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01.认识接触

1年前浏览533

    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。


【1】接触状态

    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。


 

【2】LS-DYNA接触介绍  

    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。



【3】主面(Master)和从面(Slave)的概念

    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



     

     
END
     

    

来源:CAE碰撞仿真指导
ACTLS-DYNA非线性装配
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-06-24
最近编辑:1年前
CAE碰撞仿真指导
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02.接触算法

状态非线性一般为接触非线性,接触时接触刚度为非线性;接触处理是许多大变形问题的组成部分。实体之间接触界面的准确建模对于有限元模拟的预测能力至关重要。【1】接触算法LS-DYNA提供4 种接触力的计算方法:➤分配参数法➤动力约束法➤Tied 约束法➤罚函数法(1)分配参数法 将每一个正在接触的从面单元的一半质量分配到被接触的主表面面积上,同时由每个从面单元的内应力确定作用在接受质量的主表面面积上的分布压力。在完成质量和压力分配后,程序修正主表面的加速度,然后对从面节点的加速度和速度施加约束,保证从面节点沿主表面运动。 程序不允许从面节点穿透主表面,从而避免反弹。处理接触界面具有相对滑移而不可分开的问题,如爆炸中爆炸气体与结构相互接触而没有分离。此方法在结构分析中较少用到。(2)动力约束法 动力约束法是最早采用的接触算法,1976年开始用于DYNA2D程序,它首先检查从面节点是否穿透主表面,并调整时间步大小,使那些从面节点都不 穿透主表面,对所有已经和主表面接触的从面节点施加约束条件,从而保持从节点与主表面接触。 另外,检查与主表面接触的从面节点所属单元是否存在受拉界面力,如有,则用释放条件使从面节点脱离主表面。只检查从节点(Slave Node)穿透主面,当主面网格较细时,主节点穿透从面(Slave Surface)会形成扭结(KINK)。该算法比较复杂,目前仅用于固连接触,即只有约束条件,没有释放条件。(3)Tied约束法 Tied约束法与动力约束法基本相同。(4)罚函数法 罚函数法是LS-DYNA的默认算法,1982年开始用于DYNA2D程序,然后扩充到DYNA3D程序,是目前应用广泛的接触力计算方法。 ① 每一个时间步先检查各从面节点是否穿透主表面; ② 如果未穿透,则不对该从面节点做任何处理; ③ 如果穿透,则在该从面节点与主表面间、主面节点与从表面间引入一个较大的界面接触力,大小与穿透深度、接触刚度成正比,称为罚函数值; ④ 其物理意义相当于在其中放置一系列法向弹簧,限制穿透。接触处理方式为:式中,K—接触界面刚度(由单元尺寸和材料特性确定);δ—穿透量。罚函数算法优点: 该接触力算法方法简单,很少激起网格的沙漏效应,没有噪声,动量守恒准确,不需要碰撞和释放条件,为LS-DYNA的默认算法。接触处理方式 【2】接触的搜索方式LS-DYNA的接触提供三种接触搜索方式供用户选择,分别是:● 基于节点增量的搜索方式;● 基于段的bucket搜索方式;● 基于面段的搜索方式。 接触搜索方式由定义的接触类型(Automatic)和参数选择(SOFT)决定,在接触计算中不会发生变化。 若定义的接触类型为非Automatic接触,则采用基于节点增量的搜索方式; 若定义的接触类型为Automatic接触,则采用基于段的bucket搜索方式; 若在接触定义中选择SOFT=2,则采用基于面段的搜索方式。 END 来源:CAE碰撞仿真指导

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