑難的接觸問題也很有效。目前SOFT = 2選項用到了MPP計算當中。梁的接觸無法用SOFT = 2選項處理，此外，這一選項只適用于surface-to-surface 和 single surface contacts，而不適用于nodes-to-surface contacts。如果在計算模型中會出現segment-edge-to-segment-edge contact，用戶應該謹慎使用設置卡A中的參數EDGE，同時SOFT選項要設置成2。

（未完待續）