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Hyperworks/RADIOSS中的接触和接触穿透问题解决方法
在涉及不同部件接触的问题中,如果没有正确地定义接触,可能会出现部件穿透等不符合物理现象的过程。因此如何合理地设置接触参数,对接触问题来说是一件非常重要的事情。
1、接触算法
在Hyperworks/RADIOSS中采用罚函数法来处理接触穿透问题。在有限元分析理论中,存在多种处理接触问题的数值方法。而罚函数数值方法,是在求解稳定性、效率、精度等方面综合考虑的时候最理想的方法。因此,很多隐式/显式求解器都把它作为了首选方案。不仅仅是拉格朗日问题,甚至流固耦合问题也在使用罚函数接触算法。
简单来讲,罚函数法就像在从点和主面间加了一个隐形的弹簧,从点一旦进入离主面很近的某个范围(图中天蓝色部分),就会受到这个“隐形弹簧”的作用力从而远离主面。我们把描述这个“隐形弹簧”力与位移的函数称为罚函数。

在RADIOSS求解器中,对于拉格朗日问题,提供两类接触:非线性罚函数接触算法和线性罚函数算法。非线性罚函数算法是RADIOSS求解器独有的。两者之间区别在于,只要设置合理,当使用非线性罚函数法的时候,绝不会产生网格交叉(intersection)。而使用线性罚函数算法时,如果变形剧烈,就有可能会产生网格交叉。从另一方面来说,非线性罚函数法是真正符合物理意义的。

2、接触类型
从数值的实现方法上看,接触的种类包括:节点-面接触、面-面接触、节点-面自接触。

Hyperworks/Radioss中的接触类型有:

TYPE 19非线性罚函数接触算法是2017版本新增的接触类型,在求解初始化过程中,会被自动解析成两个对称的TYPE 7点面接触和一个TYPE 11线线接触。在Radioss中常用的接触类型是TYPE7、TYPE11和TYPE24,下面对这三种接触类型做一个详细的介绍。