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LS-Dyna中接触刚度的计算方法

2020年03月15日 CAE 阅读 4,094 views 次

对于接触的处理,在从节点和最近的主段之间添加线性弹簧表示,这些弹簧的刚度决定了从节点和主节点之间的力。目前有两种计算接触弹簧刚度的方法,下面简要讨论。

1、罚函数法(Penalty-base Approach,*CONTACT选项卡A中的SOFT = 0)

该算法是LS-DYNA计算接触刚度的缺省方法。它利用接触段的尺寸与其材料特性来确定接触刚度。当两个接触面的材料刚度参数相差不大时,该方法是很有效的。但当两个接触面的材料刚度相差很大时,由于接触刚度采用主、从面中较小的刚度,而使接触失效。例如,在软的泡沫与金属材料接触的时候。因此对于碰撞分析不建议使用SOFT=0,除非有先前经验表明此模型没有问题。

接触段刚度的公式如下:

2、约束法(Soft Constraint-basedApproach,*CONTACT中的选项卡A中的SOFT = 1&2)

这种非默认方法根据接触的节点质量和全局的时间步长计算线性接触弹簧的刚度,得到的接触刚度与材料无关,非常适合于处理不同材料之间的接触。通过将节点质量除以时间步长的平方与比例因子来确定稳定性,从而得到刚度。

通常,对于金属之间的接触,SOFT=0或SOFT=1得到的罚刚度类似。对于泡沫与金属接触的情况,选择SOFT=1通常使界面刚度增加一个或两个数量级。对于不同材料接触的冲击分析,建议SPOFT=1。Soft=1与Soft=0算法除刚度计算外,其它考虑是完全一致的。当Soft=1时,采用下式计算接触刚度k(单向接触):

k = max(SLSFAC*SFS*k0, SOFSCL*k1)

其中:k0~根据材料弹性模量与单元尺寸确定的接触刚度;

k1~根据节点之质量与整体时间步长来确定接触刚度。

对于Two-Way型接触,用SFM代替上式中的SFS。

SOFT=2选项使用基于质量和时间步长的惩刚度。SOFT=2调用一个基于段的接触算法,它起源于Belytschko开发的弹球接触。使用这种接触算法,处理的是段之间的接触,而不是处理节点与段的接触。两个4节点段接触时,将力施加到八个节点以抵抗段穿透。这种方法具有更逼真地分布力的效果,并且有时对非常棘手的接触问题也非常有效。该SOFT=2选项可用于SMP和MPP计算。梁的接触不适合SOFT=2, SOFT=2仅适用于面和面的接触、单面接触,而不适用于节点与面的接触。当分段边缘之间接触时可以用SOFT=2并谨慎使用选项卡A上的参数EDGE。

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