07.接触中的滑移能
【1】滑移能介绍 在接触中滑移能能分两种情况：有摩擦和没有摩擦。①无摩擦时 当接触中没有定义摩擦时，滑动界面能为接触弹簧保持的势能；但在碰撞过程中，能量的转换应该是接触弹簧的势能转化为动能，动能转化为变形能，所以在计算中滑动界面能是非物理的，应当控制在很小的值以内。式中f为接触弹簧力，p为渗透量，sie为滑动界面能。 在纯弹性碰撞中，滑动界面能会完全转化为动能。如下图所示，若为弹塑性碰撞，即有应变能，则滑动界面能应完全转化为动能和应变能。动能和滑动界面能②有摩擦时 当接触中定义摩擦时，在滑动界面能中包含了摩擦能，此时除了在接触面的法向有滑动界面能，在切向也产生界面摩擦能。 LS-DYNA的接触摩擦基于库仑公式，摩擦系数由以下公式计算：μs：静摩擦系数μd：动摩擦系数 DC：指数衰减系数V：接触面间的相对速度若DC或V=0，则μc=μs； 在库仑力作用下界面剪切应力在某些情况下会非常大，可能会超过材料的承受极限，所以要限制最大摩擦力，最大摩擦力可以由粘性摩擦系数VC和接触段的曲积来定义： 粘性摩擦系数常用于接触引起塑性流动的情况，推荐其值为，这里 σ0表示接触材料的屈服应力。【2】滑移能为负值 当滑移能为负值时，表明有穿透，在仿真过程中要求滑移能不超过峰值能量的5%。有两种后况会导致负的滑动界面能：① 基于段的映射方式；② 初始渗透；① 基于段的映射方式 如下图所示，节点在两段的交界处检查不到渗透产生，所以会滑到接触厚度中去，此时程序发现有渗透点存在，必定会给它施加一个接触力，把它拉回到接触面上，此时整个系统在对从点做功，消耗它的接触势能（但此前没有得到动能的补充），所以表现为负的滑动界曲能。实际上的滑动界曲能与计算的滑动界面能的比较： 解决该问题的方法是扩充主段的接触面，如下图所示，在两段交接处使接触面能够捕捉到接触渗透，由*CONTACT关键字中的MAXPAR参数调整。② 初始渗透 在建立有限元模型中，可能会存在模型之间存在干涉问题。程序在开始计算时会自动检查初始渗透，若有初始渗透，程序提出警告，并把这些节点移动到可能接触的界面上，在这过程中，系统要对之做功，导致负的滑动界面能产生。 初始渗透会导致负的滑动界面能产生，同时并不是所有的从点都会移到主表面上，存在的渗透点将会导致不切实际的接触行为。解决方法： 方法一：在建立模型时应当花费时间和精力避免有初始渗透，尽量保持接触对中的接触空隙（考虑壳单元的厚度）。 但对于复杂的模型，不可避免会出现初始渗透，此时可根据第一次递交后，程序给出的渗透信息（在MESSAGE和D3HSP文件中有详细记录），按照提示移动相关点，调整计算模型，消除渗透。 方法二：对于比较小的初始渗透问题，可以通过减小接触厚度来解决。 对应于CONTACT 关键字中的SFST和SFMT，该方法只对很小的初始渗透效果好；对于大的初始渗透，可能会导致错误的结果。 方法三：对于初始渗透问题，在关键字*CONTROL_CONTACT中有一参数IGNORE设置，可以忽略所有的初始穿透。 END 来源：CAE碰撞仿真指导
