LS-Dyna接触算法介绍
LS-Dyna常用的接触算法有三种: 动力约束法、分配参数法、对称罚函数法(缺省的方法) 。
1 动力约束法
动力约束法是最早采用的接触算法,1976 年最先用于 DYNA2D 程序,后来用于DYNA3D 程序。它的原理是:在每一时步修正构形前,检查从节点是否贯穿主表面,并调整时间步大小,使那些贯穿从节点都不贯穿主表面,对所有已经和主表面接触的从节点施加约束条件,保持从节点与主表面接触,另外检查与主表面接触的从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节点脱离主表面。由于该算法比较复杂,目前仅用于固连接触,即只有约束条件,没有释放条件。
2 分配参数法
该算法仅用于有相对滑动没有分离的滑动处理,如炸药爆炸的气体对结构的压力作用。其原理是:将每一个正在接触的从单元一半质量分配到被接触的主表面面积上,同时由每个从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,然后对从节点的加速度和速度施加约束,保证从节点沿主表面运动,程序不允许从节点穿透主表面,从而避免反弹,该方法主要用于滑动接触方式。
3 对称罚函数法
对称罚函数法是 LS-DYNA 的缺省算法,1982 年开始用于 DYNA2D 程序,后扩充到DYNA3D 程序。其原理是:每一时步先检查各从节点是否穿透主表面,没有穿透则不对该从节点做任何处理。如果穿透,则在该从节点与主表面间,主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。其物理意义相当于在其中放置一系列法向弹簧,限制穿透。如下图所示:
接触力由下面公式计算:
F = Kd
K = 接触界面刚度(接触界面刚度由单元尺寸和材料特性确定)
d = 穿透量
该接触算法方法简单,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 的缺省算法。
参考文献
【1】 赵海鸥 邵仁兴, LS-DYNA 动力分析指南, 机械工业出版社