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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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整車模型中的接觸問題

       整車模型的碰撞問題涉及到了所有自由面之間的接觸問題，大約有20%-30%的CPU計算時間用于處理這些接觸問題。這其中最重要的挑戰(zhàn)之一便是建立結(jié)構(gòu)化的金屬部件和非結(jié)構(gòu)化的泡沫、塑料部件之間的接觸模型，當模型中還有假人的話這會顯得更加重要；另一個挑戰(zhàn)是處理復雜幾何體部件在邊角處的接觸模型。用戶應參考本文來建立穩(wěn)定的整車接觸模型以實現(xiàn)合理的接觸行為，本文還會根據(jù)經(jīng)驗來討論一些模型實例。

1.整體或局部接觸

       歷史上，人們一般單獨為不同的接觸對建立接觸模型，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，以及一種魯棒性較高的單面接觸的引入，工程師們的建模方法已經(jīng)有所改變。為了實現(xiàn)建模過程的簡潔性、數(shù)值計算過程的魯棒性以及計算的高效型，人們目前拋棄了定義大量接觸的方法，轉(zhuǎn)而將所有可能在碰撞中發(fā)生接觸的部件定義到一個單面接觸中。我們通常稱這種方法為整體接觸。

       但是這并不意味這我們就要總是避免使用局部的接觸模型。整車模型中經(jīng)常會有一些區(qū)域需要定義特殊的接觸類型，而這是整體接觸無法做到的。用戶應根據(jù)實際情況通過修改接觸設置的默認值來定義局部的基礎對。

2.AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE 或 AUTOMATIC_GENERAL

       盡管這兩種接觸都是單面接觸，但是仍有一些不同之處，如下表所示。

                                                          兩個關(guān)鍵字之間的不同點

       這兩個接觸類型中，*AUTOMATIC_GENERAL計算成本更高，因為其具有額外的功能、桶排序更為頻繁以及更細致的接觸搜尋。所以我們建議在整體接觸中使用*AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE，在處理殼的邊界之間以及梁之間的接觸時則在局部使用*AUTOMATIC_GENERAL。應謹慎使用*AUTOMATIC_GENERAL，只用在的確需要用到的地方。自LS-DYNA950d版本之后，*AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE的優(yōu)勢在于它可以更細致地處理有限元模型中的內(nèi)部尖角以及三角形接觸面。所以在部件網(wǎng)格為三角形或四面體網(wǎng)格時，優(yōu)先使用*AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE。在以后的LS-DYNA版本中，*AUTOMATIC_GENERAL也會獲得這些改進。

3.標準罰函數(shù)法或軟約束法

       在使用*AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE時，若從面集合中存在網(wǎng)格尺寸不一致或（和）材料不一致的多個部件時，建議使用軟約束法求解剛度（SOFT=1）。軟約束法可以在保證計算穩(wěn)定的情況下利用節(jié)點質(zhì)量和時間步長求得剛度的最大值。面段法（SOFT=2）計算剛度的方法與軟約束法非常類似，但是其他方面則有所不同，這一方法可以有效處理其他接觸類型無法處理的具有尖角的接觸模型。

       與軟約束法不同，罰函數(shù)法（SOFT=0）是基于材料的彈性常數(shù)和單元尺寸的。對于有泡沫和塑料部件參與的接觸來說，這兩種方法計算出的接觸剛度可能會有一到兩個數(shù)量級的差別。選擇軟約束法時要考慮的一個重要不利因素是這種方法依賴于時間步長。通常情況下，為了避免接觸模型計算不穩(wěn)定的問題，我們會使用*CONTROL_TIMESTEP中的TSSFAC參數(shù)來降低整體時間步長，從而會增加整體計算時間。降低整體時間步長的另一種辦法是將*CONTACT中的軟約束縮放系數(shù)SOFSCL從默認值0.1調(diào)整到0.04-0.07。若罰函數(shù)法用于模型整體的接觸定義中，那么軟約束法可以在局部定義不同材料之間的接觸。下面這幾種情況下可能適合使用軟約束接觸：

       氣囊與方向盤之間；

       氣囊和乘客之間；

       前胎到SIL之間（此句存疑）；

       備胎和臨近部件之間；

       泡沫和結(jié)構(gòu)部件之間。

       結(jié)合這兩種剛度計算方法可以較好地模擬接觸行為，而不用降低整體時間步長。

4.從面集合的定義

       在整體接觸定義中，有多種定義從面集合的方法，主要包括：定義所有部件為一個集合（默認）；定義參與接觸的部件為一個集合；定義不參與接觸的部件為一個集合，以及定義面段為一個集合。默認定義方法，也就是定義所有部件為一個集合的方法可能會在模型計算開始時就出現(xiàn)計算不穩(wěn)定的現(xiàn)象，除非用戶非常細致地建立整個計算模型以避免出現(xiàn)初始穿透和不合理的部件交叉（nonphysical intersections of parts）的發(fā)生。如果不想消除初始穿透，用戶可以在*CONTROL_CONTACT關(guān)鍵字中設置IGNORE =1。

       許多計算模型可以在只有一個接觸面的情況下完美運行，卻不會計算其他接觸面，除非通過一些辦法對輸入文件進行修改；這些修改可以是排除部件，或是通過修正使模型單元可以更精確地反應實際部件的幾何形狀（此句存疑）。重申以便，下面這幾個方法可以用來定義整體接觸模型：

       定義所有部件為一個集合 (默認)

       定義參與接觸的部件為一個集合 by *SET PART

       定義不參與接觸的部件為一個集合 by *SET PART。沒有排除的部件將會參與接觸計算。

       定義面段為一個集合 by *SET SEGMENT

       除此之外，*DEFINE_BOX可以定義一個三維的立方體box，限制在這一立方體之內(nèi)部件或面段所參與的接觸可以設置為計算的起點，這么做可以縮小處理接觸問題的范圍，從未節(jié)省計算時間。

5.摩擦

       當包含有多個部件的整車模型中定義了一個整體的基礎，那么設置一個同一的摩擦系數(shù)（可以為0）是可以接受的。但是當摩擦行為起到較大作用時，我們建議使用*PART_CONTACT來對各個部件單獨設置摩擦屬性。當且僅當*CONTACT中的FS設置為-1時，*PART_CONTACT中設置的摩擦系數(shù)會覆蓋掉*CONTACT中設置的摩擦系數(shù)。請注意，只有當衰減系數(shù)DC不為0時，動摩擦系數(shù)FD才會生效。

6.接觸厚度

       可以通過修改*CONTACT中的全局SST和MST選項為適當值來減少初始穿透的影響。在單獨設置部件參數(shù)時，*PART_CONTACT中的 OPTT選項可以覆蓋上述兩個參數(shù)。用戶不應將接觸厚度設置為極小的值，因為這會導致計算錯誤；實際上對于厚度小于1mm的很薄的殼單元，有必要增加接觸厚度來避免計算失敗的發(fā)生。

（未完待續(xù)）