《Dyna接触界面设置》PPT课件.ppt

第6章接触界面 00132210JAN20006 2 本章目标 完成本章后 学员应该该能够定义和使用接触面1 对ANSYS LS DYNA中的接触有一个初步了解2 描述了ANSYS LS DYNA中3种不同的接触算法3 描述了8种不同的接触类型集合4 定义如何创建接触面5 描述了ANSYS LS DYNA中的高级接触控制6 提出ANSYS LS DYNA使用接触的注意事项7 练习 00132210JAN20006 3 接触面 概述 ANSYS LS DYNA不使用单元定义接触 在ANSYS LS DYNA中使用接触面定义接触 通过多达22种不同的接触描述 ANSYS LS DYNA可以处理绝大多数会遇到的接触问题要定义ANSYS LS DYNA的接触 用户只需要指定接触面 接触类型和一些相关参数即可 00132210JAN20006 4 接触面 概述 续 面对22种不同的接触类型 要选择合适的类型来描述实际物理系统往往比较困难 为了选择合适的接触类型 往往需要对ANSYS LS DYNA中的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 在ANSYS LS DYNA中有3种算法 1 SingleSurfaceContact2 NodestoSurfaceContact3 SurfacetoSurfaceContact一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合 在ANSYS LS DYNA中有9种集合 1 General5 TiedwithFailure9 Forming2 Automatic6 Eroding3 Rigid7 Edge4 Tied8 Drawbead 00132210JAN20006 5 接触面 概述 续 00132210JAN20006 6 单面接触 单面接触用于当一个物体的外表面与自身接触或和另一个物体的外表面接触时使用 单面接触是ANSYS LS DYNA中最通用的接触类型 因为程序将搜索模型中的所有外表面 检查其间是否相互发生穿透 由于所有的外表面都在搜索范围内 不需要定义接触面与目标面 在预先不知接触情况时 单面接触非常有用 00132210JAN20006 7 单面接触 续 相对于ANSYS隐式分析 ANSYS LS DYNA的单面接触不会非常耗时 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的40 时 单面接触自动释放接触 从而对下列问题造成潜在的问题 1 超薄部分2 具有低刚度的软体3 高速运动物体之间的接触单面接触在ASCIIrcforc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接触 有效的接触类型有SingleSurface AutomaticSingleSurface AutomaticGeneral ErodingSingleSurface和SingleEdge 00132210JAN20006 8 当一个接触节点碰到目标面时 点面接触发生 由于它是非对称的 所以是最快的算法 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 对于预先已知非常小的接触面 点面接触十分有效 对于节点接触刚体同样可以使用它 在使用点面接触时 应注意以下几点 点面接触记录所有的接触反作用力 存在ASCII文件rcforc中 有效的接触类型为NTS ANTS RNTR TDNS TNTS ENTS DRAW FNTS 1 平面与凹面为目标面 凸面为接触面 2 粗网格为目标面 细网格为接触面 3 对于Drawbead接触 压延筋总是节点接触面 工件为目标面 点面接触 00132210JAN20006 9 当一个物体的面穿透另一个物体的面时 使用面面接触算法 面面接触是完全对称的 因此接触面与目标面的选择是任意的 对于面面接触 需要用节点组元和PART号来定义接触面和目标面 节点可以从属于多个接触面 面面接触是一种通用算法 通常用于在已知的接触对象是较大的面时 面面接触算法自动记录所有的接触反作用力到ASCIIrcforc文件中 有效的接触类型有STS OSTS ASTS ROTR TDSS TSTS ESTS FSTS FOSS 面面接触 00132210JAN20006 10 自动与普通接触 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两种接触类型中的壳元接触力按照如下方法计算 00132210JAN20006 11 侵蚀接触 当单元可能失效时用这种接触 侵蚀接触的目的是保证在模型外部的单元失效被删除后 剩下的单元依然能够考虑接触 00132210JAN20006 12 Contactofthekneesagainstthedashboard 刚体接触 接触RNTR和ROTR与NTS和OSTS类似 除了后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 这些通常用于多刚体动力学 变形体与刚体之间的接触必须用automatic或erodingcontacts 00132210JAN20006 13 边 边接触 edgecontact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 00132210JAN20006 14 固连接触 接触被粘在一起 当网格彼此不匹配时 可以使用 TDNS TDSS TSTS TNTS 经常用于销栓连接 当使用固连失效时 TSTS TNTS 达到以下条件时固连就失效 tied fn fs 00132210JAN20006 15 F Ffriction Fbending Depthofdrawbead 拉延筋 Drawbead 接触 Drawbeadcontact通常用于板料成型 用于约束板料的运动 在类似冲压的板料成型过程中 通常会出现工件与模具之间失去接触 如起皱 Drawbeadcontact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 00132210JAN20006 16 钣金成形类接触 成型接触选项 formingnodetosurface FNTS formingsurfacetosurface FSTS 和formingone waysurfacetosurface FOSS 是钣金成形分析中首选的类型 对于这些接触选项 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模具无需网格贯通 因此减小接触定义的复杂性 模具网格的方向必须一致 成型接触选项基于自动接触类型 因此功能十分强大 00132210JAN20006 17 接触面定义 在ANSYS LS DYNA中用4个基本步骤来定义接触 Step1 选择适合的接触类型Step2 标定接触实体 对于单面接触不需要 Step3 指定需要的额外参数Step4 指定高级接触控制 STEP1 决定接触选项在ANSYS LS DYNA中有大量的接触类型来定义面面之间的相互作用 要定义特定应用的接触选项 参考ANSYS LS DYNA用户指南与本章中的描述 对于大多数分析 建议使用automaticgeneral AG nodestosurface NTS 和surfacetosurface STS 接触选项 00132210JAN20006 18 接触面定义 Step2 STEP2 定义接触实体除了单面接触 ASSC AG SS ESS andSE 所有的ANSYS LS DYNA接触选项要求定义接触和目标面 定义接触与目标面有两种方法 1 指定节点组元 CMcommand 2 指定PartIDs1 要常见接触定义中需要的节点组元 首先选择接触面 然后将面上的节点定义为组元 UtilityMenu Select Entities UtilityMenu Select Comp Assembly CreateComponent 00132210JAN20006 19 接触面定义 Step2 续 2 要创建接触定义中使用的PartID s 首先用EDPART CREATE创建PART 在创建完节点组元和PART号后 用EDCGEN命令定义接触 Preprocessor LS DYNAOptns PartOptions 00132210JAN20006 20 接触面定义 Step2 续 EDCGEN命令自动在接触面与目标面之间生成接触 Preprocessor LS DYNAOptions Contact DefineContact 首先选择接触类型与相关选项然后指定摩擦系数对于面面接触与节点 面接触 会出现另一个对话框 然后定义CONTACT和TARGET面 对于单面接触选项 不会出现第二个对话框 因为不需要定义接触面与目标面 00132210JAN20006 21 接触面定义 Step2 续 STEP2 续 关于摩擦系数参数与ANSYS隐式相比 ANSYS LS DYNA中摩擦的定义灵活地多 摩擦系数可以取决于速度 可以为总的摩擦力设置一个限制值 在ANSYS LS DYNA中 摩擦系数 mc如下定义 mc md ms md e DC v 式中 ms 静态摩擦系数 md 动态摩擦系数 v 接触面之间的相对速度 DC 指数衰减系数 当DC或v 0 mc ms最大摩擦力 Flim 可以通过粘性摩擦系数VC与接触面的面积乘积进行限制 Flim VCAsegment摩擦系数限制经常用于接触会引起塑性流动的应用中 建议VC 1 732ss ss是接触材料的剪切屈服应力 00132210JAN20006 22 接触面定义 Step2 续 为了避免接触中不必要的振荡 可以使用接触阻尼系数VDC在接触面垂直方向施加阻尼 VDC使实际频率转换为临界频率的百分比 如20 则VDC输入值应为20 x VDCxcrit VDC 2mw 其中m是接触主面的质量 w自然频率 VDC常用于钣金成形分析中消除振荡 所有摩擦参数 ms md DC VC andVDC 可直接由EDCGEN命令输入 00132210JAN20006 23 接触面定义 Step3 STEP3 指定其它参数对于一些特殊的接触种类 需要输入EDCGEN中的V1 V4参数 下面的表总结了每种类别需要的额外输入 每个额外值直接以接触 目标组元或PART号输入 00132210JAN20006 24 列表与删除接触 由于不创建接触单元 在求解之前非常有必要列出定义的接触面来确保接触已经正确地定义 用EDCLIST命令列出接触实体 Preprocessor LS DYNAOptions Contact ListEntities 所有定义的接触实体连同指定的摩擦系数可以自动的列出 注意到每种接触定义有一个参考号 00132210JAN20006 25 列表与删除接触 续 如果确认接触面的定义不正确 可以使用EDCDELE命令方便地删除接触当使用EDCDELE命令时 必须指定接触选项和接触 目标组元或PART Preprocessor LS DYNAOptions Contact DeleteEntities ContactoptionContactcomponentTargetcomponent 00132210JAN20006 26 Contact 1 Contact 2 Contact 3 画接触面 使用接触定义号以及EDPC命令画接触对用EDCLIST命令列出接触 然后用接触参考号和EDPC命令画出接触对指定接触界面识别号 00132210JAN20006 27 高级接触控制选项 Step4 一旦定义了模型中面与面之间的接触 在ANSYS LS DYNA中有几个高级选项控制接触 几乎所有的高级接触选项由EDCONTACT命令控制 主要有以下几项 Option1 ControllingthecontactsearchmethodOption2 ControllingcontactdepthOption3 ControllingcontactstiffnessOption4 Contactsurfacebirthanddeathtimes EDCGENcommand Option1 控制接触搜索方法在ANSYS LS DYNA中 有2种接触搜寻方式 a 网格连贯性搜索 defaultforNTS OSTS TSTS TNTS TDNS b 块方法 defaultforallothertypes 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 00132210JAN20006 28 高级接触控制选项1 meshconnectivity方法非常快 但要求接触面的网格是连续的在bucketsort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bucketsort算法功能十分强大 但是在某种程度上比meshconnectivitytracking要慢 尤其针对大模型 因为许多模型含有不连续的网格 因此最好使用EDCONTACT命令的SHTK域将接触算法设置为bucketsortmethod Preprocessor LS DYNAOptions Contact AdvancedControls 00132210JAN20006 29 高级接触控制选项2 Option2 控制接触深度对于STS NTS 和OSTS的普通选项 ANSYS LS DYNA假定搜索的接触深度为1010 当接触节点穿过目标面时 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域 Preprocessor LS DYNAOptions Contact AdvancedControls 通过设置小穿透检查为ON 程序将根据目标段的厚度搜索接触深度 00132210JAN20006 30 高级接触控制选项3 Option3 控制接触刚度在ANSYS LS DYNA中penaltymethod被用来计算接触力 在penaltymethod中 一个弹簧被防在两个物体之间 其间的接触力由下式给出 理想情况下 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 从而导致数值不稳定 ANSYS LS DYNA在材料参数的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 d F 00132210JAN20006 31 高级接触控制选项3 continued 但是 接触刚度可以用一个比例因子SFSI进行改变 进一步调整ANSYS LS DYNA的计算刚度 kcalc k SFSIkcalcSFSI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 一般在侵蚀接触分析中增加SFSI 为了控制接触刚度 EDCONTACT的SFSI域应该如下方式用 Preprocessor LS DYNAOptions Contact AdvancedControls 建议SFSI不要超过1 0 00132210JAN20006 32 由于不匹配 有5种不同的选项来控制接触刚度 1 使用接触和目标刚度中的较小值2 使用目标面值3 使用接触面值4 使用面或质量加权接触值5 使用与壳厚度成反比的从属值 通常建议不使用 高级接触控制选项3 continued 当确定缺省接触刚度时 ANSYS LS DYNA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 当由于接触刚度不匹配而产生问题时 接触与目标面的接触刚度可以由ANSYS LS DYNA调整到比较相近 接触刚度的调节可以用EDCONTACT命令的PENO完成 Preprocessor LS DYNAOptions Contact AdvancedControls 00132210JAN20006 33 高级接触控制选项4 Option4 接触面生死 有效 失效 时间在一些应用中 确定面面之间接触发生的特定时间往往很重要 ANSYS LS DYNA允许用户定义接触的生死时间 在指定的有效时间内 定义的接触面处于有效状态 直到失效时间接触面的生死用EDCGEN命令的BTIME和DTIME域进行控制 00132210JAN20006 34 接触使用注意事项 接触面之间的初始穿透不允许 如果ANSYS LS DYNA检查到面之间有初始穿透 将自动将重合的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 如果一个分析在开始运行后很快地发散 下面的ASCII输出文件可以用来检查是否是接触出现了问题 GLSTAT 总能量分布MATSUM PARTID对应的能量SLEOUT 接触能量输出 00132210JAN20006 35 练习 具有初速度物体撞击平板 此练习见卷IIE6 1页 一具有初速度的箱体撞击刚性墙 采用LS DYNAnodes to surface接触算法