在固体力学各个领域中接触无处不在,自然界中许多物理问题的描述都涉及接触现象;例如零部件装配时的配合,橡胶密封元件的防漏,轮胎与地面的相互作用,撞击问题等,部件之间存在大量的接触问题。在有限元分析中,接触问题的处理往是衡量有限元软件分析能力的一个重要指标。
非线性分析中的状态非线性主要反映的是接触非线性;接触状态表现为两个相互分离的表面发生触碰时相切。
①按几何接触类型分为:远离、接近、粘接和滑动。

几何接触
在几何状态中,相互接触的两个几何零件是不能发生穿透。
②按数值接触类型分为:穿透和间隙。

数值接触
在有限元分析中,网格离散后的数值接触中两个零件接触可以发生穿透,通过接触设置可以避免发生,但是还是可能存在轻微穿透。
LS-DYNA中有40多种接触类型供用户选择,具有强大的接触分析能力。通过了解接触的原理,在建立有限元模型中才能选择合适的接触类型,设定合理的参数。在有限元中接触分为很多类别,以下对接触进行分类阐述。
(1)按照接触体特性分类:
①变形体-变形体接触;
②变形体-刚体接触;
③刚体-刚体的接触;
④板壳结构的单面接触(屈曲分析);
在设置接触时还需要考虑接触表面的静动力摩擦力(库仑摩擦、黏性摩擦)。
(2)按照接触面特性:
①单面接触(Single Surface Contact)
设定单面接触后,物体可以接触自己本身的表面,也可以接触其他物体的表面。单面接触中,程序自动查找接触表面,不需要设置接触面和目标面,因此单面接触设置最简单。
②面-面接触(Surface to Surface)
面-面接触是常用的接触,它可用于设置不同表面之间的接触,非常适用于物体表面有较大滑移的场合,且接触表面可以为任意形状。
③节点-面接触(Node to Surface)
节点-面接触用于各节点贯穿表面的情况。

在接触定义中有主面与从面的概念, 一旦定义了一个接触对,程序检查从面的节点是
否与主面的段发生接触。
如下图所示:

主面与从面
从面考虑的是节点,所以对从面来说有限元模型是否是连续体不是很重要,但对一些接触类型来说,一般要求它的网格划分比主面更密。
主面上考虑的是段,可以是连续的网格也可以是不连续的网格。
段(Segment)的概念:
对于壳单元段由单元的3或4个节点组成,对于体单元由单元一个面上的3或4个节点组成。

Segment