LS-Dyna深度解析：Tied接触类型与关键字应用

通过tie连接搭建实体壳体的连接案例以及LS-Dyna中的Tied接触类型及其对应关键字介绍

1、仅约束平移自由度，无失效，无offset

在Tied接触类型中，从节点被约束到主面上并一起运动。在仿真开始时，基于从节点到主段的正交投影来定位每个从节点的最近主段。根据已定的标准，如果从节点被认为距离主段很近，那么从节点会移动到主面上，通过这种方式，可以稍微改变初始几何形状而不会引起任何应力。建议定义Tied接触时，不由partID定义，而是由节点/段的set定义。这样，用户就可以更直接地控制，从而防止产生错误约束。随着仿真的进行，从节点相对于其主节点的等参位置通过运动约束方程保持不变。这种tied接触类型对应的关键字有：

• *CONTACT_TIED_NODES_TO_SURFACE
• *CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE

通常情况下，这些接触类型应仅与实体单元一起使用，因为从节点的旋转自由度不受约束。将这种接触类型用于壳单元可能会产生不切实际的“柔软行为”（soft behavior）。以上两个接触类仅在输入格式（从段和从节点）上有所不同，数值处理是一样的。

通常，当在相似材料之间使用tied接触时，主面应该是质量较差的网格边，因为这些约束不是对称地应用。但如果是一种软材料（如泡沫、海绵等），则主面应该是硬材料。基于约束法的tied接触（如上面两个关键字定义的接触）不能用于将刚体固连到可变形体或其他刚体上，可以使用该*CONSTRAINED_EXTRA_NODES命令和刚体EXTRA NODES绑定到刚体的可变形体的节点。涉及到刚体的tied接触，可以用OFFSET选项。

2、仅约束平移自由度，无失效，存在offset

这种接触类型与上述相同，但允许主段和从节点之间存在offset。Offset tied接触使用基于罚函数算法，因此可用于固连刚体。这种接触类型常用的关键字有：

• *CONTACT_TIED_NODES_TO_SURFACE_OFFSET
• *CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE_OFFSET

如果接触面非常接近，则这种接触类型效果最佳，因为不考虑由于offset而产生的力矩。但是，由于旋转自由度不受影响，因此上面的偏移接触不应用在梁和壳等结构单元中。

3、约束平移和旋转自由度，有失效，无offset

这种接触面使用动力约束法将从节点固连到主段，并处理平移和旋转自由度。另外，*MAT_SPOTWELD可以对点焊缝进行建模，在与梁单元组合时，可以定义失效。这种接触类型常用的关键字有：

• *CONTACT_TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE
• *CONTACT_SPOTWELD
• *CONTACT_SPOTWELD_WITH_TORSION

使用上述类型，节点被投影到主段上。对于*CONTACT_SPOTWELD，这是非常重要的，因为对点焊进行建模的梁需要尽可能长，以尽量减小质量比例，这对于计算具有合理的时间步长很有必要。使用TORSION选项，对点焊进行建模的梁中的扭转力作为等效力传递到主表面的周围节点，然后对梁施加关于轴线的旋转约束。LS-DYNA中的非线性壳单元在每个节点处具有零刚度自由度(zero stiffnessdrilling degree-of-freedom)，因此必须通过壳体的包膜行为承受扭转力。

4、约束平移自由度，有失效，有offset

此种Tied接触也是基于罚函数的接触类型，允许定义失效参数。当确定拉伸和压缩方向时，适当调整接触段方向非常重要。失效可以基于沿法向（拉伸）和剪切方向的力或应力。这种接触类型常用的关键字有：

• *CONTACT_TIEBREAK_NODES_TO_SURFACE
• *CONTACT_TIEBREAK_NODES_ONLY
• *CONTACT_TIEBREAK_SURFACE_TO_SURFACE

使用偏移时，无法将offset产生的力矩分配到主面。最初，这种接触是为了在没有offset的情况下开发的。

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