LS-dyna 常见问题汇总2.0(9)

由于节点约束算法较为复杂，目前在LS-DYNA程序中仅用于固连与固连一断开类型的接触界面（统称固连界面），主要用来将结构网格的不协调两部分联结起来。

第 18 页

LS-DYNA常见问题汇总2.0 yuminhust2005 2008-10-12 3.2 Distributed Parameter Method

分配参数法也是发展较早的一种接触界面算法，Wilkins在1964年将该算法成功地应用到HEMP程序中，Burton等在1982年将其应用于 TENSOR分析程序中。与节点约束法相比，这种算法具有较好的网格稳定性，因此被 DYNA采用。目前，在LS-DYNA程序中用来处理接触一滑动界面的问题。

该方法的基本原理是：将每一个正在接触的从单元(slave element)的一半质量分配到被接触的主面面积上，同时根据每个正在接触的从单元的内应力确定作用在接受质量分配的主面面积上的分布压力。在完成质量和压力的分配后，修正主面的加速度。然后对从节点的加速度和速度施加约束，以保证从节点在主面上滑动，不允许从节点穿透主表面，从而避免了反弹现象。

这种算法主要用来处理接触界面具有相对滑移而不可分开的问题。因此，在结构计算中，该算法并没有太多的用处。它最典型的应用是处理爆炸等问题，炸药爆炸产生的气体与被接触的结构之间只有相对滑动而没有分离。 3.3 Penalty Method

该算法于1981年有Huag等人，1982年8月开始用于 DYNA2D中[2]。现在，罚函数法已发展为一种非常用的接触界面算法，在数值计算中被广泛应用。

罚函数法的基本原理是：在每一个时间步首先检查各从节点是否穿透主面，如没有穿透不作任何处理。如果穿透，则在该从节点与被穿透主面间引入一个较大的界面接触力，其大小与穿透深度、主面的刚度成正比。这在物理上相当于在两者之间放置一法向弹簧，以限制从节点对主面的穿透。接触力称为罚函数值。“对称罚函数法”则是同时对每个主节点也作类似上述处理。

对称罚函数法由于具有对称性、动量守恒准确，不需要碰撞和释放条件，因此很少引起Hourglass效应，噪声小。

对称罚函数法在每一个时间步对从节点和主节点循环处理一遍，算法相同。下面以从节点ns为例详细描述该算法的基本步骤：

1 搜索所有从动点，确定从动点是否穿透主面。

2 如否，不作处理，搜索结束；如是，则在从节点与主面上的接触点间附加 一法向接触力 Fn。 3 处理摩擦力。

4 将接触力 Fn和摩擦力 投影到总体坐标，组集到总体载荷向量中。 4 接触类型

在具体介绍各种类型的接触前，先阐述几个基本的概念。 在壳单元中，自动接触通过法向投影中面的1/2“Contact Thickness”来确定接触面。这就是“shell thickness offsets”。接触厚度可以在接触的定义中明确指定。如果接触厚度没有指定，则等于壳的厚度（在单面接触中，为壳厚度或单元边长的最小值）。相同的，在梁的接触中，接触面从梁的基线偏置梁截面等效半径距离。因此，在有限元几何建模时，为考虑壳厚、梁截面尺寸必须在壳、梁的part间有适当的间隙，否则会有初始穿透现象发生（即发生不真实的接触现象）。虽然LS-DYNA可以通过移动穿透的从节点到主面上来消除初始穿透，但是并不是所有的初始穿透都能检查出。

DYNA中大多数的接触有一个“极限穿透深度”，如侵彻超过这个深度则从节点被释放，接触力置为0。这主要用在自动接触中，防止过大接触力的产生而引起数值不稳定性。然而在有些情况下，因为这个阈值过早达到而使接触失效（常发生在非常薄的壳单元中）。此时应采取的措施是放大接触厚度因子或设置接触厚度为大于壳厚度的一个值，或者改变接触刚度的计算方法（如改为Soft=1）。

LS-DYNA中的接触允许从节点与主段间压缩载荷的传递。如接触摩擦激活，也允许切向载荷的传递。Coulomb摩擦列式用来处理从静到动摩擦的转换，这种转换要求一个衰减系数、静摩擦系数大于动摩擦系数。

关于接触搜索方法，这里仅给出几个简单的要点，详细描述见Theoretical Manual of LS-DYNA。DYNA中有两种搜索方法：Incremental Search Technique与Bucket Sort。

第 19 页

LS-DYNA常见问题汇总2.0 yuminhust2005 2008-10-12 Incremental Search Algorithms Global Bucket Sort

? 搜索方向 仅在主段正方向从节点的穿透 主面正、负方向检查穿透

? 搜索步骤 对每一个从节点的：

找出最接近的主节点； 搜索接近的主段（不止一个）； 搜索相邻的主段； 局部利用Incremental Search确

穿透检查； 定最接近的主段； 施加作用力。 穿透检查；施加作用力。 ? 主面要求 主面连续 主面可以不连续

? 特点 简单、速度快 非常有效，但耗时大所有的非自动

LS-DYNA中的接触类型大体上可以分为五大类：

? One-Way Contact （单向接触） ? Two-Way Contact（ 双向接触） ? Single Contact（单面接触） ? Entity

? Tied Contac（固－连接触）

在以上接触类型中，前四种接触类型的接触算法均采用罚函数法。固－连接触有的采用的罚函数法，有的采用动约束法，少部分采用分布参数法。 4.1 One-Way Treatment of Contact

One-Way、Two-Way是对接触搜索来讲的。One-way仅检查从节点是否穿透主面，而不检查主节点。在Two-Way Contact中从节点与主节点是对称的，从节点与主节点都被检查是否穿透相应的主面或从面。

LS-DYNA中的_Node_To_Surface接触类型都属于单向接触，另外还有特别注明为单向接触的_Surface_To_Surface接触类型：

? ? ? ? ? ? ?

*Contact_Nodes_To_surface

*Contact_Automatic_Nodes_To_Surface

*Contact_Froming_Nodes_To_Surface（自动接触类型、主要用于金属拉压成形） *Contact_Constraint_Nodes_To_Surface（现已很少用） *Contact_Eroding_Nodes_To_Surface *Contact_One_Way_Surface_To_Surface

Contact_One_Way_Automatic_Surface_To_Surface

由于在单向接触中，仅有从节点被检查是否穿透主面，而不考虑主节点，因此在使用时必须注意，应保证在接触过程中主节点不会穿过从面。同样的原因，单向接触要比双向接触运行速度快得多，因此仍被广泛应用。在以下情况中使用单向接触是合适的：

? 主面是刚体

? 相对细的网格（从）与相对平滑、粗的网格（主）接触

? beam_to_surface、 Shell edge_to_surface接触。beam node、Shell edge node作从点。

在接触分析中，由于问题的复杂性，判断接触发生的方向有时是很困难的，因此分析中应尽量使用自动接触（不需要人工干预接触方向）。但当面的方向在整个分析过程中都能确定的情况下，下面的非自动接触类型是非常有效的：

*Contact_Nodes_To_Surface(5)

*Contact_One_Way_Surface_To_Surface(10) *Contact_Constraint_Nodes_To_Surface(18) *Contact_Eroding_Nodes_To_Surface(16)

第 20 页

LS-DYNA常见问题汇总2.0 yuminhust2005 2008-10-12 4.2 Two-Way Treatment of Cont …… 此处隐藏：4551字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……