LS-dyna 常见问题汇总2.0(8)

LS-DYNA常见问题汇总2.0 yuminhust2005 2008-10-12 14. LS-DYNA中的接触界面模拟

1 引言

接触－碰撞问题属于最困难的非线性问题之一，因为在接触－碰撞问题中的响应是不平滑的。当发生碰撞时，垂直于接触界面的速度是瞬时不连续的。对于Coulcomb摩擦模型，当出现粘性滑移行为时，沿界面的切向速度也是不连续的。接触－碰撞问题的这些特点给离散方程的时间积分带来明显的困难。因此，方法和算法的适当选择对于数值分析的成功是至关重要的。

虽然通用商业程序LS-DYNA提供了大量的接触类型，可以对绝大多数接触界面进行合理的模拟，但用户在具体的工程问题中，面临接触类型的选择及棘手的接触参数控制等问题。

基于以上，本文对LS-DYNA中的接触-碰撞算法作了简要的阐述，对接触类型作了详尽的总结归纳，并对接触界面的模拟提出了一些建议。 2 基本概念

基本概念：“slave”、“master”、“segment”。

在绝大多数的接触类型中，检查slave nodes是否与master segment产生相互作用(穿透或滑动，在Tied Contacts 中slave限定在主面上滑动)。因此从节点的连接方式（或从面的网格单元形式）一般并不太重要。

非对称接触算法中主、从定义的一般原则：

? 粗网格表面定义为主面，细网格表面为从面；

? 主、从面相关材料刚度相差悬殊，材料刚度大的一面为主面。 ? 平直或凹面为主面，凸面为从面。

有一点值得注意的是，如有刚体包含在接触界面中，刚体的网格也必须适当，不可过粗。 3 接触算法

在LS-DYNA中有三种不同的算法处理碰撞、滑动接触界面，即： ? 动态约束法（kinematic constraint method） ? 罚函数法（penalty method）

? 分布参数法（distributed paramete method） 3.1 Kinematic Constraint Method

采用碰撞和释放条件的节点约束法由Hughes 等于1976年提出，同年被Hallquit 首先应用在 DYNA2|D中，后来扩展应用到 DYNA3D中。

其基本原理是：在每一时间步Δt修正构形之前，搜索所有未与主面(master surface)接触的从节点(slave node)，看是否在此Δt内穿透了主面。如是，则缩小Δt，使那些穿透主面的从节点都不贯穿主面，而使其正好到达主面。在计算下一Δt之前，对所有已经与主面接触的从节点都施加约束条件，以保持从节点与主面接触而不贯穿。此外还应检查那些和主面接触的从节点所属单元是否受到拉应力作用。如受到拉应力，则施加释放条件，使从节点脱离主面。

这种算法存在的主要问题是：如果主面网格划分比从面细，某些主节点（master node）可以豪无约束地穿过从面(slave surface)（这是由于约束只施加于从节点上），形成所谓的“纽结”(Kink)现象。当接触界面上的压力很大时，无论单元采用单点还是多点积分，这种现象都很容易发生。当然，好的网格划分可能会减弱这种现象。但是对于很多问题，初始构形上好的网格划分在迭代多次后可能会变得很糟糕，如爆炸气体在结构中的膨胀。