ANSYS有限元全套学习资料第六章

接触面第6章ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-2接触面本章目标•本章是关于接触面的内容.介绍了不同的算法及推荐使用的算法。•主题:A.接触面概述B.单面接触算法C.点对面接触算法D.面对面接触算法E.一般接触类F.自动接触类G.刚性接触类H.固连接触类I.固连失效接触类ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-3接触面…本章目标•主题(续):J.侵蚀接触类K.边接触类L.拉延筋接触类M.成形接触类N.2-D接触类O.定义基本接触P.接触的列表和显示Q.接触的删除/撤消/激活R.高级接触控制S.一般接触指导T.接触面的练习ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-4接触表面A.接触表面概述•在ANSYS/LS-DYNA中，定义接触有很多方法.不同之处包括接触面如何描述，接触罚函数如何表达,以及不同算法间存在的优缺点。•对一些接触模型，接触面被用来定义接触体的表面.这与隐式ANSYS中的新的面对面算法是类似的,只是用户不必定义这些接触面本身，ANSYS/LS-DYNA会通过指定的节点组元自动生成接触面。•另外一些接触模型允许模型的任何表面与其他表面接触，包括它本身。这种完全任意接触实际上是最容易定义的,而且在预先不知接触表面（如整车碰撞模拟）时是非常有用的。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-5接触表面...接触表面概述•一般来说，当一个接触（从）节点或接触面穿透目标（主）面时,恢复力（罚力）会迫使之返回边界。接触罚刚度由LS-DYNA程序基于接触体的杨氏模量自动计算而得。这就是在定义刚体（材料）时，必须定义真实的杨氏模量的重要原因。•ANSYS/LS-DYNA可以模拟很大范围的接触状态:–表面抛光通过定义带有剪切失效应力的速度相关的摩擦来实现。–侵蚀接触当表面单元失效时，允许接触表面延伸到内部单元。–边缘接触允许一个壳单元的边检测另一个壳的边－不同于面面接触的一种特性。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-6接触表面...接触表面概述•在ANSYS/LS-DYNA中定义接触时,只需要简单地指出接触表面（不总是必需的）、接触类型以及与给定接触类型相关的任何特定参数。•由于许多不同的接触类型可以使用，因此确定哪一种接触类型能最准确的描述所建模型常常是非常困难的。理解ANSYS/LS-DYNA所提供的不同接触算法和接触类型对正确选择给定模型的接触面是非常重要的。•接触算法是程序处理接触面的方法。有三种不同的算法：–单面接触–点对面的接触–面对面的接触ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-7接触表面…接触表面概述•接触类型是指具有某些特定的相似属性的一系列接触类型。这里有十种不同的接触类:–一般接触–自动接触–刚性接触–固连接触–固连失效接触–侵蚀接触–边接触–拉延筋接触–成形接触–二维接触•ANSYS/LS-DYNA支持24种此类接触算法和接触类型的组合。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-8每种接触算法和接触类型都将详细介绍，以帮助我们选择能够精确体现所模拟物理现象的最合理的接触模型。接触表面…接触表面概述SingleSurfaceNodestoSurfaceSurfacetoSurfaceGeneralSSNTSSTS,OSTSAutomaticASSC,AGANTSASTSRigidRNTRROTRTiedTDNSTDSS,TSESTiedwithFailureTNTSTSTSErodingESSENTSESTSEdgeSEDrawbeadDRAWBEADFormingFNTSFSTS,FOSSTwo-DimenionalASS2DExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-9接触表面B.单面接触算法•当一个体的外表面接触其自身或其他体的外表面时，可用单面接触算法建立接触。•单面接触是最常见的接触类型这是由于ANSYS/LS-DYNA程序自动搜索模型的外部表面以确定是否发生穿透。•由于包括了所有的外部表面,因此不需要定义接触和目标表面。•单面接触对于处理接触区域不能提前预知的自接触或大变形问题是非常有效的。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-10接触表面...单面接触算法•ANSYS/LS-DYNA中的单面接触算法处理有限的接触表面时只会引起CPU时间很少量的增加。•大多数冲击和碰撞的问题需要定义单面接触，因为有的接触表面是不能预知的。•当接触单元的接触穿透超过单元厚度的40%，单面接触算法将被自动解除。这对以下状态存在潜在的问题:–过薄的部件–具有低刚度值的柔性材料–非常高速运动的物体之间的接触ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-11接触表面...单面接触算法•这些状况会导致接触节点超出40%的深度条件。接触算法将假设表面不再接触，而且将会发生材料渗透，最终接触节点残留在目标表面后面。•单面接触算法不在ASCIIrcforc的文档中记录总的接触力。如果想得到接触力，则应该采用点对面或面对面算法。•单面接触算法包括以下接触模型:单面(SS)，自动单面(ASSC)，自动一般(AG)，侵蚀单面(ESS)，单边(SE)，和二维自动单面(ASS2D)。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-12•当接触节点穿透目标表面时，采用点对面接触算法建立接触。因其不对称性，此法是最快捷的算法，此算法只处理冲击目标表面的接触节点。•对于点对面接触算法,必须定义接触和目标表面的节点的组元或part（part集）号，这类似于ANSYS隐式方法。•点对面接触算法对于接触区域相对较小而且接触区域已提前预知的情况非常有效。并对节点与刚体的接触也非常有效。接触表面C.点对面接触算法ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-13•以下是用于点对面接触的指南:TARGETSURFACECONTACTNODES1.平面或凹面应作为目标面而凸面应作为接触面2.较粗网格应为目标面而较细网格应为接触面3.对拉延筋接触，拉延筋总是节点接触表面而板料则是目标面。接触表面...点对面接触算法•点对面接触算法在ASCIIrcforc的文档中记录接触合力。•点对面接触算法包括以下接触模型:NTS,ANTS,RNTR,TDNS,TNTS,ENTS,DRAWBEAD,FNTSExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-14•当一个体的表面穿透另一个体的表面时，采用面对面接触算法建立接触。•面对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。•对面对面接触，需要定义接触面&目标面节点组元或part（或part集）号。节点可以属于多个接触表面。•面对面接触是一种普遍的算法，常应用到具有大的接触区域且接触表面已知的情况。接触表面D.面对面接触算法ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-15•面对面接触算法在ASCIIrcforc的文档中记录接触合力。•面对面接触算法包括以下接触模型:STS,OSTS,ASTS,ROTR,TDSS,TSES,TSTS,ESTS,FSTS,FOSSCONTACTANDTARGETDEFINITIONSARBITRARYV–面对面接触对产生大量相对滑移的接触（如一个木块在平面上的滑移）非常有效。接触表面...面对面接触算法ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-16ShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfacepenetratingnodeGeneralContactContactRestoringForce接触表面E.一般接触类•一般接触只考虑壳体单元一侧接触。对实体单元（brick），ANSYS/LS-DYNA总是用外法线创建目标面，因此所期望的接触总能被识别。•恢复力（即抵抗节点穿透的惩罚力）将随着接触节点穿透目标表面而持续增加。节点经过一定壳单元厚度后，此力不会被消除。•一般接触类型包括:–SS–NTS–STS–OSTSExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-17接触表面F.自动接触类•自动接触考虑壳体单元两侧的接触。壳体接触表面的方向是自动确定的。•恢复力将随着接触节点穿透目标表面而持续增加，但只能增加到一点，这是由于壳单元的两个面都需要检测。•自动接触模型包括:–ASSC–AG(includesSE)–ASS2D–ANTS–ASTSpenetratingnodeShellTOPsurfaceShellBOTTOMsurfaceAutomaticContactContactRestoringForceExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-18膝盖与挡板的接触接触表面G.刚性接触类•刚性接触RNTR和ROTR类似于NTS和OSTS接触，但它不是用线性刚度来阻止穿透，而是定义力-变形曲线来实现。这种接触通常用于多刚体动力学，它们允许在不必模拟变形单元的情况下，吸收能量。•刚体对可变形体的接触必须用一般、自动或侵蚀接触来定义。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-19接触表面H.固连接触类•固连接触用于连接两个不相似的网格，在很大程度上。这与ANSYS隐式中所用的绑定接触几乎是一样的。•接触节点粘接在目标表面上。两个面必须是初始共面的。目标面可以变形，迫使接触节点随之变形。•固连接触只影响平移DOF’s(UX,UY,UZ)•固连接触模型包括：TDNS,TDSS,andTSES接触。ExplicitDynamicswithANSYS/LS-DYNA6.0TrainingManualMarch7,2002Inventory#0016306-20接触表面I.固连断开接触•固连断开接触实质是失效的固连接触。常被用来模拟点焊或螺