接觸厚度
關注創建者：君成序 創建時間：2019-07-08
接觸厚度的視頻教程
Altair OptiStruct? 非線性分析基礎培訓
培訓內容：? 1） 非線性分析基礎 非線性分析理論基礎，非線性分析通用卡片設置? 2） 幾何非線性 幾何非線性分析、跟隨力、后屈曲分析? 3） 材料非線性 彈塑性材料、超彈性材料、非線性彈簧、墊圈材料等? 4） 接觸非線性 接觸類型、接觸剛度、接觸厚度、過盈配合、初始穿透調整、接觸的激活與抑制 ?5） 復雜工況分析 連續工況分析、螺栓預緊、預緊模態、殘余變形分析
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考慮分層失效的三維RVE模型的建立與分析
通過對比零厚度cohesive單元與cohesive接觸的結果，二者剛度相同，強度差異為3.11%。 同時進行了digimat與abaqus的聯合仿真RVE模型，cohesive接觸描述分層失效，快速建立周期性邊界條件。 然后建立了G13剪切工況下的RVE模型，強度計算值為60.86MPa，與參考文獻誤差為2.54%。
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接觸厚度的實例教程
8.接觸厚度的相關建議
有時可以通過修改SST和MST來減小接觸厚度，以消除初始穿透，但與進一步精細化網格相比，這只是一個不太好的替代方案。如果需要調整這兩個參數，我們建議根據實際情況來修改，若設置的數值太小，例如0.1mm，那么可能會出現問題，這是因為接觸厚度用來確定在釋放穿透節點之前所允許的最大穿透深度。通常情況下，增加接觸厚度可以避免接觸部件太薄所導致的計算失敗的情況。根據經驗，SST和MST不能小于0.6-0.7mm。
由于修改SST和MST的值會應用到整個模型中的所有接觸中，所以需要更謹慎的情況下，我們最好在關鍵字*PART_CONTACT中通過OPTT 或 SFT參數單獨對某一部件的接觸進行定義，尤其是在many parts of widely ranging thickness are included in a single contact這種情況下。
9.接觸厚度縮放系數
參數選項為：SFST 和 SFMT, card 3, *CONTACT_option)
除了直接修改接觸厚度以外，我們還可以利用SFST 和（或） SFMT作為縮放系數來修改接觸厚度。在關鍵字*SECTION_SHELL中，縮放系數和殼單元厚度相乘可得接觸厚度，默認值均為1.0。
10.接觸厚度縮放系數的相關建議
相關建議內容已經上述第8節，但還是要特別強調設置縮放系數時不要使接觸厚度小于0.6-0.7mm。
11. 粘性阻尼
參數選項為：V DC (Card 2,*CONTACT_option)
該參數默認為0。最初，接觸粘性阻尼用來抑制金屬成型模擬中接觸面法向震蕩，目前我們發現粘性阻尼對于碰撞和沖擊問題中的高頻震蕩也有很好的抑制作用。
展開 所以這種情況下我們建議使用自動接觸，因為這種接觸無需給定取向，也就是可以檢測來自殼單元每一側的接觸。在LS-DYNA中，如果*CONTACT關鍵字中存在AUTOMATIC字樣，這說明該接觸為自動接觸。與舊版本的接觸相比，自動接觸中使用的算法使其更適合于不連貫的網格。對于殼單元，自動接觸給定的接觸面平行于殼單元的中面，距離為接觸厚度的一半；同時在殼單元面的邊界上，接觸面以接觸面厚度的一半為半徑繞邊界翻轉，從而形成一個連續的接觸面。我們一般以殼單元的厚度為參考選定接觸面到殼中面的距離（此句存疑）。接觸定義過程中有許多可選參數供使用，用戶可以據此直接定義或者通過縮放來定義接觸厚度。若用戶沒有定義接觸厚度，則接觸厚度等于殼厚度（在單面接觸中，接觸厚度等于橋厚度和單元邊長中的最小值）。同樣的，在考慮梁的接觸是，梁單元的接觸面與梁中軸線的距離為梁橫截面的等效半徑。正是因為接觸面是由殼的中面和梁的中性軸偏置而來，所以在有限元建模中，為了表示殼的厚度和梁的橫截面尺寸而留下的殼部件之間與梁部件之間的間隙尺寸就顯得至關重要。不合適的間隙尺寸則會導致接觸面上出現初始穿透的現象。LS-DYNA將通過移動穿透的從節點到主面的方式消除初始穿透。并不是所有的初始穿透都需要消除，否則可能會導致不符合物理規則的接觸行為的發生。設置一個精確地初始幾何模型總是會花費很大時間。
在從節點開始被釋放，其接觸力設為0之前，LS-DYNA中的大部分接觸類型會針對最大穿透深度給定一個上限。這主要發生于自動接觸中，用于避免從節點穿過殼的中面時在反方向產生較大的接觸力。不同接觸類型對應的最大接觸深度以表格的形式列在了用戶手冊v.960的表6.1中。有時自動接觸并未起到作用，這是因為早在計算的開始就達到了接觸的起始點，這主要發生于接觸面中存在有非常薄的殼單元的情況下。
展開 我做了一個落錘沖擊梁的模型，落錘用的離散剛體，加工成殼，用動力隱式可以計算，但用動力顯式就報錯。
動力隱式容易不收斂，所以現在不知道在顯式中怎么改。
For two-dimensional models, if a non-unity thickness is specified for two-dimensional solid elements and these elements are involved in an interaction such as contact, the same thickness should be specified for the out-of-plane thickness of the corresponding surface under *surface interaction.
展開 所以這種情況下我們建議使用自動接觸，因為這種接觸無需給定取向，也就是可以檢測來自殼單元每一側的接觸。在LS-DYNA中，如果*CONTACT關鍵字中存在AUTOMATIC字樣，這說明該接觸為自動接觸。與舊版本的接觸相比，自動接觸中使用的算法使其更適合于不連貫的網格。對于殼單元，自動接觸給定的接觸面平行于殼單元的中面，距離為接觸厚
度的一半；同時在殼單元面的邊界上，接觸面以接觸面厚度的一半為半徑繞邊界翻轉，從而形成一個連續的接觸面。我們一般以殼單元的厚度為參考選定接觸面到殼中面的距離（此句存疑）。接觸定義過程中有許多可選參數供使用，用戶可以據此直接定義或者通過縮放來定義接觸厚度。若用戶沒有定義接觸厚度，則接觸厚度等于殼厚度（在單面接觸中，接觸厚度等于橋厚度和單元邊長中的最小值）。同樣的，在考慮梁的接觸是，梁單元的接觸面與梁中軸線的距離為梁橫截面的等效半徑。正是因為接觸面是由殼的中面和梁的中性軸偏置而來，所以在有限元建模中，為了表示殼的厚度和梁的橫截面尺寸而留下的殼部件之間與梁部件之間的間隙尺寸就顯得至關重要。不合適的間隙尺寸則會導致接觸面上出現初始穿透的現象。LS-DYNA將通過移動穿透的從節點到主面的方式消除初始穿透。并不是所有的初始穿透都需要消除，否則可能會導致不符合物理規則的接觸行為的發生。設置一個精確地初始幾何模型總是會花費很大時間。
在從節點開始被釋放，其接觸力設為0之前，LS-DYNA中的大部分接觸類型會針對最大穿透深度給定一個上限。這主要發生于自動接觸中，用于避免從節點穿過殼的中面時在反方向產生較大的接觸力。不同接觸類型對應的最大接觸深度以表格的形式列在了用戶手冊v.960的表6.1中。有時自動接觸并未起到作用，這是因為早在計算的開始就達到了接觸的起始點，這主要發生于接觸面中存在有非常薄的殼單元的情況下。
展開 在使用Abaqus，Comsol等軟件進行薄層區域的力學分析過程中，例如在研究水壓致裂、裂縫擴展，接觸粘結滑移的這類薄層力學性質時，我們經常需要采用應力-相對位移(σ-u)關系，而不是傳統本構描述的應力-應變(σ-ε)關系來描述，例如Abaqus里面的Cohesive單元，Goodman單元，以及Comsol里的彈性薄層（在后面我把這類單元統稱為增量非線性力學薄層）。這類單元厚度非常小甚至為0，薄層兩側的節點（單元）用一組力（應力）與相對位移的關系方程聯系起來，例如給出一個形式最為簡單的典型應力-位移方程
此方程描述了1,2,3方向（通常是法向和兩個切向）上相對位移與應力的關系，應力與相對位移呈線性關系，類似于“線性彈簧”。但是對于土-結構接觸、裂縫的張開閉合這類問題，線性方程已經不足以準確描述這些物理量之間的關系，這時就需要引入增量非線性方程來構建薄層單元。
引入增量非線性薄層的概念之前，首先介紹一下全量非線性薄層以理解非線性的概念，首先給出以下公式
這是一個全量非線性薄層，其非線性的表現可以用下面幾個例子體現，
對比①和②項，可以發現僅存在3方向上的位移變化的情況下，1，2方向上的力也會發生改變，體現了彈簧三個方向力學性質的非獨立性，對比①和③項，可以發現力的大小并不和位移大小成正比，也就是非線性特征。
所以對于增量非線性方程，就是把應力-位移關系方程寫成應力增量-位移增量的關系方程，例如
寫成微分形式的好處是，可以體現出應力路徑對位移結果的影響，也就是類似于“塑性”特征（所以所有的彈塑性本構也都是增量方程）。但是對于此類微分方程的求解，必須給定一個力的初始值。
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根據文獻結果，界面模型的選擇從加載初期即顯著影響位移和接觸時間，零厚度模型會因忽略界面實際厚度而低估最大位移，有限厚度模型則更能準確復現實驗響應。
S4R：接觸分析中需注意殼厚度對接觸判斷的影響，大變形時自動更新法線方向，兼容 Abaqus/Explicit。
結論與建議
6.1 主要結論
通過對 CSS8、C3D8I 和 SC8R 三種單元類型的詳細比較，可以得出以下主要結論：
1.理論基礎與數學模型：
CSS8 單元基于三維實體理論，將薄壁結構視為簡化實體，能夠準確模擬三維應力狀態。
選項1和2會激活新的接觸算法。厚度偏置通常包括在單面接觸、約束算法、自動面面接觸和自動點面接觸類型中。</p><p><span style="color: rgb(160, 160, 160);">EQ.0：不考慮厚度偏置。</span></p><p><span style="color: rgb(160, 160, 160);">EQ.1：考慮厚度偏置但剛體除外。
對于液膜條件，我們通過下圖進行理論解釋：
薄膜邊界條件示意圖
其中與壁面相切的界面速度：
有效粘度根據下式得到：
通過簡化可得：
接觸角和液膜厚度，在壁面邊界條件中進行設置，界面如圖所示：
界面渦粘度衰減：
當使用k-ε模型時，界面區域的湍流粘度可以被阻尼。事實上，該區域的湍流粘度通常被高估，從而導致表面運動的阻尼。
</p><p>2 可以試試減小接觸厚度</p><p>3 解決方法是將timestep改小，就沒有負體積</p><p>4 修改*CONTROL_TIMESTEP里面的tssfac已經是改小時間步了</p><p>5 網格變形太大造成的。
同時，AIFEM 2024R1新增面向小滑移場景的點-面接觸算法，可以自動識別和調整過盈裝配，并可考慮殼單元的厚度對接觸過程的影響。AIFEM的接觸功能采用了先進的算法和高效的計算技術，確保在復雜的接觸問題中，能夠迅速收斂，減少計算時間、提高分析效率。
圖5 多組件裝配自動接觸設置
此外，AIFEM的自動連接功能還包括廣受好評的自動螺栓功能。螺栓是工程中常見的裝配連接手段之一。
WD4000無圖晶圓檢測機集成厚度測量模組和三維形貌、粗糙度測量模組，非接觸厚度、三維維納形貌一體測量，使用一臺機器便可完成厚度、TTV、LTV、BOW、WARP、粗糙度、及三維形貌的測量，助力半導體行業高效生產！
回流焊工藝涉及多個設計因素，這些因素能夠影響熔融焊點的最終形狀，如焊點體積、恢復力、表面張力、接觸角、焊盤厚度和焊盤尺寸等，采用ISPG方法進行模擬時能將這些因素都考慮在內。使用基于節點云的網格重劃分和節點刪除與插入的算法用于處理焊料拓撲形狀的變化，包括焊料橋接和焊料分離以及非常復雜的邊界條件，比如尖角。仿真計算結果與理論分析結果吻合較好，表明該方法可用于SMD/NSMD焊點回流形狀的預測。
回流焊工藝涉及多個設計因素，這些因素能夠影響熔融焊點的最終形狀，如焊點體積、恢復力、表面張力、接觸角、焊盤厚度和焊盤尺寸等，采用ISPG方法進行模擬時能將這些因素都考慮在內。使用基于節點云的網格重劃分和節點刪除與插入的算法用于處理焊料拓撲形狀的變化，包括焊料橋接和焊料分離以及非常復雜的邊界條件，比如尖角。仿真計算結果與理論分析結果吻合較好，表明該方法可用于SMD/NSMD焊點回流形狀的預測。
CPP 由柵極長度 (Lg)、接觸間隔厚度 (Tsp) 和接觸寬度 (Wc) 組成，如圖 1 所示。
圖 1.CPP。
從圖 1 中，我們可以看到臺積電通過減少構成 CPP 的所有三個元素來減少每個新節點的 CPP。
