LS-DYNA接触类型全解析：适用场景与应用指南

lsdyna中有22种的接触类型，为了选择合适的接触类型，往往需要对接触集合和算法有深入的理解。

接触算法是程序用来处理接触面的方法。有3种：

1）singel surface contact；

2）nodes to surface contact；

3）surface to surface contact

一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合。有9种：

1）general；

2）automatic；

3）rigid；

4）tied；

5）tied with failure；

6）eroding；

7）edge；

8）drawbead；

9）forming。

1、单面接触

单面接触用于当一个物体外表面与自身接触或和另一个物体的外表面接触时使用。是最通用的接触类型。程序会搜索模型中的所有外表面，检查其间是否相互发生穿透。不需要定义接触面与目标面。

大多数冲击与碰撞问题需要定义单面接触。当接触面之间的穿透超过接触单元厚度40％时，单面接触自动释放接触，对下面问题造成威胁。如：超薄部分，具有低刚度的软体，高速运动物体之间的接触。

单面接触在ASCII rcforc文件中不记录所有的接触反作用力，如果需要接触反力，可以使用点到面或面到面的接触。

2、点面接触

点面接触发生在一个接触节点碰到目标面时。由于它是非对称的，所有是最快的算法，只考虑冲击目标面的节点。

对于点面接触，必须指定接触面与目标面的节点组元或PART号。

当使用点面接触时，注意：平面与凹面为目标面，凸面为接触面。粗网格为目标面，细网格为接触面。对于drawbead接触，压延筋总是节点接触面，工件为目标面。

3、面面接触

当一个面穿透另一个物体的面时，使用面面接触算法。它完全对称，因此接触面与目标面选择时任意的。也是要用节点组元和PART号来定义接触面和目标面的。节点可以从属多个接触面。

1）自动接触与普通接触

自动接触与普通接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同。普通接触在计算接触力时不考虑壳的厚度。自动接触允许接触出现在壳元的两侧。

2）侵蚀接触

侵蚀接触时当单元可能失效时候使用。目的是保证在模型外部的单元失效被删除后，剩下的单元依然可以能够考虑接触。

3）刚体接触

刚体接触时，接触Rntr和Rotr与NTS和OSTS类似，除了前者是用线性刚度来阻止穿透，后者是采用用户定义的力－变形曲线来阻止穿透。

变形体与刚体之间的接触必须用automatic或eroding contacts。

4）edge contact

edge contact用于壳单元的法线与碰撞方向正交时。用EDCGEN，SE自动选择所有的边线。

5）固连接触

固连接触是接触被粘在一起，当网格互相不匹配时使用。经常用于销栓连接。

6）drawbead拉延筋接触

drawbead拉延筋接触通常用于板料成型，用于约束板料的运动。在类似冲板的板料成型过程中，通常会出现工件与模具之间失去接触（如起皱）。它允许使用弯曲和摩擦阻力，用于确保工件在整个冲压过程中与压延筋始终保持接触。

7）钣金成型类接触

钣金成型类接触中FNTS,FSTS,FOSS是首选类型。对于这些，冲头与模具通常定义为目标面，而工件则定义为接触面。对于这些接触类型中的模具无需网格贯通，因此减小接触定义的复杂性。使用时，模具网格方向必须一致。

接触四步骤：

1）选择合适的接触类型；

2）标定接触实体（对于单面接触不需要）；

3）指定需要的额外参数；

4）指定高级接触控制。

画接触面可以使用接触定义号以及EDPC命令。用EDLIST命令列出接触，然后用接触参考号和EDPC命令画出接触对。

高级接触控制选项：

option1:controlling the contact search method

option2:controlling contact depth

option3:controlling contact stiffness

option4:contact surface birth and death times(EDCGEN command)

option1:控制接触搜索方法

——两种方法:网格连贯性搜索（default for NTS,OSTS,TSTS,TNTS,TDNS）,块方法（default for all other types）

——在网格连贯搜索中，接触算法使用相邻单元共用的节点进行搜索，当一个目标面与一个接触节点脱离接触后，相邻的面被检查。

——mesh connectivity方法非常快，但要求接触面的网格是连续的。

——在bucket sort方法中，由接触面所占据的三维空间被分为许多立方体（buckets）。节点可以接触同一立方体中的任何部分或者相邻的bucket。接触节点可接触在相同的bucket中或相邻的bucket中接触任何目标面的部分。

——bucket sort算法功能十分强大，但是在某种程度上比mesh connectivity tracking要慢，尤其对于大的模型。

option2：控制接触搜索深度

——对于STS,NTS和OSTS的普通选项，lsdyna假定搜索的接触深度为10的10次方，当接触点穿过目标面时，就会产生一个与接触深度成比例的接触力。

——当模型的组件处于连续的相对运动时由于产生假接触，从而带来不稳定，如果接触深度很大，伪接触力会呈现无穷大。如果节点出现（滑到）在目标面的后面，它会很快滑到物体外的空间中。

——为了控制接触深度，使用EDCONTACT命令中的PENCHK。GUI:preprocessor>lsdyna options>contact>andvanced controls

option3：控制接触刚度

——由于penalty method用来计算接触力。在penalty method中，F=Kδ。k－接触界面刚度。δ－界面穿透量。理想的情况下，在接触过程中两个面之间应该没有穿透，这意味着接触面刚度k＝∞，导致数值不稳定。ansys/lsdyna在材料参数基础上自动计算接触刚度和接触段的大小，由此提供的界面刚度一般会得到理想的接触效果。

——接触刚度通过一个比例因子SFSI进行改变，从而调整K。SFSI的缺省值为0.1，为提高接触刚度，可以增加SFSI。但是同时应该防止收敛的不稳定。建议SFSI不超过1.0。

——在缺省接触刚度时，ansys/lsdyna使用材料参数和接触面与目标面的单元尺寸。

——如果模型的接触面之间的材料属性相差太大（如钢撞击泡沫），或单元尺寸相差太大，会产生不稳定性或非真实的响应。

此时，程序会自动调整到比较相近。

option4：接触面生死时间

——在指定有效时间内，定义的接触面处于有效状态，直到失效时间，它的生死由EDCGEN命令中的BTIME和DTIME进行控制。

使用接触注意：

——接触面之间的初始穿透不允许。如果程序检查到面之间有初始穿透，将自动将重合部分从接触面中移走。

——要使用真实的材料参数与壳单元厚度。材料参数和接触面的几何尺寸用来确定K

——不要在相同的PARTS之间定义多个接触。

——如果事先不知道具体接触情况，可以使用单面接触。

——在求解之前列出定义的接触面，从而确保正确定义。