LS-DYNA中的接觸問題(五)(接觸參數)


本文翻譯自官方文檔,原文鏈接:

https://www.dynasupport.com/tutorial/ls-dyna-users-guide/contact-modeling-in-ls-dyna


5.罰函數縮放系數

? ? ? ?參數選項為:SFS 和 SFM (card 3,?*CONTACT_option)

? ? ? ?所謂罰函數縮放系數可以用來增加或降低接觸剛度。關鍵字*CONTROL_CONTACT中的SLSFAC可以縮放模型中所有基于罰函數并且SOFT設置為0或2的接觸的剛度。SLSFAC 需要和SFS共同使用,也就是說實際的縮放系數為SLSFAC 和SFS的乘積。從面罰函數系數SFS和主面罰函數系數SFM都在關鍵字*CONTACT的卡3中設置。若在關鍵字*PART_CONTACT中設置了參數SSF,則實際縮放系數為SSF和前述縮放系數的乘積。對于設置為SOFT = 1的接觸而言,前述這些縮放系數不會起到作用,設置卡A中的?SOFSCL參數用來縮放其接觸剛度。(SOFT是關鍵字*CONTACT的設置卡A中的第一個參數)

6.罰函數縮放系數的相關建議

? ? ? ?在網格相似、材料相似的接觸中,默認設置(SFS = SFM = 1.0;?SLSFAC = 0.1)即可;在網格和材料不同的接觸中,如果SOFT = 0,那么需要修正相關設置。但是通常我們建議設置SOFT = 1同時保持縮放系數為默認設置。

7.接觸厚度

? ? ? ?參數選項為:SST 和 MST (card 3,?*CONTACT_option)

? ? ? ?用戶可以通過SST和MST來設置接觸厚度,如果保持默認值SST = MST = 0,那么接觸厚度等于*SECTION_SHELL中設置的單元厚度。

8.接觸厚度的相關建議

? ? ? ?有時可以通過修改SST和MST來減小接觸厚度,以消除初始穿透,但與進一步精細化網格相比,這只是一個不太好的替代方案。如果需要調整這兩個參數,我們建議根據實際情況來修改,若設置的數值太小,例如0.1mm,那么可能會出現(xiàn)問題,這是因為接觸厚度用來確定在釋放穿透節(jié)點之前所允許的最大穿透深度。通常情況下,增加接觸厚度可以避免接觸部件太薄所導致的計算失敗的情況。根據經驗,SST和MST不能小于0.6-0.7mm。

? ? ? ?由于修改SST和MST的值會應用到整個模型中的所有接觸中,所以需要更謹慎的情況下,我們最好在關鍵字*PART_CONTACT中通過OPTT 或 SFT參數單獨對某一部件的接觸進行定義,尤其是在many parts of widely ranging thickness are included in a single contact這種情況下。

9.接觸厚度縮放系數

? ? ? ?參數選項為:SFST 和 SFMT, card 3,?*CONTACT_option)?

? ? ? ?除了直接修改接觸厚度以外,我們還可以利用SFST 和(或) SFMT作為縮放系數來修改接觸厚度。在關鍵字*SECTION_SHELL中,縮放系數和殼單元厚度相乘可得接觸厚度,默認值均為1.0。

10.接觸厚度縮放系數的相關建議

? ? ? ?相關建議內容已經上述第8節(jié),但還是要特別強調設置縮放系數時不要使接觸厚度小于0.6-0.7mm。

11. 粘性阻尼

? ? ? ?參數選項為:V DC (Card 2,*CONTACT_option)

? ? ? ?該參數默認為0。最初,接觸粘性阻尼用來抑制金屬成型模擬中接觸面法向震蕩,目前我們發(fā)現(xiàn)粘性阻尼對于碰撞和沖擊問題中的高頻震蕩也有很好的抑制作用。

12.粘性阻尼的相關建議

? ? ? ?在有泡沫和蜂窩等軟材料參與的接觸中,經常會由于震蕩而出現(xiàn)計算不穩(wěn)定的情況。使用40-60的V DC (對應于40%-60%的臨界阻尼)可以提高模型計算的穩(wěn)定性,但這種情況下還應降低時間步縮放系數。通常若參與接觸的為材料相近的金屬材料,那么可以選取較低的值,例如20。

13.接觸面擴展

? ? ? ?參數選項為:MAXPAR (Optional Card A ,?*CONTACT?option)

? ? ? ?這一參數用來增大接觸面以彌補基于面段投影的接觸的固有缺陷。自950d版本開始,除了*AUTOMATIC_GENERAL,這一參數不再用于自動接觸選項中。

? ? ? ?下圖所示為從中面投影形成面段的情形??梢钥吹皆谕馔沟拿娴慕锹涑霈F(xiàn)了一個開放的空間或者成為間隙,從節(jié)點可以從這里進入接觸面而不會被檢測到穿透。這種從節(jié)點突然穿過間隙導致的穿透會導致接觸不穩(wěn)定,接觸能為負等問題。為了解決這一問題,程序將接觸面自動沿接觸面平面的方向進行了少量的擴展(同樣還是沿接觸面的法向投影而來),從而可以填充間隙。


利用 MAXPAR選項的接觸面擴展,這一方法在自動接觸中已經被淘汰。

14. 接觸面擴展的相關建議

? ? ? ?MAXPAR的默認值1.025適用于大部分接觸問題,這是因為大部分薄片狀的金屬部件的厚度都不超過3-4mm。但是當接觸中出現(xiàn)非常厚的部件(5-10mm)或者有棱角的面時,計算可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。這種不穩(wěn)定可以通過降低接觸厚度來解決,也可以通過增加接觸面擴展系數MAXPAR(最高不可高于1.2),將有棱角的面進一步細化網格也可以起到作用。與默認值相比,修改后的MAXPAR會消耗相對較多的計算成本。

15.桶排序頻率(Bucket-Sort Frequency)

? ? ? ?參數選項為:BSORT (Optional Card A ,?*CONTACT?), NSBCS, (Card 2,?*CONTROL_CONTACT)

? ? ? ?桶排序是一種非常有效的識別給定從節(jié)點對應的潛在主面的接觸搜尋方法。但是這種方法在接觸算法中是計算成本相對較高的一部分,所以為了降低計算時間,應盡量次數最少地運行桶排序的次數。如果考慮了厚度偏置,那么所用接觸中都會使用桶排序來追蹤可能的接觸面。BSORT選項可以指定兩個桶排序計算之間的時間步數量。根據接觸類型的不同,默認的桶排序間隔為10-100次循環(huán)。除了高速沖擊模擬外,默認值已經是足夠使用的了。當節(jié)點在短時間內移動于不連續(xù)的面或接觸面自我折疊時,應提高桶排序計算頻率,也就是降低BSORT的值。如果兩個簡單連接的光滑表面相互移動并且沒有折疊(此句存疑),那么以較大間隔運行桶排序算法。需要注意的是如果兩個面之間的距離遠遠大于面段寬度的數倍,程序將不會存儲有關未來將會發(fā)生的接觸的相關信息,之后會運行桶排序來提取接觸信息。一旦某一從節(jié)點開始接觸,局部搜尋為追蹤到這一動作,此時對已經開始接觸的這一節(jié)點進行桶排序運算就是不必要的了。

16.?桶排序頻率的相關建議

? ? ? ?在某些部件以很快速度相互接近的接觸問題,例如氣囊問題中,比默認值更頻繁的桶排序算法對接觸計算很有幫助。桶排序頻率較低的一個標志是接觸計算莫名其妙地繞過了某些穿透節(jié)點。在這種情況下,用戶可以在*CONTACT中修改?BSORT或者在*CONTROL_CONTACT中修改NSBCS以降低桶排序計算間隔。很少會用到小于10的參數值。

17.最大穿透深度

? ? ? ?參數選項為:PENMAX (Optional card B ,?*CONTROL_CONTACT), XPENE (Card 2,?*CONTROL_CONTACT)

? ? ? ?為了避免計算的不穩(wěn)定,程序會釋放出現(xiàn)較大穿透的從節(jié)點,但是這些從節(jié)點仍然會參與其他計算過程。(設置最大穿透深度的目的)是為了使與最大穿透深度成比例的較大的接觸力不會作用于那些可能會導致計算不穩(wěn)定出現(xiàn)的節(jié)點上(即穿透較深的節(jié)點-注)。對于那些為了避免由于節(jié)點穿過殼中面而導致接觸力方向突然翻轉這一情況發(fā)生而考慮厚度偏置的接觸類型來說,這一選項也是很有必要的。

? ? ? ?對于SHLTHK = 0的非自動接觸類型,最大穿透深度為1e + 20,也就是不會有任何一個節(jié)點被釋放。當SHLTHK = 1 或 2時,XPENE參數給出了釋放節(jié)點的準則如下:

? ? ? ?Max Distance (Solids) = XPENE (default=4.0)*(thickness of the solid element), SHLTHK = 1

? ? ? ?Max Distance (Solids) = 0.05 * (thickness of the solid element), SHLTHK = 2

? ? ? ?Max Distance (Shells) = XPENE (default=4.0) * (thickness of shell element), SHLTHK = 1

? ? ? ?Max Distance (Shells) = 0.05 * (minimum diagonal length), SHLTHK = 2

? ? ? ?在自動接觸和單面接觸中,除了AUTOMATIC GENERAL,最大穿透深度是PENMA的函數,默認值為0.4:

? ? ? ?Max Distance = PENMAX * (thickness of the solid)

? ? ? ?Max Distance = PENMAX * (slave thickness + master thickness)

? ? ? ?對于AUTOMATIC GENERAL,PENMAX默認值為200,沒有節(jié)點會被釋放。

18.最大穿透深度的相關建議

? ? ? ?我們建議使用默認值,如果出現(xiàn)了穿透較深并被釋放的節(jié)點,首選方案應是增加接觸剛度,改變罰函數算法(SOFT)或增加接觸厚度。

(未完待續(xù))

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