《Dyna接觸界面設(shè)置.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《Dyna接觸界面設(shè)置.ppt（35頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第 6 章 接觸界面,001322 10 JAN 2000 6-2,,,,本章目標(biāo),完成本章后, 學(xué)員應(yīng)該該能夠定義和使用接觸面 1. 對(duì) ANSYS/LS-DYNA中的接觸有一個(gè)初步了解 2. 描述了 ANSYS/LS-DYNA中3種不同的接觸算法 3. 描述了8種不同的接觸類型集合 4. 定義如何創(chuàng)建接觸面 5. 描述了 ANSYS/LS-DYNA中的高級(jí)接觸控制 6. 提出 ANSYS/LS-DYNA使用接觸的注意事項(xiàng) 7. 練習(xí).,001322 10 JAN 2000 6-3,,,,,,,接觸面 概述,ANSYS/LS-DYNA 不使用單元定義接觸. 在 ANSYS/LS-DYNA 中
2、使用接觸面定義接觸. 通過(guò)多達(dá) 22 種不同的接觸描述, ANSYS/LS-DYNA 可以處理絕大多數(shù)會(huì)遇到的接觸問(wèn)題 要 定義 ANSYS/LS-DYNA的接觸,用戶只需要指定接觸面，接觸類型和一些相關(guān)參數(shù)即可.,001322 10 JAN 2000 6-4,,接觸面 概述（續(xù)）,面對(duì)22 種不同的接觸類型, 要選擇合適的類型來(lái)描述實(shí)際物理系統(tǒng)往往比較困難. 為了選擇合適的接觸類型，往往需要對(duì)ANSYS/LS-DYNA中的接觸集合和算法有深入的理解. 接觸算法是程序用來(lái)處理接觸面的方法. 在 ANSYS/LS-DYNA中有3種算法: 1. Single Surface Contact 2.
3、Nodes to Surface Contact 3. Surface to Surface Contact 一個(gè)接觸集合為具有特別相似特性的接觸類型的集合. 在 ANSYS/LS-DYNA中有9種集合: 1. General5. Tied with Failure 9. Forming 2. Automatic6. Eroding 3. Rigid7. Edge 4. Tied8. Drawbead,001322 10 JAN 2000 6-5,接觸面 概述（續(xù)）,001322 10 JAN 2000 6-6,單面接觸,單面接觸用于當(dāng)一個(gè)物體的外表面與自身接觸或和另一個(gè)物體的外表面接觸時(shí)使
4、用. 單面接觸是ANSYS/LS-DYNA中最通用的接觸類型，因?yàn)槌绦驅(qū)⑺阉髂Ｐ椭械乃型獗砻?，檢查其間是否相互發(fā)生穿透. 由于所有的外表面都在搜索范圍內(nèi), 不需要定義接觸面與目標(biāo)面.,在預(yù)先不知接觸情況時(shí)，單面接觸非常有用.,001322 10 JAN 2000 6-7,單面接觸（續(xù)）,相對(duì)于ANSYS隱式分析 , ANSYS/LS-DYNA 的單面接觸不會(huì)非常耗時(shí)。 大多數(shù)沖擊與碰撞問(wèn)題需要定義單面接觸 當(dāng)接觸面之間的穿透超過(guò)接觸單元厚度的40%時(shí)，單面接觸自動(dòng)釋放接觸，從而對(duì)下列問(wèn)題造成潛在的問(wèn)題 : 1. 超薄部分 2. 具有低剛度的軟體 3. 高速運(yùn)動(dòng)物體之間的接觸 單面接觸在 AS
5、CII rcforc 文件中不記錄所有的接觸反作用力. 如果需要接觸反力, 可以使用點(diǎn)到面或面到面接觸。 有效的接觸類型有 Single Surface, Automatic Single Surface, Automatic General, Eroding Single Surface 和 Single Edge,001322 10 JAN 2000 6-8,當(dāng)一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)碰到目標(biāo)面時(shí)，點(diǎn)面接觸發(fā)生. 由于它是非對(duì)稱的，所以是最快的算法. 只考慮沖擊目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)。 對(duì)于點(diǎn)面接觸, 必須指定接觸面與目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)組元或PART號(hào)。 對(duì)于預(yù)先已知非常小的接觸面 ，點(diǎn)面接觸十分有效. 對(duì)于節(jié)點(diǎn)接觸
6、剛體同樣可以使用它. 在使用點(diǎn)面接觸時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn) : 點(diǎn)面接觸記錄所有的接觸反作用力，存在 ASCII 文件rcforc中. 有效的接觸類型為 NTS, ANTS, RNTR, TDNS, TNTS, ENTS, DRAW, FNTS,1. 平面與凹面為目標(biāo)面，凸面為接觸面. 2. 粗網(wǎng)格為目標(biāo)面，細(xì)網(wǎng)格為接觸面. 3. 對(duì)于Drawbead 接觸, 壓延筋總是節(jié)點(diǎn)接觸面 ，工件為目標(biāo)面.,點(diǎn)面接觸,001322 10 JAN 2000 6-9,當(dāng)一個(gè)物體的面穿透另一個(gè)物體的面時(shí)，使用面面接觸算法. 面面接觸是完全對(duì)稱的，因此接觸面與目標(biāo)面的選擇是任意的. 對(duì)于面面接觸, 需要用節(jié)點(diǎn)組
7、元和PART號(hào)來(lái)定義接觸面和目標(biāo)面.節(jié)點(diǎn)可以從屬于多個(gè)接觸面. 面面接觸是一種通用算法 ，通常用于在已知的接觸對(duì)象是較大的面時(shí). 面面接觸算法自動(dòng)記錄所有的接觸反作用力到 ASCII rcforc 文件中. 有效的接觸類型 有 STS, OSTS, ASTS, ROTR, TDSS, TSTS, ESTS, FSTS, FOSS,面面接觸,001322 10 JAN 2000 6-10,自動(dòng)與普通接觸,自動(dòng)接觸與普通接觸的區(qū)別在于對(duì)殼單元接觸力的處理方式不同 普通接觸在計(jì)算接觸力時(shí)不考慮殼的厚度. 自動(dòng)接觸允許接觸出現(xiàn)在殼元的兩側(cè) 兩種接觸類型中的殼元接觸力按照如下方法計(jì)算:,001322
8、10 JAN 2000 6-11,侵蝕接觸,當(dāng)單元可能失效時(shí)用這種接觸. 侵蝕接觸的目的是保證在模型外部的單元失效被刪除后，剩下的單元依然能夠考慮接觸。,001322 10 JAN 2000 6-12,Contact of the knees against the dashboard,剛體接觸,接觸 RNTR 和ROTR 與 NTS 和OSTS 類似，除了后者是用線性剛度來(lái)阻止穿透，后者是采用用戶定義的力-變形曲線來(lái)阻止穿透。這些通常用于多剛體動(dòng)力學(xué). 變形體與剛體之間的接觸必須用automatic 或 eroding contacts.,001322 10 JAN 2000 6-13,邊
9、- 邊接觸,edge contact 用于殼單元的法線與碰撞方向正交時(shí)。 用 EDCGEN,SE 自動(dòng)選擇所有的邊線.,001322 10 JAN 2000 6-14,固連接觸,接觸被粘在一起. 當(dāng)網(wǎng)格彼此不匹配時(shí)，可以使用 (TDNS, TDSS, TSTS, TNTS). 經(jīng)常用于銷栓連接. 當(dāng)使用固連失效時(shí) (TSTS, TNTS) ，達(dá)到以下條件時(shí)固連就失效:,tied,fn,fs,001322 10 JAN 2000 6-15,F = Ffriction+ Fbending,,,,,,,,Depth of drawbead,,,,,,,,,拉延筋（ Drawbead ） 接觸,Dra
10、wbead contact 通常用于板料成型，用于約束板料的運(yùn)動(dòng). 在類似沖壓的板料成型過(guò)程中, 通常會(huì)出現(xiàn)工件與模具之間失去接觸（如起皺）. Drawbead contact 允許使用彎曲和摩擦阻力，用于確保工件在整個(gè)沖壓過(guò)程中與壓延筋始終保持接觸.,001322 10 JAN 2000 6-16,鈑金成形類 接觸,成型接觸選項(xiàng)： forming node to surface (FNTS), forming surface to surface (FSTS) 和forming one-way surface to surface (FOSS) 是鈑金成形分析中首選的類型. 對(duì)于這些接觸選項(xiàng)
11、, 沖頭與模具通常定義為目標(biāo)面，而工件則定義為接觸面. 對(duì)于這些接觸類型中模具無(wú)需網(wǎng)格貫通, 因此減小接觸定義的復(fù)雜性. 模具網(wǎng)格的方向必須一致. 成型接觸選項(xiàng)基于自動(dòng)接觸類型，因此功能十分強(qiáng)大.,001322 10 JAN 2000 6-17,接觸面定義,在ANSYS/LS-DYNA中用4個(gè)基本步驟來(lái)定義接觸 : Step 1: 選擇適合的接觸類型 Step 2: 標(biāo)定接觸實(shí)體 (對(duì)于單面接觸不需要) Step 3: 指定需要的額外參數(shù) Step 4: 指定高級(jí)接觸控制,STEP 1: 決定接觸選項(xiàng) 在 ANSYS/LS-DYNA 中有大量的接觸類型來(lái)定義面面之間的相互作用. 要定義特定應(yīng)用
12、的接觸選項(xiàng), 參考 ANSYS/LS-DYNA 用戶指南與本章中的描述. 對(duì)于大多數(shù)分析, 建議使用automatic general (AG), nodes to surface (NTS),和surface to surface (STS) 接觸選項(xiàng).,001322 10 JAN 2000 6-18,接觸面定義 - Step 2,STEP 2: 定義接觸實(shí)體 除了單面接觸 (ASSC, AG, SS, ESS, and SE), 所有的 ANSYS/LS-DYNA 接觸選項(xiàng)要求定義接觸和目標(biāo)面. 定義接觸與目標(biāo)面有兩種方法 : 1. 指定節(jié)點(diǎn)組元 (CM command) 2. 指定 Pa
13、rt IDs 1. 要常見(jiàn)接觸定義中需要的節(jié)點(diǎn)組元, 首先選擇接觸面. 然后將面上的節(jié)點(diǎn)定義為組元,Utility Menu : Select - Entities,Utility Menu: Select - Comp/Assembly ...-Create Component,001322 10 JAN 2000 6-19,接觸面定義 - Step 2（續(xù)）,2. 要?jiǎng)?chuàng)建接觸定義中使用的 Part IDs, 首先用EDPART, CREATE創(chuàng)建PART,在創(chuàng)建完節(jié)點(diǎn)組元和PART號(hào)后，用 EDCGEN 命令定義接觸.,Preprocessor:LS-DYNA Optns - Part
14、 Options,001322 10 JAN 2000 6-20,接觸面定義 - Step 2（續(xù)）,EDCGEN 命令自動(dòng)在接觸面與目標(biāo)面之間生成接觸.,Preprocessor: LS-DYNA Options - Contact - Define Contact,首先選擇接觸類型與相關(guān)選項(xiàng) 然后指定摩擦系數(shù) 對(duì)于面面接觸與節(jié)點(diǎn)-面接觸, 會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)對(duì)話框，然后定義 CONTACT 和 TARGET 面.,對(duì)于單面接觸選項(xiàng), 不會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)對(duì)話框, 因?yàn)椴恍枰x接觸面與目標(biāo)面.,,,,,001322 10 JAN 2000 6-21,接觸面定義 - Step 2（續(xù)）,STEP 2 (
15、續(xù)): 關(guān)于摩擦系數(shù)參數(shù) 與 ANSYS 隱式相比, ANSYS/LS-DYNA中摩擦的定義靈活地多，摩擦系數(shù)可以取決于速度 ，可以為總的摩擦力設(shè)置一個(gè)限制值. 在 ANSYS/LS-DYNA 中,摩擦系數(shù), mc 如下定義:,mc = md + (ms - md )e -(DC) (v),式中,m s = 靜態(tài)摩擦系數(shù),,m d = 動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù),,v = 接觸面之間的相對(duì)速度.,DC = 指數(shù)衰減系數(shù),,當(dāng) DC 或 v = 0, mc = ms 最大摩擦力, Flim, 可以通過(guò)粘性摩擦系數(shù) VC與接觸面的面積乘積進(jìn)行限制: Flim = VC Asegment 摩擦系數(shù)限制經(jīng)常用于接觸
16、會(huì)引起塑性流動(dòng)的應(yīng)用中。建議 VC = 1.732 ss, ss 是接觸材料的剪切屈服應(yīng)力,001322 10 JAN 2000 6-22,接觸面定義 - Step 2（續(xù)）,為了避免接觸中不必要的振蕩, 可以使用接觸阻尼系數(shù)VDC 在接觸面垂直方向施加阻尼. VDC 使實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換為臨界頻率的百分比，如20%，則VDC 輸入值應(yīng)為 20: x = VDC x crit = VDC (2m w) 其中 m 是接觸主面的質(zhì)量， w 自然頻率。 VDC 常用于鈑金成形分析中消除振蕩。,所有摩擦參數(shù) (m s , m d, DC, VC, and VDC) 可直接由 EDCGEN 命令輸入,,001
17、322 10 JAN 2000 6-23,接觸面定義 - Step 3,STEP 3: 指定其它參數(shù) 對(duì)于一些特殊的接觸種類，需要輸入EDCGEN中的V1-V4參數(shù). 下面的表總結(jié)了每種類別需要的額外輸入,每個(gè)額外值直接以接觸/目標(biāo)組元或PART號(hào)輸入.,,001322 10 JAN 2000 6-24,列表與刪除接觸,由于不創(chuàng)建接觸單元, 在求解之前非常有必要列出定義的接觸面來(lái)確保接觸已經(jīng)正確地定義. 用EDCLIST命令列出接觸實(shí)體,Preprocessor: LS-DYNA Options - Contact - List Entities,所有定義的接觸實(shí)體連同指定的摩擦系數(shù)可以自動(dòng)的
18、列出. 注意到每種接觸定義有一個(gè)參考號(hào),,001322 10 JAN 2000 6-25,列表與刪除接觸（續(xù)）,如果確認(rèn)接觸面的定義不正確，可以使用EDCDELE命令方便地刪除接觸 當(dāng)使用 EDCDELE 命令時(shí), 必須指定接觸選項(xiàng)和接觸/目標(biāo)組元或PART.,Preprocessor: LS-DYNA Options - Contact - Delete Entities,Contact option Contact component Target component,001322 10 JAN 2000 6-26,Contact #1,Contact #2,Contact #3,畫接觸面
19、,使用接觸定義號(hào)以及EDPC命令畫接觸對(duì) 用 EDCLIST 命令列出接觸，然后用接觸參考號(hào)和EDPC命令畫出接觸對(duì) 指定接觸界面識(shí)別號(hào),001322 10 JAN 2000 6-27,,高級(jí)接觸控制選項(xiàng) - Step 4,一旦定義了模型中面與面之間的接觸，在 ANSYS/LS-DYNA中有幾個(gè)高級(jí)選項(xiàng)控制接觸. 幾乎所有的高級(jí)接觸選項(xiàng)由EDCONTACT命令控制. 主要有以下幾項(xiàng): Option 1: Controlling the contact search method Option 2: Controlling contact depth Option 3: Controlling
20、contact stiffness Option 4: Contact surface birth and death times (EDCGEN command) Option 1: 控制接觸搜索方法 在 ANSYS/LS-DYNA中, 有2種接觸搜尋方式: a. 網(wǎng)格連貫性搜索 (default for NTS, OSTS, TSTS, TNTS, TDNS) b. 塊方法 (default for all other types) 在網(wǎng)格連貫搜索中,接觸算法使用相鄰單元共用的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索. 當(dāng)一個(gè)目標(biāo)面與一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)脫離接觸后，相鄰的面被檢查.,001322 10 JAN 2000 6-
21、28,高級(jí)接觸控制 選項(xiàng) 1,mesh connectivity 方法非?？欤蠼佑|面的網(wǎng)格是連續(xù)的 在 bucket sort 方法中, 由接觸面所占據(jù)的三維空間被分為許多立方體（buckets). 節(jié)點(diǎn)可以接觸同一立方體中的任何部分或者相鄰的bucket. 接觸節(jié)點(diǎn)可接觸在相同的bucket中或相鄰的bucket中接觸任何目標(biāo)面的部分 bucket sort 算法功能十分強(qiáng)大, 但是在某種程度上比mesh connectivity tracking要慢, 尤其針對(duì)大模型. 因?yàn)樵S多模型含有不連續(xù)的網(wǎng)格，因此最好使用EDCONTACT命令的SHTK域?qū)⒔佑|算法設(shè)置為bucket sort
22、 method :,Preprocessor: LS-DYNA Options - Contact - Advanced Controls,001322 10 JAN 2000 6-29,高級(jí)接觸控制選項(xiàng) 2,Option 2: 控制接觸深度 對(duì)于 STS, NTS,和 OSTS的普通選項(xiàng), ANSYS/LS-DYNA假定搜索的接觸深度 為 1010. 當(dāng)接觸節(jié)點(diǎn)穿過(guò)目標(biāo)面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與接觸深度成比例的接觸力. 當(dāng)模型的組件處于連續(xù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)由于產(chǎn)生假接觸，從而帶來(lái)不穩(wěn)定. 如果接觸深度很大, 偽接觸力會(huì)呈現(xiàn)無(wú)窮大. 如果節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)（滑到）在目標(biāo)面的后面 ，它會(huì)很快滑到物體外的空間中. 為
23、了控制接觸深度, 使用EDCONTACT命令中的PENCHK 域: Preprocessor: LS-DYNA Options -Contact - Advanced Controls,通過(guò)設(shè)置小穿透檢查為 ON,程序?qū)⒏鶕?jù)目標(biāo)段的厚度搜索接觸深度.,,001322 10 JAN 2000 6-30,高級(jí)接觸控制選項(xiàng) 3,Option 3: 控制接觸剛度 在 ANSYS/LS-DYNA 中 penalty method 被用來(lái)計(jì)算接觸力. 在 penalty method中， 一個(gè)彈簧被防在兩個(gè)物體之間，其間的接觸力由下式給出:,理想情況下，在接觸過(guò)程中兩個(gè)面之間應(yīng)該沒(méi)有穿透. 這意味著接觸面
24、剛度 k= , 從而導(dǎo)致數(shù)值不穩(wěn)定. ANSYS/LS-DYNA 在材料參數(shù)的基礎(chǔ)上自動(dòng)計(jì)算接觸剛度和接觸段的大小. 由此提供的界面剛度一般會(huì)得到理想的接觸效果。,,,,,d,,F,,,001322 10 JAN 2000 6-31,高級(jí)接觸控制選項(xiàng) 3 (continued),但是，接觸剛度可以用一個(gè)比例因子 SFSI 進(jìn)行改變,進(jìn)一步調(diào)整 ANSYS/LS-DYNA 的計(jì)算剛度 (kcalc) ： k = SFSI kcalc SFSI 的缺省值為0.1. 為提高接觸剛度, 可以增加SFSI 。 但是同時(shí)應(yīng)該防止收斂的不穩(wěn)定. 一般在侵蝕接觸分析中增加SFSI. 為了控制接觸剛度, EDC
25、ONTACT的 SFSI 域應(yīng)該如下方式用: Preprocessor: LS-DYNA Options - Contact - Advanced Controls,建議 SFSI 不要超過(guò) 1.0.,,001322 10 JAN 2000 6-32,由于不匹配，有5種 不同的選項(xiàng)來(lái)控制接觸剛度: 1 使用接觸和目標(biāo)剛度中的較小值 2 使用目標(biāo)面值 3 使用接觸面值 4 使用面或質(zhì)量加權(quán)接觸值 5 使用與殼厚度成反比的從 屬值 (通常建議不使用),,高級(jí)接觸控制選項(xiàng) 3 (continued),當(dāng)確定缺省接觸剛度時(shí), ANSYS/LS-DYNA 使用材料參數(shù)和接觸面與目標(biāo)面的單元尺寸. 如果模
26、型的接觸面之間的材料屬性相差太大 (如鋼撞擊泡沫） ，或單元尺寸相差太大, 會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性或非真實(shí)的響應(yīng). 當(dāng)由于接觸剛度不匹配而產(chǎn)生問(wèn)題時(shí)， 接觸與目標(biāo)面的接觸剛度可以由 ANSYS/LS-DYNA調(diào)整到比較相近. 接觸剛度的調(diào)節(jié)可以用EDCONTACT命令的 PENO 完成: Preprocessor: LS-DYNA Options - Contact - Advanced Controls,001322 10 JAN 2000 6-33,高級(jí)接觸控制選項(xiàng) 4,Option 4: 接觸面生死（有效、失效）時(shí)間 在一些應(yīng)用中，確定面面之間接觸發(fā)生的特定時(shí)間往往很重要. ANSYS/LS-
27、DYNA 允許用戶定義接觸的生死時(shí)間. 在指定的有效時(shí)間內(nèi), 定義的接觸面 處于有效狀態(tài)，直到失效時(shí)間 接觸面的生死用EDCGEN命令的 BTIME 和 DTIME 域進(jìn)行控制,001322 10 JAN 2000 6-34,接觸使用注意事項(xiàng),接觸面之間的初始穿透不允許. 如果 ANSYS/LS-DYNA 檢查到面之間有初始穿透, 將自動(dòng)將重合的部分從接觸面中移走. 要使用真實(shí)的材料參數(shù)與殼單元厚度. 材料參數(shù)和接觸面的幾何尺寸用來(lái)確定 k. 不要在相同的PARTS之間定義多個(gè)接觸. 如果事先不知道具體接觸情況，可以使用單面接觸. 在求解之前列出定義的接觸面，從而確保正確定義. 如果一個(gè)分析在開始運(yùn)行后很快地發(fā)散，下面的ASCII輸出文件可以用來(lái)檢查是否是接觸出現(xiàn)了問(wèn)題: GLSTAT: 總能量分布 MATSUM: PARTID對(duì)應(yīng)的能量 SLEOUT: 接觸能量輸出,001322 10 JAN 2000 6-35,練習(xí) -具有初速度物體撞擊平板,此練習(xí)見(jiàn)卷II E6-1 頁(yè). 一具有初速度的箱體撞擊剛性墻，采用LS-DYNA nodes-to-surface 接觸算法.,
Dyna接觸界面設(shè)置.ppt
