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Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual第第 6 章章 接触界面接触界面Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual 本章目标本章目标•完成本章后完成本章后, 学员应该该能够定义和使用接触面学员应该该能够定义和使用接触面•1. 对对 ANSYS/LS-DYNA中的接触有一个初步了解中的接触有一个初步了解•2. 描述了描述了 ANSYS/LS-DYNA中中3种不同的接触算法种不同的接触算法•3. 描述了描述了8种不同的接触类型集合种不同的接触类型集合•4. 定义如何创建接触面定义如何创建接触面•5. 描述了描述了 ANSYS/LS-DYNA中的高级接触控制中的高级接触控制•6. 提出提出 ANSYS/LS-DYNA使用接触的注意事项使用接触的注意事项•7. 练习练习.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual 接触面接触面 – 概述概述•ANSYS/LS-DYNA 不使用单元定义接触不使用单元定义接触.•在在 ANSYS/LS-DYNA 中使用接触面定义接触中使用接触面定义接触. •通过多达通过多达 22 种不同的接触描述种不同的接触描述, ANSYS/LS-DYNA 可以可以处理绝大多数会遇到的接触问题处理绝大多数会遇到的接触问题•要要 定义定义 ANSYS/LS-DYNA的接触的接触,用户只需要指定接触面，用户只需要指定接触面，接触类型和一些相关参数即可接触类型和一些相关参数即可.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面接触面 – 概述（续）概述（续）•面对面对22 种不同的接触类型种不同的接触类型, 要选择合适的类型来描述实际物理系统往往比较要选择合适的类型来描述实际物理系统往往比较困难困难.•为了选择合适的接触类型，往往需要对为了选择合适的接触类型，往往需要对ANSYS/LS-DYNA中的接触集合和算中的接触集合和算法有深入的理解法有深入的理解.•接触算法是程序用来处理接触面的方法接触算法是程序用来处理接触面的方法. 在在 ANSYS/LS-DYNA中有中有3种算法种算法:•1. Single Surface Contact•2. Nodes to Surface Contact•3. Surface to Surface Contact•一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合. 在在 ANSYS/LS-DYNA中有中有9种集合种集合:1. General5. Tied with Failure 9. Forming2. Automatic6. Eroding3. Rigid7. Edge4. Tied8. DrawbeadDyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面接触面 – 概述（续）概述（续）Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual单面接触单面接触•单面接触用于当一个物体的外表面与自身接触或和另一个物体的外表面接触单面接触用于当一个物体的外表面与自身接触或和另一个物体的外表面接触时使用时使用.•单面接触是单面接触是ANSYS/LS-DYNA中最通用的接触类型，因为程序将搜索模型中最通用的接触类型，因为程序将搜索模型中的所有外表面，检查其间是否相互发生穿透中的所有外表面，检查其间是否相互发生穿透.•由于所有的外表面都在搜索范围内由于所有的外表面都在搜索范围内, 不需要定义接触面与目标面不需要定义接触面与目标面.在预先不知接触情况时，单面接触非常有在预先不知接触情况时，单面接触非常有用用.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual单面接触（续）单面接触（续）•相对于相对于ANSYS隐式分析隐式分析 , ANSYS/LS-DYNA 的单面接触不会非常耗时的单面接触不会非常耗时。

•大多数冲击与碰撞问题需要定义单面接触大多数冲击与碰撞问题需要定义单面接触•当接触面之间的穿透超过接触单元厚度的当接触面之间的穿透超过接触单元厚度的40%时，单面接触自动释放接触，时，单面接触自动释放接触，从而对下列问题造成潜在的问题从而对下列问题造成潜在的问题 :•1. 超薄部分超薄部分•2. 具有低刚度的软体具有低刚度的软体•3. 高速运动物体之间的接触高速运动物体之间的接触•单面接触在单面接触在 ASCII rcforc 文件中不记录所有的接触反作用力文件中不记录所有的接触反作用力. 如果需要接触如果需要接触反力反力, 可以使用点到面或面到面接触可以使用点到面或面到面接触•有效的接触类型有有效的接触类型有 Single Surface, Automatic Single Surface, Automatic General, Eroding Single Surface 和和 Single EdgeDyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual•当一个接触节点碰到目标面时，点面接触发生当一个接触节点碰到目标面时，点面接触发生. 由于它是非对称的，所以是最快由于它是非对称的，所以是最快的算法的算法. 只考虑冲击目标面的节点。

只考虑冲击目标面的节点•对于点面接触对于点面接触, 必须指定接触面与目标面的节点组元或必须指定接触面与目标面的节点组元或PART号号•对于预先已知非常小的接触面对于预先已知非常小的接触面 ，点面接触十分有效，点面接触十分有效. 对于节点接触刚体同样可以对于节点接触刚体同样可以使用它使用它.•在使用点面接触时，应注意以下几点在使用点面接触时，应注意以下几点 :•点面接触记录所有的接触反作用力，存在点面接触记录所有的接触反作用力，存在 ASCII 文件文件rcforc中中.•有效的接触类型为有效的接触类型为 NTS, ANTS, RNTR, TDNS, TNTS, ENTS, DRAW, FNTS TARGET SURFACE CONTACT NODES1. 平面与凹面为目标面，凸面为接触面平面与凹面为目标面，凸面为接触面.2. 粗网格为目标面，细网格为接触面粗网格为目标面，细网格为接触面.3. 对于对于Drawbead 接触接触, 压延筋总是节点接触面压延筋总是节点接触面 ，工件为目，工件为目标面标面.点面接触点面接触Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual•当一个物体的面穿透另一个物体的面时，使用面面接触算法当一个物体的面穿透另一个物体的面时，使用面面接触算法. •面面接触是完全对称的，因此接触面与目标面的选择是任意的面面接触是完全对称的，因此接触面与目标面的选择是任意的.•对于面面接触对于面面接触, 需要用节点组元和需要用节点组元和PART号来定义接触面和目标面号来定义接触面和目标面.节点可以节点可以从属于多个接触面从属于多个接触面.•面面接触是一种通用算法面面接触是一种通用算法 ，，通常用于在已知的接触对象是较大的面时通常用于在已知的接触对象是较大的面时.•面面接触算法自动记录所有的接触反作用力到面面接触算法自动记录所有的接触反作用力到 ASCII rcforc 文件中文件中.•有效的接触类型有效的接触类型 有有 STS, OSTS, ASTS, ROTR, TDSS, TSTS, ESTS, FSTS, FOSSCONTACT AND TARGET DEFINITIONS ARBITRARYV面面接触面面接触Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manualpenetrating nodeShell TOP surfaceShell BOTTOM surfacepenetrating nodeAutomatic ContactGeneral ContactContactRestoring ForceContactRestoring Force自动与普通接触自动与普通接触•自动接触与普通接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同自动接触与普通接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同 •普通接触在计算接触力时不考虑壳的厚度普通接触在计算接触力时不考虑壳的厚度.•自动接触允许接触出现在壳元的两侧自动接触允许接触出现在壳元的两侧•两种接触类型中的壳元接触力按照如下方法计算两种接触类型中的壳元接触力按照如下方法计算:Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual侵蚀接触侵蚀接触•当单元可能失效时用这种接触当单元可能失效时用这种接触. 侵蚀接触的目的是保证在模型外部的单侵蚀接触的目的是保证在模型外部的单元失效被删除后，剩下的单元依然能够考虑接触。

元失效被删除后，剩下的单元依然能够考虑接触Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining ManualContact of the kneesagainst the dashboard刚体接触刚体接触•接触接触 RNTR 和和ROTR 与与 NTS 和和OSTS 类似，除了后者是用线性刚度来阻止类似，除了后者是用线性刚度来阻止穿透，后者是采用用户定义的力穿透，后者是采用用户定义的力-变形曲线来阻止穿透这些通常用于多刚体变形曲线来阻止穿透这些通常用于多刚体动力学动力学. •变形体与刚体之间的接触必须用变形体与刚体之间的接触必须用automatic 或或 eroding contacts.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual边边 - 边接触边接触•edge contact 用于壳单元的法线与碰撞方向正交时。

用于壳单元的法线与碰撞方向正交时•用用 EDCGEN,SE 自动选择所有的边线自动选择所有的边线.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual固连接触固连接触•接触被粘在一起接触被粘在一起. 当网格彼此不匹配时，可以使用当网格彼此不匹配时，可以使用 (TDNS, TDSS, TSTS, TNTS).•经常用于销栓连接经常用于销栓连接.•当使用固连失效时当使用固连失效时 (TSTS, TNTS) ，达到以下条件时固连就失效，达到以下条件时固连就失效:tiedfnfsffffnnfailmssfailm,,æèçöø÷+æèçöø÷³121Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining ManualF = Ffriction+ FbendingDepth of drawbead拉延筋（拉延筋（ Drawbead ）） 接触接触•Drawbead contact 通常用于板料成型，用于约束板料的运动通常用于板料成型，用于约束板料的运动.•在类似冲压的板料成型过程中在类似冲压的板料成型过程中, 通常会出现工件与模具之间失去接触（如起通常会出现工件与模具之间失去接触（如起皱）皱）.•Drawbead contact 允许使用弯曲和摩擦阻力，用于确保工件在整个冲压过允许使用弯曲和摩擦阻力，用于确保工件在整个冲压过程中与压延筋始终保持接触程中与压延筋始终保持接触.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual钣金成形类钣金成形类 接触接触•成型接触选项：成型接触选项： forming node to surface (FNTS), forming surface to surface (FSTS) 和和forming one-way surface to surface (FOSS) 是钣金成形分析中首选的类型是钣金成形分析中首选的类型.•对于这些接触选项对于这些接触选项, 冲头与模具通常定义为目标面，而工件则定义为接冲头与模具通常定义为目标面，而工件则定义为接触面触面.•对于这些接触类型中模具无需网格贯通对于这些接触类型中模具无需网格贯通, 因此减小接触定义的复杂性因此减小接触定义的复杂性.•模具网格的方向必须一致模具网格的方向必须一致.•成型接触选项基于自动接触类型，因此功能十分强大成型接触选项基于自动接触类型，因此功能十分强大.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义在在ANSYS/LS-DYNA中用中用4个基本步骤来定义接触个基本步骤来定义接触 :•Step 1: 选择适合的接触类型选择适合的接触类型•Step 2: 标定接触实体标定接触实体 (对于单面接触不需要对于单面接触不需要)•Step 3: 指定需要的额外参数指定需要的额外参数 •Step 4: 指定高级接触控制指定高级接触控制STEP 1: 决定接触选项决定接触选项–在在 ANSYS/LS-DYNA 中有大量的接触类型来定义面面之间的相互作用中有大量的接触类型来定义面面之间的相互作用. –要定义特定应用的接触选项要定义特定应用的接触选项, 参考参考 ANSYS/LS-DYNA 用户指南与本章中的描述用户指南与本章中的描述.–对于大多数分析对于大多数分析, 建议使用建议使用automatic general (AG), nodes to surface (NTS),和和surface to surface (STS) 接触选项接触选项.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义 - Step 2STEP 2: 定义接触实体定义接触实体•除了单面接触除了单面接触 (ASSC, AG, SS, ESS, and SE), 所有的所有的 ANSYS/LS-DYNA 接触接触选项要求定义接触和目标面选项要求定义接触和目标面.•定义接触与目标面有两种方法定义接触与目标面有两种方法 :–1. 指定节点组元指定节点组元 (CM command)–2. 指定指定 Part IDs•1. 要常见接触定义中需要的节点组元要常见接触定义中需要的节点组元, 首先选择接触面首先选择接触面…. 然后将面上的节点定义为组元然后将面上的节点定义为组元Utility Menu : Select -> EntitiesUtility Menu: Select -> Comp/Assembly ...->Create ComponentDyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义 - Step 2（（续）续）•2. 要创建接触定义中使用的要创建接触定义中使用的 Part ID’s, 首先用首先用EDPART, CREATE创建创建PART…在创建完节点组元和在创建完节点组元和PART号后，用号后，用 EDCGEN 命令定义接触命令定义接触. Preprocessor:LS-DYNA Optns -> Part Options Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义 - Step 2（（续）续）•EDCGEN 命令自动在接触面与目标面之间生成接触命令自动在接触面与目标面之间生成接触.Preprocessor: LS-DYNA Options -> Contact -> Define Contact•首先选择接触类型与相关选项首先选择接触类型与相关选项•然后指定摩擦系数然后指定摩擦系数 •对于面面接触与节点对于面面接触与节点-面接触面接触, 会出现另一个会出现另一个对话框，然后定义对话框，然后定义 CONTACT 和和 TARGET 面面.•对于单面接触选项对于单面接触选项, 不会出现第二个对不会出现第二个对话框话框, 因为不需要定义接触面与目标面因为不需要定义接触面与目标面.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义 - Step 2（（续）续）STEP 2 (续续): 关于摩擦系数参数关于摩擦系数参数•与与 ANSYS 隐式相比隐式相比, ANSYS/LS-DYNA中摩擦的定义灵活地多，摩擦系中摩擦的定义灵活地多，摩擦系数可以取决于速度数可以取决于速度 ，，可以为总的摩擦力设置一个限制值可以为总的摩擦力设置一个限制值.•在在 ANSYS/LS-DYNA 中中,摩擦系数摩擦系数, m mc 如下定义如下定义: m mc = m md + (m ms - m md )e -(DC) (v) 式中式中m m s = 静态摩擦系数静态摩擦系数, m m d = 动态摩擦系数动态摩擦系数,v = 接触面之间的相对速度接触面之间的相对速度.DC = 指数衰减系数指数衰减系数,•当当 DC 或或 v = 0, m mc = m ms •最大摩擦力最大摩擦力, Flim, 可以通过粘性摩擦系数可以通过粘性摩擦系数 VC与接触面的面积乘积进行限制与接触面的面积乘积进行限制: Flim = VC Asegment•摩擦系数限制经常用于接触会引起塑性流动的应用中。

建议摩擦系数限制经常用于接触会引起塑性流动的应用中建议 VC = 1.732 s ss, s ss 是接触是接触材料的剪切屈服应力材料的剪切屈服应力Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义 - Step 2（（续）续）•为了避免接触中不必要的振荡为了避免接触中不必要的振荡, 可以使用接触阻尼系数可以使用接触阻尼系数VDC 在接触面垂直方向施加阻尼在接触面垂直方向施加阻尼.•VDC 使实际频率转换为临界频率的百分比，如使实际频率转换为临界频率的百分比，如20%，则，则VDC 输入值应为输入值应为 20: x x = VDC x x crit = VDC (2m w w)•其中其中 m 是接触主面的质量，是接触主面的质量， w w 自然频率自然频率•VDC 常用于钣金成形分析中消除振荡常用于钣金成形分析中消除振荡所有摩擦参数所有摩擦参数 (m m s , m m d, DC, VC, and VDC) 可直接由可直接由 EDCGEN 命命令输入令输入Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触面定义接触面定义 - Step 3STEP 3: 指定其它参数指定其它参数•对于一些特殊的接触种类，需要输入对于一些特殊的接触种类，需要输入EDCGEN中的中的V1-V4参数参数.•下面的表总结了每种类别需要的额外输入下面的表总结了每种类别需要的额外输入•每个额外值直接以接触每个额外值直接以接触/目标组元目标组元或或PART号输入号输入.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual列表与删除接触列表与删除接触•由于不创建接触单元由于不创建接触单元, 在求解之前非常有必要列出定义的接触面来确保接触已经正确地定在求解之前非常有必要列出定义的接触面来确保接触已经正确地定义义.•用用EDCLIST命令列出接触实体命令列出接触实体 Preprocessor: LS-DYNA Options -> Contact -> List Entities所有定义的接触实体连同指所有定义的接触实体连同指定的摩擦系数可以自动的列定的摩擦系数可以自动的列出出. 注意到每种接触定义有一注意到每种接触定义有一个参考号个参考号Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual列表与删除接触（续）列表与删除接触（续）•如果确认接触面的定义不正确，可以使用如果确认接触面的定义不正确，可以使用EDCDELE命令方便地删除接触命令方便地删除接触•当使用当使用 EDCDELE 命令时命令时, 必须指定接触选项和接触必须指定接触选项和接触/目标组元或目标组元或PART. Preprocessor: LS-DYNA Options -> Contact -> Delete Entities•Contact option•Contact component•Target componentDyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining ManualContact #1 Contact #2 Contact #3 画接触面画接触面•使用接触定义号以及使用接触定义号以及EDPC命令画接触对命令画接触对•用用 EDCLIST 命令列出接触，然后用接触参考号和命令列出接触，然后用接触参考号和EDPC命令画出接触对命令画出接触对–指定接触界面识别号指定接触界面识别号Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual高级接触控制选项高级接触控制选项 - Step 4•一旦定义了模型中面与面之间的接触，在一旦定义了模型中面与面之间的接触，在 ANSYS/LS-DYNA中有几个高级选项控制接中有几个高级选项控制接触触.•几乎所有的高级接触选项由几乎所有的高级接触选项由EDCONTACT命令控制命令控制. 主要有以下几项主要有以下几项:–Option 1: Controlling the contact search method–Option 2: Controlling contact depth–Option 3: Controlling contact stiffness–Option 4: Contact surface birth and death times (EDCGEN command)Option 1: 控制接触搜索方法控制接触搜索方法•在在 ANSYS/LS-DYNA中中, 有有2种接触搜寻方式种接触搜寻方式:–a. 网格连贯性搜索网格连贯性搜索 (default for NTS, OSTS, TSTS, TNTS, TDNS)–b. 块方法块方法 (default for all other types)•在网格连贯搜索中在网格连贯搜索中,接触算法使用相邻单元共用的节点进行搜索接触算法使用相邻单元共用的节点进行搜索. 当一个目标面与一个当一个目标面与一个接触节点脱离接触后，相邻的面被检查接触节点脱离接触后，相邻的面被检查.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual高级接触控制高级接触控制 选项选项 1• mesh connectivity 方法非常快，但要求接触面的网格是连续的方法非常快，但要求接触面的网格是连续的•在在 bucket sort 方法中方法中, 由接触面所占据的三维空间被分为许多立方体（由接触面所占据的三维空间被分为许多立方体（buckets). 节点节点可以接触同一立方体中的任何部分或者相邻的可以接触同一立方体中的任何部分或者相邻的bucket. 接触节点可接触在相同的接触节点可接触在相同的bucket中中或相邻的或相邻的bucket中接触任何目标面的部分中接触任何目标面的部分• bucket sort 算法功能十分强大算法功能十分强大, 但是在某种程度上比但是在某种程度上比mesh connectivity tracking要慢要慢, 尤其针对大模型尤其针对大模型.•因为许多模型含有不连续的网格，因此最好使用因为许多模型含有不连续的网格，因此最好使用EDCONTACT命令的命令的SHTK域将接触算法域将接触算法设置为设置为bucket sort method :Preprocessor: LS-DYNA Options -> Contact -> Advanced ControlsDyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual高级接触控制选项高级接触控制选项 2Option 2: 控制接触深度控制接触深度•对于对于 STS, NTS,和和 OSTS的普通选项的普通选项, ANSYS/LS-DYNA假定搜索的接触深度假定搜索的接触深度 为为 1010. 当接当接触节点穿过目标面时，就会产生一个与接触深度成比例的接触力触节点穿过目标面时，就会产生一个与接触深度成比例的接触力.•当模型的组件处于连续的相对运动时由于产生假接触，从而带来不稳定当模型的组件处于连续的相对运动时由于产生假接触，从而带来不稳定. 如果接触深度很大如果接触深度很大, 伪接触力会呈现无穷大伪接触力会呈现无穷大. 如果节点出现（滑到）在目标面的后面如果节点出现（滑到）在目标面的后面 ，它会很快滑到物体外的空，它会很快滑到物体外的空间中间中. •为了控制接触深度为了控制接触深度, 使用使用EDCONTACT命令中的命令中的PENCHK 域域: Preprocessor: LS-DYNA Options ->Contact -> Advanced Controls通过设置小穿透检查为通过设置小穿透检查为 ON,程序将根据目标程序将根据目标段的厚度搜索接触深度段的厚度搜索接触深度.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual高级接触控制选项高级接触控制选项 3Option 3: 控制接触刚度控制接触刚度•在在 ANSYS/LS-DYNA 中中 penalty method 被用来计算接触力被用来计算接触力. 在在 penalty method中，中， 一个一个弹簧被防在两个物体之间，其间的接触力由下式给出弹簧被防在两个物体之间，其间的接触力由下式给出:•理想情况下，在接触过程中两个面之间应该没有穿透理想情况下，在接触过程中两个面之间应该没有穿透. 这意味着接触面刚度这意味着接触面刚度 k=  , 从而导致数值不稳定从而导致数值不稳定.•ANSYS/LS-DYNA 在材料参数的基础上自动计算接触刚度和接触段的大小在材料参数的基础上自动计算接触刚度和接触段的大小. 由此提供的界面刚度一般会得到理想的接触效果。

由此提供的界面刚度一般会得到理想的接触效果d dFk kd d = 界面穿透量界面穿透量.F = k d d 其中其中k = 接触界面刚度接触界面刚度,Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual高级接触控制选项高级接触控制选项 3 (continued)•但是，接触刚度可以用一个比例因子但是，接触刚度可以用一个比例因子 SFSI 进行改变进行改变,进一步调整进一步调整 ANSYS/LS-DYNA 的计算刚度的计算刚度 (kcalc) ：： k = SFSI kcalc•SFSI 的缺省值为的缺省值为0.1. 为提高接触刚度为提高接触刚度, 可以增加可以增加SFSI 但是同时应该防止收敛的不稳定但是同时应该防止收敛的不稳定. 一般一般在侵蚀接触分析中增加在侵蚀接触分析中增加SFSI. •为了控制接触刚度为了控制接触刚度, EDCONTACT的的 SFSI 域应该如下方式用域应该如下方式用: Preprocessor: LS-DYNA Options -> Contact -> Advanced Controls建议建议 SFSI 不要超过不要超过 1.0.Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual由于不匹配，有由于不匹配，有5种种 不同的选项来控制接触刚度不同的选项来控制接触刚度: 1 – 使用接触和目标刚度中的较小值使用接触和目标刚度中的较小值 2 – 使用目标面值使用目标面值 3 – 使用接触面值使用接触面值4 – 使用面或质量加权接触值使用面或质量加权接触值 5 – 使用与壳厚度成反比的从使用与壳厚度成反比的从 属值属值 (通常建议不使用通常建议不使用)高级接触控制选项高级接触控制选项 3 (continued)•当确定缺省接触刚度时当确定缺省接触刚度时, ANSYS/LS-DYNA 使用材料参数和接触面与目标面的单元尺寸使用材料参数和接触面与目标面的单元尺寸.•如果模型的接触面之间的材料属性相差太大如果模型的接触面之间的材料属性相差太大 (如钢撞击泡沫）如钢撞击泡沫） ，，或单元尺寸相差太大或单元尺寸相差太大, 会产会产生不稳定性或非真实的响应生不稳定性或非真实的响应.•当由于接触刚度不匹配而产生问题时，当由于接触刚度不匹配而产生问题时， 接触与目标面的接触刚度可以由接触与目标面的接触刚度可以由 ANSYS/LS-DYNA调整到比较相近调整到比较相近.•接触刚度的调节可以用接触刚度的调节可以用EDCONTACT命令的命令的 PENO 完成完成: Preprocessor: LS-DYNA Options -> Contact -> Advanced ControlsDyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual高级接触控制选项高级接触控制选项 4Option 4: 接触面生死（有效、失效）时间接触面生死（有效、失效）时间•在一些应用中，确定面面之间接触发生的特定时间往往很重要在一些应用中，确定面面之间接触发生的特定时间往往很重要. •ANSYS/LS-DYNA 允许用户定义接触的生死时间允许用户定义接触的生死时间.•在指定的有效时间内在指定的有效时间内, 定义的接触面定义的接触面 处于有效状态，直到失效时间处于有效状态，直到失效时间•接触面的生死用接触面的生死用EDCGEN命令的命令的 BTIME 和和 DTIME 域进行控制域进行控制Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual接触使用注意事项接触使用注意事项•接触面之间的初始穿透不允许接触面之间的初始穿透不允许. 如果如果 ANSYS/LS-DYNA 检查到面之间有初始检查到面之间有初始穿透穿透, 将自动将重合的部分从接触面中移走将自动将重合的部分从接触面中移走.•要使用真实的材料参数与壳单元厚度要使用真实的材料参数与壳单元厚度. 材料参数和接触面的几何尺寸用来确材料参数和接触面的几何尺寸用来确定定 k.•不要在相同的不要在相同的PARTS之间定义多个接触之间定义多个接触.•如果事先不知道具体接触情况，可以使用单面接触如果事先不知道具体接触情况，可以使用单面接触. •在求解之前列出定义的接触面，从而确保正确定义在求解之前列出定义的接触面，从而确保正确定义.•如果一个分析在开始运行后很快地发散，下面的如果一个分析在开始运行后很快地发散，下面的ASCII输出文件可以用来检输出文件可以用来检查是否是接触出现了问题查是否是接触出现了问题:–GLSTAT: 总能量分布总能量分布–MATSUM: PARTID对应的能量对应的能量–SLEOUT: 接触能量输出接触能量输出• Dyna接触界面设置接触界面设置001322Explicit Dynamics with ANSYS/LS-Explicit Dynamics with ANSYS/LS-DYNADYNATraining Manual练习练习 -具有初速度物体撞击平板具有初速度物体撞击平板•此练习见卷此练习见卷II E6-1 页页.•一具有初速度的箱体撞击刚性墙，采用一具有初速度的箱体撞击刚性墙，采用LS-DYNA nodes-to-surface 接触算法接触算法.Dyna接触界面设置接触界面设置001322。