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Ansys LS-Dyna中的接触类型及其使用方法

2017年04月22日 CAE 阅读 16,653 views 次

在Ansys LS-Dyna中有单面接触、点面接触和面面接触3种接触面处理算法。一个接触集合为具有特别相似特性的接触类型的集合,在LS-DYNA中有通用、自动、刚体、固连、固连失效、侵蚀、边、拉延筋、成形9种集合。各接触算法、接触类型几何及其对应的定义命令如下表所示。

1、单面接触 (SS、 ASSC、AG、ASS2D、ESS、SE )

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,检查是否相互发生穿透。由于所有的外表面都在搜索范围内,因此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。

2、点面接触 ( NTS, ANTS, RNTR, TDNS, TNTS, ENTS, DRAWBEAD, FNTS )

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。点面接触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:

(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。

对于Dawbead接触,压延筋总是节点接触面,工件为目标面。

3、面面接触( STS, OSTS, ASTS, ROTR, TDSS, TSTS, ESTS, FSTS, FOSS, TSES )

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,通常用于处理物体之间有大量相对滑动,比如块状物体在平板上滑动,球在槽内滑动的问题。

4、自动(ASSC, AG, ASS2D, ANTS, ASTS)和通用(SS, NTS, STS, OSTS)接触

自动接触与通用接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同,通用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。

在接触分析中,由于问题的复杂性,判断接触发生的方向有时是很困难的,因此分析中应尽量使用自动接触(不需要人工干预接触方向),但当面的方向在整个分析过程中都能确定的情况下,非自动接触类型是非常有效的。

5、侵蚀接触(ESS, ENTS, ESTS)

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。它只能用于实体单元表面发生失效贯穿问题等,当使用侵蚀接触时,对称平面选项(V1)、内/外节点侵蚀选项(V2)和相邻材料处理选项(V3)都必须在EDCGEN中定义。

6、刚体接触(RNTR, ROTR)

刚性体接触与普通接触NTS和OSTS大致相同,区别在于它采用了一条用户定义的力-挠度曲线,而不是线性刚度来防止穿透。这种类型的接触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eroding contacts。

7、边边接触(SE)

边边接触用于壳单元的法线与碰撞方向正交时。边边接触常用于薄板成形中,它们的表面与撞击方向相垂直。

8、固连接触(TDNS, TDSS, TSES)、固连失效接触(TNTS, TSTS)

固连接触和固连失效接触的接触都被粘在一起,此接触经常用销栓、螺钉等连接。它们的区别在于后者仅仅在达到失效准则前,两接触面固连在一起,而发生失效后则允许两表面相对滑动或分离。下图所示为固连与失效之间的关系。

9、压延筋接触(DRAWBEAD)

通常用于板料成形,用于约束板料的运动。在类似冲压的板料成形过程中,通常会出现工件与模具之间失去接触(如起皱)这种接触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。下图所示为压延筋接触的模型图。

10、钣金成形类接触(FNTS、FSTS、FOSS)

成形接触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。成形接触选项基于自动接触类型,功能十分强大。

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