R14w筆記本跌落仿真分析一筆記本仿真模型的建立1.1模型的建立1.1.1模型簡(jiǎn)化對(duì)分析結(jié)果無(wú)關(guān)緊要的一些細(xì)節(jié)部分常常使模型相當(dāng)復(fù)雜，在實(shí)體建模時(shí)往往可將這一步略去。在某些情況下，由于一些很小的局部而破壞了整個(gè)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性.有時(shí)可略去這些局部（或?qū)⑺鼈冏鲗?duì)稱處理）以保持對(duì)稱結(jié)構(gòu)，縮小分析的規(guī)模。必須權(quán)衡簡(jiǎn)化模型的利弊（損失精度以減小花費(fèi)）審慎地略去不對(duì)稱部分。在這里還想進(jìn)一步說(shuō)明模型簡(jiǎn)化中一些方法和技巧?！白咏Y(jié)構(gòu)“是將一組有限元壓縮成為一個(gè)用用一個(gè)矩陣表示的超單元.采用子結(jié)構(gòu)的原因有：減少計(jì)算時(shí)間.在非線性分析中，可用子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)的線性部分，以便那部分的單元短陣不必重復(fù)計(jì)算每一個(gè)平衡迭代；對(duì)于有重復(fù)部分的結(jié)構(gòu)分忻,可以生成一個(gè)超單元來(lái)表示這部分圖形、然后拷貝到不同的位置：利用有限的計(jì)算機(jī)資料解決非常大型的問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)分析相對(duì)于計(jì)算機(jī)波前空間或磁盤空間來(lái)說(shuō)太大了、用子結(jié)構(gòu)可使每一部分都滿足計(jì)算機(jī)的要求：“子模型”是為了獲得模型中某一區(qū)域的更精確的解而產(chǎn)生的一種有限元技術(shù)。當(dāng)整個(gè)模型的網(wǎng)格劃分相對(duì)于某一區(qū)域太組時(shí)，可不必重新對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行更紉的劃分，只需對(duì)這一區(qū)域重新劃分。這就大大節(jié)約了時(shí)間和費(fèi)用?！暗刃ЫY(jié)構(gòu)”的概念為：將原來(lái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)用一簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模擬，新結(jié)構(gòu)的材料和幾何特性與原結(jié)構(gòu)有所不同但剛度等效。其等效結(jié)構(gòu)是指那些具有重復(fù)性的均勻結(jié)構(gòu)，如蜂窩結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等。1.1.2單元類型選擇1.2單元類型的選擇Ansys隱式單元ANSYS的單元庫(kù)提供了100多種的單元類型,單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個(gè)單元上,通常采用以下方法。一般來(lái)說(shuō)，按“桿梁殼體”單元順序，只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度，則只要有公共節(jié)點(diǎn)即可，不需要約束方程，否則需要耦合自由度與約事方程。例如：（1）桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可，不需要約束方程。（2）梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)即可，也不需要約束寫約束方程；殼梁自由度數(shù)目相同，自由度也相同，盡管殼的rotz是虛的自由度，也不妨礙二者之間的關(guān)系，這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。（3）梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)，然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。（4）殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)，然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。上面所述的不同單元之間的接連方法主要是用耦合自由度和約束方程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，有一定的局限性，只適用于小位移，下面介紹一種支持大位移算法的方法，MPC法。MPC即MultipointConstraint，多點(diǎn)約束方程，其原理與前面所說(shuō)的方程的技術(shù)幾乎一致，將不連續(xù)、自由度不協(xié)調(diào)的單元網(wǎng)格連接起來(lái)，不需要連接邊界上的節(jié)點(diǎn)完全一一對(duì)應(yīng)。MPC能夠連接的模型一般有以下幾種。solid模型-solid模型shell模型-shell模型solid模型-shell模型solid模型-beam模型shell模型-beam模型在ANSYS中，實(shí)現(xiàn)上述MPC技術(shù)有三種途徑。（1）通過(guò)MPC184單元定義模型的剛性或者二力桿連接關(guān)系。定義MPC184單元模型與定義桿的操作完全一致，而MPC單元的作用可以是剛性桿（三個(gè)自由度的連接關(guān)系）或者剛性梁（六個(gè)自由度的連接關(guān)系）。（2）利用約束方程菜單路徑MainMenu>preprocessor>Coupling/Ceqn>shell/solidInterface創(chuàng)建殼與實(shí)體模型之間的裝配關(guān)系。（3）利用ANSYS接觸向?qū)Чδ芏x模型之間的裝配關(guān)系。選擇菜單路徑MainMenu>preprocessor>Modeling>Creat>ContactPair，彈出一序列的接觸向?qū)?duì)話框，按照提示進(jìn)行操作，在創(chuàng)建接觸對(duì)前，單擊Optionalsetting按鈕彈出Contactproperties對(duì)話框，將Basic選項(xiàng)卡中的Contactalgorithm即接觸算法設(shè)置為MPCalgorithmo或者，在定義完接觸對(duì)后，再將接觸算法修改為MPCalgorithm，就相當(dāng)于定義MPC多點(diǎn)約束關(guān)系進(jìn)行多點(diǎn)約束算法。單元類型的選擇問(wèn)題初學(xué)ANSYS的人，通常會(huì)被ANSYS所提供的眾多紛繁復(fù)雜的單元類型弄花了眼，如何選擇正確的單元類型，也是新手學(xué)習(xí)時(shí)很頭疼的問(wèn)題。單元類型的選擇，跟要解決的問(wèn)題本身密切相關(guān)。在選擇單元類型前，首先要對(duì)問(wèn)題本身有非常明確的認(rèn)識(shí)，然后，對(duì)于每一種單元類型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有多少個(gè)自由度，它包含哪些特性，能夠在哪些條件下使用，在ANSYS的幫助文檔中都有非常詳細(xì)的描述，要結(jié)合自己的問(wèn)題，對(duì)照幫助文檔里面的單元描述來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)膯卧愋汀?.該選桿單元（Link）還是梁?jiǎn)卧˙eam）?這個(gè)比較容易理解。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力，桿單元不能承受彎矩，這是桿單元的基本特點(diǎn)。梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)t既可以承受拉，壓，還可以承受彎矩。如果的結(jié)構(gòu)中要承受彎矩，肯定不能選桿單元。對(duì)于梁?jiǎn)卧?，常用的有beam3,beam4,beam188這三種，他們的區(qū)別在于：1）beam3是2D的梁?jiǎn)卧荒芙鉀Q2維的問(wèn)題。2）beam4是3D的梁?jiǎn)卧?，可以解決3維的空間梁?jiǎn)栴}。3）beam188是3D梁?jiǎn)卧梢愿鶕?jù)需要自定義梁的截面形狀。對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，是選實(shí)體單元還是殼單元？對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，最好是選用shell單元，shell單元可以減少計(jì)算量，如果非要用實(shí)體單元，也是可以的，但是這樣計(jì)算量就大大增加了。而且，如果選實(shí)體單元，薄壁結(jié)構(gòu)承受彎矩的時(shí)候，如果在厚度方向的單元層數(shù)太少，有時(shí)候計(jì)算結(jié)果誤差比較大，反而不如shell單元計(jì)算準(zhǔn)確。實(shí)際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節(jié)點(diǎn)的shell單元（可以退化為三角形），shell93是帶中間節(jié)點(diǎn)的四邊形shell單元（可以退化為三角形）,shell93單元由于帶有中間節(jié)點(diǎn)，計(jì)算精度比shell63更高，但是由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目比shell63多，計(jì)算量會(huì)增大。對(duì)于一般的問(wèn)題，選用shell63就足夠了。除了shell63,shell93之外，還有很多其他的shell單元，譬如shell91,shell131，shell163等等，這些單元有的是用于多層鋪層材料的，有的是用于結(jié)構(gòu)顯示動(dòng)力學(xué)分析的，一般新手很少涉及到。通常情況下，shell63單元就夠用了。實(shí)體單元的選擇。實(shí)體單元類型也比較多，實(shí)體單元也是實(shí)際工程中使用最多的單元類型。常用的實(shí)體單元類型有solid45,solid92,solid185,solid187這幾種。其中把solid45,solid185可以歸為第一類，他們都是六面體單元，都可以退化為四面體和棱柱體，單元的主要功能基本相同,（SOLID185還可以用于不可壓縮超彈性材料）。Solid92,solid187可以歸為第二類，他們都是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元，單元的主要功能基本相同。實(shí)際選用單元類型的時(shí)候，到底是選擇第一類還是選擇第二類呢？也就是到底是選用六面體還是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體呢？如果所分析的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以很方便的全部劃分為六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含有少量四面體和棱柱體，此時(shí)，應(yīng)該選用第一類單元，也就是選用六面體單元；如果所分析的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以劃分出六面體，應(yīng)該選用第二類單元，也就是帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元。新手最容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是選用了第一類單元類型（六面體單元），但是，在劃分網(wǎng)格的時(shí)候，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，六面體劃分不出來(lái)，單元全部被劃分成了四面體，也就是退化的六面體單元，這種情況，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果的精度是非常糟糕的，有時(shí)候即使把單元?jiǎng)澐值暮芗?xì)，計(jì)算精度也很差，這種情況是絕對(duì)要避免的。六面體單元和帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元的計(jì)算精度都是很高的，他們的區(qū)別在于：一個(gè)六面體單元只有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算規(guī)模小，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃分出好的六面體單元，帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元恰好相反，不管結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個(gè)單元有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，總節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多，計(jì)算量會(huì)增大很多。前面把常用的實(shí)體單元類型歸為2類了，對(duì)于同一類型中的單元，應(yīng)該選哪一種呢？通常情況下，同一個(gè)類型中，各種不同的單元，計(jì)算精度幾乎沒(méi)有什么明顯的差別。選取的基本原則是優(yōu)先選用編號(hào)高的單元。比如第一類中，應(yīng)該優(yōu)先選用solid185。第二類里面應(yīng)該優(yōu)先選用solid187。ANSYS的單元類型是在不斷發(fā)展和改進(jìn)的，同樣功能的單元，編號(hào)大的往往意味著在某些方面有優(yōu)化或者增強(qiáng)。對(duì)于實(shí)體單元，總結(jié)起來(lái)就一句話:復(fù)雜的結(jié)構(gòu)用帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體，優(yōu)選solid187，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)用六面體單元，優(yōu)選solid185。顯式動(dòng)力單元ANSYS/LS-DYNA給出7種單元類型:LINK160:顯式pin-jointed桁架單元（similartoLINK8）BEAM161:顯式梁?jiǎn)卧╯imilartoBEAM4）SHELL163:顯式薄殼單元（similartoSHELL181）SOLID164:顯式塊單元（similartoSOLID45）COMBI165:顯式彈簧與阻尼單元⑸milartoCOMBIN14）MASS166:顯式結(jié)構(gòu)質(zhì)量⑸milartoMASS21）LINK167:顯式纜單元⑸milartoLINK10）所有顯式動(dòng)力單元為三維的顯式單元族在以下方面與ANSYS隱式單元明顯不同：（參見KEYWORD手冊(cè)）每種單元可用于多種材料模型.在ANSYS隱式分析中,不同的單元類型僅僅適用于特定的材料類型，如超彈材料（HYPER56,58,and74）和粘塑性材料（VISCO106and108）.每種單元類型有幾種不同算法.如果ANSYS隱式單元有多種算法，則具有多個(gè)單元名稱（如SHELL43和63）.在ANSYS/LS-DYNA中，每中單元類型可以具有多種算法，如SHELL163有11種.所有顯式動(dòng)力單元具有一次線性位移函數(shù).目前尚沒(méi)有具有二次位移函數(shù)的高階單元.每種顯式動(dòng)力單元缺省為單點(diǎn)積分.不具備帶額外形函數(shù)和中間節(jié)點(diǎn)的單元以及P單元.1.3材料模型的選擇ANSYS/LS-DYNA包括40多種材料模型，它們可以表示廣泛的材料特性，可用材料如下所示。本章后面將詳細(xì)敘述材料模型和使用步驟。對(duì)于每種材料模型的詳細(xì)信息，請(qǐng)參看AppendixB,MaterialModelExamples或《LS/DYNATheoreticalManual》的第十六章（括號(hào)內(nèi)將列出與每種模型相對(duì)應(yīng)的LS-DYNA材料號(hào)）。線彈性模型?各向同性（#1）?正交各向異性（#2）?各向異性（#2）?彈性流體（#1）非線彈性模型?Blatz-koRubber（#7）?Mooney-RivlinRubber（#27）?粘彈性（#6）非線性無(wú)彈性模型?雙線性各向同性（#3）?與溫度有關(guān)的雙線性各向同性（#4）?橫向各向異性彈塑性（#37）?橫向各向異性FLD（#39）?隨動(dòng)雙線性（#3）?隨動(dòng)塑性（#3）?3參數(shù)Barlat（#36）?Barlat各向異性塑性（#33）?與應(yīng)變率相關(guān)的冪函數(shù)塑性（#64）?應(yīng)變率相關(guān)塑性（#19）?復(fù)合材料破壞（#22）?混凝土破壞（#72）?分段線性塑性（#24）?冪函數(shù)塑性（#18）壓力相關(guān)塑性模型?彈-塑性流體動(dòng)力學(xué)（#10）?地質(zhì)帽蓋材料模型（#25）泡沫模型?閉合多孔泡沫（#53）?粘性泡沫（#62）?低密度泡沫（#57）?可壓縮泡沫（#63）?Honeycomb（#26）需要狀態(tài)方程的模型?Bamman塑性（#51）?Johnson-Cook塑性（#15）?空材料（#9）?Zerilli-Armstrong（#65）?Steinberg（#11）離散單元模型?線彈性彈簧?普通非線性彈簧?非線性彈性彈簧?彈塑性彈簧?非彈性拉伸或僅壓縮彈簧?麥克斯韋粘性彈簧?線粘性阻尼器?非線粘性阻尼器?索（纜）（#71）剛性體模型?剛體（#20）1.4網(wǎng)格的劃分劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問(wèn)題較多，需要的工作量較大所劃分的網(wǎng)格形式對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。為建立正確、合理的有限元模型，這里介紹劃分網(wǎng)格時(shí)應(yīng)考慮的一些基本原則。網(wǎng)格數(shù)量網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一般來(lái)講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡兩個(gè)因素綜合考慮。在決定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型。在靜力分析時(shí)，如果僅僅是計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，網(wǎng)格數(shù)量可以少一些。如果需要計(jì)算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對(duì)較多的網(wǎng)格。同樣在響應(yīng)計(jì)算中，計(jì)算應(yīng)力響應(yīng)所取的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)比計(jì)算位移響應(yīng)多。在計(jì)算結(jié)構(gòu)固有動(dòng)力特性時(shí)，若僅僅是計(jì)算少數(shù)低階模態(tài)，可以選擇較少的網(wǎng)格，如果計(jì)算的模態(tài)階次較高，則應(yīng)選擇較多的網(wǎng)格。在熱分析中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度梯度不大，不需要大量的內(nèi)部單元，時(shí)可劃分較少的網(wǎng)格。2.網(wǎng)格疏密網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)。在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位（如應(yīng)力集中處），為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。而在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對(duì)稀疏的網(wǎng)格。這樣，整個(gè)結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式。劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析（包括靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力），而計(jì)算固有特性時(shí)則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式。這是因?yàn)楣逃蓄l率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布，不存在類似應(yīng)力集中的現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格可使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大，可減小數(shù)值計(jì)算誤差。同樣，在結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算中也趨于采用均勻網(wǎng)格。3.單元階次許多單元都具有線性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的單元稱為高階單元。選用高階單元可提高計(jì)算精度，因?yàn)楦唠A單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界，且高次插值函數(shù)可更高精度地逼近復(fù)雜場(chǎng)函數(shù)，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時(shí)可以選用高階單元。但高階單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，在網(wǎng)格數(shù)量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模要大得多，因此在使用時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮計(jì)算精度和時(shí)間。網(wǎng)格質(zhì)量網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性。質(zhì)量好壞將影響計(jì)算精度。質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂?jì)算。直觀上看，網(wǎng)格各邊或各個(gè)內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過(guò)分扭曲、邊節(jié)點(diǎn)位于邊界等分點(diǎn)附近的網(wǎng)格質(zhì)量較好。網(wǎng)格質(zhì)量可用細(xì)長(zhǎng)比、錐度比、內(nèi)角、翹曲量、拉伸值、邊節(jié)點(diǎn)位置偏差等指標(biāo)度量。劃分網(wǎng)格時(shí)一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達(dá)到某些指標(biāo)要求。在重點(diǎn)研究的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位，應(yīng)保證劃分高質(zhì)量網(wǎng)格，即使是個(gè)別質(zhì)量很差的網(wǎng)格也會(huì)引起很大的局部誤差。而在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。當(dāng)模型中存在質(zhì)量很差的網(wǎng)格（稱為畸形網(wǎng)格）時(shí)，計(jì)算過(guò)程將無(wú)法進(jìn)行。網(wǎng)格分界面和分界點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的一些特殊界面和特殊點(diǎn)應(yīng)分為網(wǎng)格邊界或節(jié)點(diǎn)以便定義材料特性、物理特性、載荷和位移約束條件。即應(yīng)使網(wǎng)格形式滿足邊界條件特點(diǎn)，而不應(yīng)讓邊界條件來(lái)適應(yīng)網(wǎng)格。常見的特殊界面和特殊點(diǎn)有材料分界面、幾何尺寸突變面、分布載荷分界線（點(diǎn)）、集中載荷作用點(diǎn)和位移約束作用點(diǎn)等。位移協(xié)調(diào)性位移協(xié)調(diào)是指單元上的力和力矩能夠通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳遞相鄰單元。為保證位移協(xié)調(diào)，一個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)必須同時(shí)也是相鄰單元的節(jié)點(diǎn)，而不應(yīng)是內(nèi)點(diǎn)或邊界點(diǎn)。相鄰單元的共有節(jié)點(diǎn)具有相同的自由度性質(zhì)。否則，單元之間須用多點(diǎn)約束等式或約束單元進(jìn)行約束處理。網(wǎng)格布局當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀對(duì)稱時(shí)，其網(wǎng)格也應(yīng)劃分對(duì)稱網(wǎng)格，以使模型表現(xiàn)出相應(yīng)的對(duì)稱特性（如集中質(zhì)矩陣對(duì)稱）。不對(duì)稱布局會(huì)引起一定誤差。節(jié)點(diǎn)和單元編號(hào)節(jié)點(diǎn)和單元的編號(hào)影響結(jié)構(gòu)總剛矩陣的帶寬和波前數(shù)，因而影響計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)容量的大小，因此合理的編號(hào)有利于提高計(jì)算速度。但對(duì)復(fù)雜模型和自動(dòng)分網(wǎng)而言，人為確定合理的編號(hào)很困難，目前許多有限元分析軟件自帶有優(yōu)化器，網(wǎng)格劃分后可進(jìn)行帶寬和波前優(yōu)化，從而減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度。1.5約束和載荷施加顯式分析的載荷一般的加載步驟如下：將模型中受載的部分定義為組元或PART(用于剛體的加載)；定義包含時(shí)間和對(duì)應(yīng)荷載數(shù)值的數(shù)組參數(shù)并賦值；(3)通過(guò)上述數(shù)組定義荷載時(shí)間歷程曲線；選擇施加荷載的坐標(biāo)系統(tǒng)(默認(rèn)為在總體直角坐標(biāo)系)；將荷載施加到結(jié)構(gòu)模型特定受載的部分上。在ANSYS/LS-DYNA中，定義或分析顯式分析載荷的GUI操作菜單路徑為：MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>LoadingOptions>SpecifyLoadsMainMenu>Solution>LoadingOptions>SpecifyLoads通過(guò)上述菜單調(diào)出加載對(duì)話框，在其中依次輸入相應(yīng)的參數(shù)，同樣可以完成載荷的施加過(guò)程。注意：在ANSYS/LS-DYNA中，上述方式定義的載荷是在一個(gè)載荷步施加的，即直接施加隨著時(shí)間變化的各種動(dòng)力作用到結(jié)構(gòu)的受載部分。不要與ANSYS隱式結(jié)構(gòu)分析中多個(gè)載荷步加載的概念相混淆。施加了顯式分析載荷之后，可以通過(guò)操作顯示或隱藏載荷標(biāo)志，其GUI菜單操作路徑為：MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>LoadingOptions>ShowForces施加初始條件在瞬態(tài)動(dòng)力問(wèn)題中，經(jīng)常需要定義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的初始狀態(tài)，如初始速度等。在ANSYS/LS-DYNA程序中，菜單路徑為：MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>InitialVelocity>OnNodes/PARTsMainMenu>Solution>InitialVelocity>OnNodes/PARTs施加邊界條件在ANSYS/LS-DYNA中，可以定義如下一些類型的邊界條件：★固定邊界條件其菜單操作路徑為：MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>Constraints>Apply>OnNodesMainMenu>Solution>Constraints>Apply>OnNodes在圖形窗口中單擊需要約束的節(jié)點(diǎn)，然后，在彈出的如圖3所示的對(duì)話框中進(jìn)行施加零約束的操作?！锘苹蜓h(huán)對(duì)稱邊界當(dāng)模擬滑移或循環(huán)對(duì)稱的幾何對(duì)象時(shí)，只需建立很小的一個(gè)對(duì)稱部分，這時(shí)就需要定義滑移對(duì)稱邊界。在ANSYS／LS-DYNA中，通過(guò)EDBOUND命令來(lái)施加這種邊界，可以用節(jié)點(diǎn)組元確定邊界或方向矢量來(lái)定義法向或方向（滑移對(duì)稱）或轉(zhuǎn)軸（循環(huán)對(duì)稱）。EDBOUND命令的一般格式為：EDBOUND，Option，Lab，Cname，XC，YC，ZC，Cname2，COPTOption可以為ADD（定義）、DELE（刪除）、LIST（列表顯示）等選項(xiàng)。Lab域可以為SLIDE（滑移對(duì)稱）或CYCL（循環(huán)對(duì)稱）兩個(gè)選項(xiàng)。Cname為要定義此邊界條件的節(jié)點(diǎn)組元名稱。XC，YC，ZC為一組點(diǎn)的坐標(biāo)，從原點(diǎn)指向該點(diǎn)的向量，用來(lái)定義滑移對(duì)稱面的法向或循環(huán)對(duì)稱邊界的轉(zhuǎn)軸方向。Cname2為要定義循環(huán)對(duì)稱邊界（CYCL）的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)組元，僅在CYCL選項(xiàng)時(shí)才使用。COPT為滑移對(duì)稱邊界條件的參數(shù)，0表示節(jié)點(diǎn)在法向平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，1表示節(jié)點(diǎn)僅在向量方向移動(dòng)。本參數(shù)僅在SLIDE選項(xiàng)時(shí)才使用。★無(wú)反射邊界條件模擬地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常要用一個(gè)有限域來(lái)表示地下空間或大塊巖體。對(duì)這類問(wèn)題，為避免邊界處波的反射對(duì)求解域的影響，可以對(duì)有限域表面施加元反射邊界條件來(lái)模擬無(wú)限大空間。無(wú)反射邊界條件通過(guò)邊界表面節(jié)點(diǎn)組元施加，可選擇膨脹和剪切波被吸收等選項(xiàng)，其命令格式如下：EDNB，Option，Cname，AD，ASOption可以為ADD（定義）、DELE（刪除）、LIST（列表顯示）等選項(xiàng)。Cname域表示要定義無(wú)反射邊界的節(jié)點(diǎn)組元。AD為膨脹波的吸收選項(xiàng)，1表示在邊界被吸收。AS為剪切波的吸收選項(xiàng)，1表示在邊界被吸收。注意:在ANSYS/LS-DYNA程序中，無(wú)反射邊界只能施加到實(shí)體單元SOLID164和SOLID168的表面。施加約束條件在ANSYS/LS-DYNA中，程序可以定義如下一些約束條件:★EDCNSTR命令定義的特殊約束在ANSYS/LS-DYNA中，可以通過(guò)EDCNSTR命令模擬各種特殊的約束，如向剛體附加節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)剛性體、薄殼邊界到實(shí)體以及鉚接等。EDCNSTR命令的一般格式為:EDCNSTR，Option，Ctype，Comp1，Comp2，VAl1Option域可為ADD（定義）、DELE（刪除）、LIST（列表）等選項(xiàng)。Ctype域?yàn)榧s束類型選項(xiàng):ENS——向已有剛體（通過(guò)EDMP定義的）上附加節(jié)點(diǎn)；NRB——節(jié)點(diǎn)剛性體（模擬節(jié)點(diǎn)處的剛性連接）；STS——薄殼邊界到實(shí)體；RIVET——無(wú)質(zhì)量鉚接。Comp1域?yàn)橐粋€(gè)已有的剛體部件號(hào)。Comp2域?yàn)橐cComp1剛體部件連接的節(jié)點(diǎn)組元名稱。VAL1域?yàn)橛蒃DLCS預(yù)先定義的坐標(biāo)系。NRB選項(xiàng)定義的剛性體是定義于節(jié)點(diǎn)組元之上，實(shí)際定義的是不同可變形（柔性）組元之間的一種剛性連接（理解為節(jié)點(diǎn)剛性體），因此這種節(jié)點(diǎn)剛性體并不是一般意義的剛體，它并不像一般剛體那樣有部件號(hào)，而是只與節(jié)點(diǎn)組元有關(guān)。STS選項(xiàng)定義薄殼單元區(qū)域與結(jié)構(gòu)的實(shí)體部分之間的固連，可以將一個(gè)單獨(dú)的殼節(jié)點(diǎn)與最多9個(gè)實(shí)體節(jié)點(diǎn)相連接。RIVET選項(xiàng)定義兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)質(zhì)量剛性約束，兩節(jié)點(diǎn)間的距離將在分析過(guò)程中保持不變EDCNSTR命令的GUI路徑為：MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>Constraints>Apply>AdditionalNodalMainMenu>Solution>Constraints>Apply>AdditionalNodal★點(diǎn)焊接約束結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部件之間的焊接是一種很普遍的連接方式。在ANSYS/LS-DYNA中通過(guò)EDWELD命令來(lái)模擬部件之間的焊接約束，可以為沒(méi)有質(zhì)量的焊點(diǎn)，也可以為一般的焊接。EDWELD命令的一般格式為：EDWELD，Option，NWELD，N1，N2，SN，SS，EXPN，EXPS，EPSF，TFAIL，NSW，CIDOption域?yàn)锳DD（定義）、DELE（刪除）、LIST（列表）等操作類型選項(xiàng)。NWELD域?yàn)楹附狱c(diǎn)或一般焊接的參考號(hào)。N1和N2可以為元質(zhì)量焊點(diǎn)連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)參考號(hào)，對(duì)于一般的焊接，N1為要定義焊接的節(jié)點(diǎn)組元，N2可不填。SN為點(diǎn)焊的法向破壞應(yīng)力。SS為點(diǎn)焊的切向破壞應(yīng)力。EXPN和EXPS為點(diǎn)焊的失效準(zhǔn)則中法向力和切向力的指數(shù)。于是，點(diǎn)焊的失效準(zhǔn)則可以表述為：（I/I）+（I/l）EXPS三1SEXPNNfSNfSN以下的各參數(shù)僅對(duì)于一般焊接有效：EPSF域?yàn)橐话愫附影l(fā)生延性破壞時(shí)有效塑性應(yīng)變（僅對(duì)一般焊接適用）。TFAIL域?yàn)橐话愫附蛹s束的失效時(shí)間，默認(rèn)設(shè)置為1.0E20。NSW域?yàn)橐话愫附蛹s束所包含的焊點(diǎn)數(shù)目。CID域?yàn)檩敵鰯?shù)據(jù)使用的坐標(biāo)系（必須是通過(guò)EDLCS命令預(yù)先定義的坐標(biāo)系）。EDCNSTR命令的GUI路徑為：MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>Spotweld>MasslessSpotwldMainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>Spotweld>GenrlizdSpotwld★平動(dòng)自由度之間的耦合與約束方程在ANSYS/LS-DYNA中，可以通過(guò)CP系列命令在結(jié)構(gòu)的不同自由度之間定義、修改、刪除、列表顯示耦合關(guān)系，也可通過(guò)CE系列命令在結(jié)構(gòu)的不同自由度之間定義、修改、刪除、列出約束方程。但是必須注意的是，以上自由度之間的耦合或約束方程的定義僅適用于節(jié)點(diǎn)的平動(dòng)（線位移）自由度（即UX,UY，UZ）,不允許在旋轉(zhuǎn)的自由度之間使用，否則將會(huì)導(dǎo)致非物理響應(yīng)。CP和CE命令的一般格式請(qǐng)參考關(guān)于ANSYS結(jié)構(gòu)分析或一般操作過(guò)程方面的書籍或使用手冊(cè)，這里不展開敘述。接觸搜索算法及接觸模型接觸－碰撞問(wèn)題屬于最困難的非線性問(wèn)題之一，因?yàn)樵诮佑|－碰撞問(wèn)題中的響應(yīng)是不平滑的。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，垂直于接觸界面的速度是瞬時(shí)不連續(xù)的。對(duì)于Coulcomb摩擦模型，當(dāng)出現(xiàn)粘性滑移行為時(shí)，沿界面的切向速度也是不連續(xù)的。接觸－碰撞問(wèn)題的這些特點(diǎn)給離散方程的時(shí)間積分帶來(lái)明顯的困難。因此，方法和算法的適當(dāng)選擇對(duì)于數(shù)值分析的成功是至關(guān)重要的。雖然通用商業(yè)程序LS-DYNA提供了大量的接觸類型，可以對(duì)絕大多數(shù)接觸界面進(jìn)行合理的模擬，但用戶在具體的工程問(wèn)題中，面臨接觸類型的選擇及棘手的接觸參數(shù)控制等問(wèn)題?；谝陨?，本文對(duì)LS-DYNA中的接觸-碰撞算法作了簡(jiǎn)要的闡述，對(duì)接觸類型作了詳盡的總結(jié)歸納，并對(duì)接觸界面的模擬提出了一些建議?；靖拍罨靖拍睿骸皊lave”、“master”、"segment”。在絕大多數(shù)的接觸類型中，檢查slavenodes是否與mastersegment產(chǎn)生相互作用(穿透或滑動(dòng)，在TiedContacts中slave限定在主面上滑動(dòng))。因此從節(jié)點(diǎn)的連接方式(或從面的網(wǎng)格單元形式)一般并不太重要。非對(duì)稱接觸算法中主、從定義的一般原則：粗網(wǎng)格表面定義為主面，細(xì)網(wǎng)格表面為從面；主、從面相關(guān)材料剛度相差懸殊，材料剛度大的一面為主面。平直或凹面為主面，凸面為從面。有一點(diǎn)值得注意的是，如有剛體包含在接觸界面中，剛體的網(wǎng)格也必須適當(dāng)，不可過(guò)粗。3接觸算法在LS-DYNA中有三種不同的算法處理碰撞、滑動(dòng)接觸界面，即：動(dòng)態(tài)約束法(kinematicconstraintmethod)；罰函數(shù)法(penaltymethod)；分布參數(shù)法(distributedparametemethod)；KinematicConstraintMethod采用碰撞和釋放條件的節(jié)點(diǎn)約束法由Hughes等于1976年提出，同年被Hallquit首先應(yīng)用在DYNA2D中，后來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用到DYNA3D中。其基本原理是：在每一時(shí)間步At修正構(gòu)形之前，搜索所有未與主面(mastersurface)接觸的從節(jié)點(diǎn)(slavenode)，看是否在此At內(nèi)穿透了主面。如是，則縮小At,使那些穿透主面的從節(jié)點(diǎn)都不貫穿主面，而使其正好到達(dá)主面。在計(jì)算下一At之前，對(duì)所有已經(jīng)與主面接觸的從節(jié)點(diǎn)都施加約束條件，以保持從節(jié)點(diǎn)與主面接觸而不貫穿。此外還應(yīng)檢查那些和主面接觸的從節(jié)點(diǎn)所屬單元是否受到拉應(yīng)力作用。如受到拉應(yīng)力，則施加釋放條件，使從節(jié)點(diǎn)脫離主面。這種算法存在的主要問(wèn)題是：如果主面網(wǎng)格劃分比從面細(xì)，某些主節(jié)點(diǎn)(masternode)可以豪無(wú)約束地穿過(guò)從面(slavesurface)(這是由于約束只施加于從節(jié)點(diǎn)上)，形成所謂的"紐結(jié)"(Kink)現(xiàn)象。當(dāng)接觸界面上的壓力很大時(shí)，無(wú)論單元采用單點(diǎn)還是多點(diǎn)積分，這種現(xiàn)象都很容易發(fā)生。當(dāng)然，好的網(wǎng)格劃分可能會(huì)減弱這種現(xiàn)象。但是對(duì)于很多問(wèn)題，初始構(gòu)形上好的網(wǎng)格劃分在迭代多次后可能會(huì)變得很糟糕，如爆炸氣體在結(jié)構(gòu)中的膨脹。由于節(jié)點(diǎn)約束算法較為復(fù)雜，目前在LS-DYNA程序中僅用于固連與固連一斷開類型的接觸界面(統(tǒng)稱固連界面)，主要用來(lái)將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的不協(xié)調(diào)兩部分聯(lián)結(jié)起來(lái)。DistributedParameterMethod分配參數(shù)法也是發(fā)展較早的一種接觸界面算法，Wilkins在1964年將該算法成功地應(yīng)用到HEMP程序中，Burton等在1982年將其應(yīng)用于TENSOR分析程序中。與節(jié)點(diǎn)約束法相比，這種算法具有較好的網(wǎng)格穩(wěn)定性，因此被DYNA采用。目前，在LS-DYNA程序中用來(lái)處理接觸一滑動(dòng)界面的問(wèn)題。該方法的基本原理是：將每一個(gè)正在接觸的從單元⑸aveelement）的一半質(zhì)量分配到被接觸的主面面積上，同時(shí)根據(jù)每個(gè)正在接觸的從單元的內(nèi)應(yīng)力確定作用在接受質(zhì)量分配的主面面積上的分布?jí)毫?。在完成質(zhì)量和壓力的分配后，修正主面的加速度。然后對(duì)從節(jié)點(diǎn)的加速度和速度施加約束，以保證從節(jié)點(diǎn)在主面上滑動(dòng)，不允許從節(jié)點(diǎn)穿透主表面，從而避免了反彈現(xiàn)象。這種算法主要用來(lái)處理接觸界面具有相對(duì)滑移而不可分開的問(wèn)題。因此，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，該算法并沒(méi)有太多的用處。它最典型的應(yīng)用是處理爆炸等問(wèn)題，炸藥爆炸產(chǎn)生的氣體與被接觸的結(jié)構(gòu)之間只有相對(duì)滑動(dòng)而沒(méi)有分離。PenaltyMethod該算法于1981年有Huag等人，1982年8月開始用于DYNA2D中［2］?，F(xiàn)在，罰函數(shù)法已發(fā)展為一種非常用的接觸界面算法，在數(shù)值計(jì)算中被廣泛應(yīng)用。罰函數(shù)法的基本原理是：在每一個(gè)時(shí)間步首先檢查各從節(jié)點(diǎn)是否穿透主面，如沒(méi)有穿透不作任何處理。如果穿透，則在該從節(jié)點(diǎn)與被穿透主面間引入一個(gè)較大的界面接觸力，其大小與穿透深度、主面的剛度成正比。這在物理上相當(dāng)于在兩者之間放置一法向彈簧，以限制從節(jié)點(diǎn)對(duì)主面的穿透。接觸力稱為罰函數(shù)值。“對(duì)稱罰函數(shù)法”則是同時(shí)對(duì)每個(gè)主節(jié)點(diǎn)也作類似上述處理。對(duì)稱罰函數(shù)法由于具有對(duì)稱性、動(dòng)量守恒準(zhǔn)確，不需要碰撞和釋放條件，因此很少引起Hourglass效應(yīng)，噪聲小。對(duì)稱罰函數(shù)法在每一個(gè)時(shí)間步對(duì)從節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)循環(huán)處理一遍，算法相同。下面以從節(jié)點(diǎn)ns為例詳細(xì)描述該算法的基本步驟：搜索所有從動(dòng)點(diǎn)，確定從動(dòng)點(diǎn)是否穿透主面。如否，不作處理，搜索結(jié)束；如是，則在從節(jié)點(diǎn)與主面上的接觸點(diǎn)間附加一法向接觸力Fn。處理摩擦力。4將接觸力Fn和摩擦力投影到總體坐標(biāo)，組集到總體載荷向量中。接觸類型在具體介紹各種類型的接觸前，先闡述幾個(gè)基本的概念。在殼單元中，自動(dòng)接觸通過(guò)法向投影中面的1/2“ContactThickness”來(lái)確定接觸面。這就是"shellthicknessoffsets”。接觸厚度可以在接觸的定義中明確指定。如果接觸厚度沒(méi)有指定，則等于殼的厚度（在單面接觸中，為殼厚度或單元邊長(zhǎng)的最小值）。相同的，在梁的接觸中，接觸面從梁的基線偏置梁截面等效半徑距離。因此，在有限元幾何建模時(shí)，為考慮殼厚、梁截面尺寸必須在殼、梁的part間有適當(dāng)?shù)拈g隙，否則會(huì)有初始穿透現(xiàn)象發(fā)生（即發(fā)生不真實(shí)的接觸現(xiàn)象）。雖然LS-DYNA可以通過(guò)移動(dòng)穿透的從節(jié)點(diǎn)到主面上來(lái)消除初始穿透，但是并不是所有的初始穿透都能檢查出。DYNA中大多數(shù)的接觸有一個(gè)“極限穿透深度”，如侵徹超過(guò)這個(gè)深度則從節(jié)點(diǎn)被釋放，接觸力置為0。這主要用在自動(dòng)接觸中，防止過(guò)大接觸力的產(chǎn)生而引起數(shù)值不穩(wěn)定性。然而在有些情況下，因?yàn)檫@個(gè)閾值過(guò)早達(dá)到而使接觸失效（常發(fā)生在非常薄的殼單元中）。此時(shí)應(yīng)采取的措施是放大接觸厚度因子或設(shè)置接觸厚度為大于殼厚度的一個(gè)值，或者改變接觸剛度的計(jì)算方法（如改為Soft=1）。LS-DYNA中的接觸允許從節(jié)點(diǎn)與主段間壓縮載荷的傳遞。如接觸摩擦激活，也允許切向載荷的傳遞。Coulomb摩擦列式用來(lái)處理從靜到動(dòng)摩擦的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換要求一個(gè)衰減系數(shù)、靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。關(guān)于接觸搜索方法,這里僅給出幾個(gè)簡(jiǎn)單的要點(diǎn)，詳細(xì)描述見TheoreticalManualofLS-DYNA。DYNA中有兩種搜索方法：IncrementalSearchTechnique與BucketSortoIncrementalSearchAlgorithms搜索方向僅在主段正方向從節(jié)點(diǎn)的穿透搜索步驟對(duì)每一個(gè)從節(jié)點(diǎn)的：找出最接近的主節(jié)點(diǎn)；搜索相鄰的主段；穿透檢查；施加作用力。主面要求主面連續(xù)特點(diǎn)簡(jiǎn)單、速度快GlobalBucketSort搜索方向主面正、負(fù)方向檢查穿透搜索步驟搜索接近的主段（不止一個(gè)）；局部利用IncrementalSearch確定最接近的主段；穿透檢查；施加作用力。主面要求主面可以不連續(xù)特點(diǎn)非常有效，但耗時(shí)大所有的非自動(dòng)LS-DYNA中的接觸類型大體上可以分為五大類：One-WayContact（單向接觸）Two-WayContact（雙向接觸）SingleContact（單面接觸）EntityTiedContac（固一連接觸）在以上接觸類型中，前四種接觸類型的接觸算法均采用罰函數(shù)法。固一連接觸有的采用的罰函數(shù)法，有的采用動(dòng)約束法，少部分采用分布參數(shù)法。One-WayTreatmentofContactOne-Way、Two-Way是對(duì)接觸搜索來(lái)講的。One-way僅檢查從節(jié)點(diǎn)是否穿透主面，而不檢查主節(jié)點(diǎn)。在Two-WayContact中從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)是對(duì)稱的，從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)都被檢查是否穿透相應(yīng)的主面或從面。LS-DYNA中的_Node_To_Surface接觸類型都屬于單向接觸，另外還有特別注明為單向接觸的_Surface_To_Surface接觸類型：*Contact_Nodes_To_surface*Contact_Automatic_Nodes_To_Surface*Contact_Froming_Nodes_To_Surface（自動(dòng)接觸類型、主要用于金屬拉壓成形）*Contact_Constraint_Nodes_To_Surface（現(xiàn)已很少用）*Contact_Eroding_Nodes_To_Surface*Contact_One_Way_Surface_To_SurfaceContact_One_Way_Automatic_Surface_To_Surface由于在單向接觸中，僅有從節(jié)點(diǎn)被檢查是否穿透主面，而不考慮主節(jié)點(diǎn)，因此在使用時(shí)必須注意，應(yīng)保證在接觸過(guò)程中主節(jié)點(diǎn)不會(huì)穿過(guò)從面。同樣的原因，單向接觸要比雙向接觸運(yùn)行速度快得多，因此仍被廣泛應(yīng)用。在以下情況中使用單向接觸是合適的：主面是剛體相對(duì)細(xì)的網(wǎng)格（從）與相對(duì)平滑、粗的網(wǎng)格（主）接觸beam_to_surface、Shelledge_to_surface接觸。beamnode、Shelledgenode作從點(diǎn)。在接觸分析中，由于問(wèn)題的復(fù)雜性，判斷接觸發(fā)生的方向有時(shí)是很困難的，因此分析中應(yīng)盡量使用自動(dòng)接觸（不需要人工干預(yù)接觸方向）。但當(dāng)面的方向在整個(gè)分析過(guò)程中都能確定的情況下，下面的非自動(dòng)接觸類型是非常有效的：*Contact_Nodes_To_Surface（5）*Contact_One_Way_Surface_To_Surface(10)*Contact_Constraint_Nodes_To_Surface(18)*Contact_Eroding_Nodes_To_Surface(16)Two-WayTreatmentofContact主、從面的定義與算法處理上是完全對(duì)稱的。因此主面、從面可以隨意定義。計(jì)算資源大約是單向的2倍。LS-DYNA中絕大多數(shù)_Surface_To_Surface接觸都是雙向接觸類型。雙向接觸除對(duì)主節(jié)點(diǎn)的搜索外，其它方面同單向接觸是完全一樣的。與前述接觸類型5、18、16相對(duì)應(yīng)的雙向接觸為：*Contact_Surface_To_Surface(3)*Contact_Constraint_Surfaces_To_Surface(17)*Contact_Eroding_Surface_To_Surface(14)在CrashAnalysis中，*Contact_Automatic_Surface_To_Surface(a3推薦使用。在金屬的拉壓成形分析中推薦使用*Contact_Froming_Nodes_To_SurfacaSingleSurface單面接觸是LS-Dyna中應(yīng)用最為廣泛的接觸類型，尤其在Crashworthiness應(yīng)用中。在這中類型中，從面一般定義為Part或PartSetID。各Part間及自身Part間的接觸都考慮。如果建模精確，該接觸是可信、精確的。在單面接觸中，殼厚偏置總是考慮的，因此建模時(shí)不能有初始穿透存在。單面接觸有：*Contact_Single_Surface(4，不推薦使用)*Contact_Automatic_Single_Surface(推薦)*Contact_Automatic_General*Contact_General_Interior*Contact_Airbag_Single_Surface對(duì)于CrashAnalysis，推薦使用*Contact_Automatic_Single_Surface(13)。這個(gè)接觸類型其性能隨DYNA版本的提高不斷改善。TiedContact(TranslationalDOFonly,NoFailure,NoOffset)固－連接觸用來(lái)將從節(jié)點(diǎn)約束、限定在主面上。這種接觸類型一般是非對(duì)稱的，因此定義主、從是要符合§2中描述的一般規(guī)則。在這種類型的接觸中，主、從接觸面最好不要以PartsID形式輸入，應(yīng)采用node/segment的形式。固－連接觸類型豐富，采用的接觸算法也不一致，下面分別介紹。TranslationalDOFonly,NoFailure,NoOffset這種接觸僅約束從節(jié)點(diǎn)的平動(dòng)自由度，且不考慮接觸的失效，不允許從節(jié)點(diǎn)的偏置。如果從節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的主段間有微小的距離存在，則采用正交投影的方法將從節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到主面上。因此，初始幾何構(gòu)形可能有微小的改變。這種類型接觸采用動(dòng)態(tài)約束算法，因此不能將剛體約束到可變形體或剛體。如下兩個(gè)命令是常用的固連接觸。這兩種接觸在數(shù)值處理上是完全一樣的，所不同的僅是輸入數(shù)據(jù)格式。*Contact_Tied_Nodes_To_Surface(6)*Contact_Tied_Surface_To_Surface(2)TranslationalDOFonly,NoFailure,WithOffset這種接觸采用罰函數(shù)算法，允許從節(jié)點(diǎn)與主面間偏移(主、從面間存在微小的距離)存在，可以用于剛體相應(yīng)的約束。與上述接觸類型2、6對(duì)應(yīng)的為*Contact_Tied_Nodes_To_Surface_OFFSET(O6)*Contact_Tied_Surface_To_Surface_OFFSET(O2)由于從節(jié)點(diǎn)的偏置，可能會(huì)引起附加的動(dòng)量矩。但在這種類型的接觸中，不考慮偏置引起的動(dòng)量矩。因此，主、從面必須相當(dāng)?shù)慕咏ranslationalDOF&RotationalDOF,WithFailure,NoOffset采用動(dòng)態(tài)約束算法。TranslationalDOF&RotationalDOF,WithFailure,WithOffset罰函數(shù)法。TranslationalDOFOnly,WithFailure,WithOffset動(dòng)態(tài)約束算法。接觸剛度的計(jì)算在基于罰函數(shù)算法的接觸類型中，目前LS-DYNA有兩種計(jì)算主、從面間接觸剛度的方法。Penalty-baseApproach(SOFT=0)該算法是LS-DYNA計(jì)算接觸剛度的缺省方法。它利用接觸段的尺寸與其材料特性來(lái)確定接觸剛度。當(dāng)兩個(gè)接觸面的材料剛度參數(shù)相差不大時(shí)，該方法是很有效的。但當(dāng)兩個(gè)接觸面的材料剛度相差很大時(shí)，由于接觸剛度采用主、從面中較小的剛度，而使接觸失效。對(duì)于Crash分析，除非先驗(yàn)證明沒(méi)有問(wèn)題，否則一般不使用SOFT=0。SoftConstraint-basedApproach(SOFT=1&2)計(jì)算接觸剛度時(shí)，綜合考慮了發(fā)生接觸的節(jié)點(diǎn)之質(zhì)量與整體時(shí)間步長(zhǎng)，以保證接觸的穩(wěn)定性。這樣的處理，對(duì)于材料性質(zhì)相差懸殊的接觸問(wèn)題是非常合適的。Soft=1與Soft=0算法除剛度計(jì)算外，其它考慮是完全一致的。當(dāng)Soft=1時(shí)，采用下式計(jì)算接觸剛度k(單向接觸)：k=max(SLSFAC*SFS*k0,SOFSCL*k1)其中：k0?根據(jù)材料彈性模量與單元尺寸確定的接觸剛度；k1?根據(jù)節(jié)點(diǎn)之質(zhì)量與整體時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)確定接觸剛度。對(duì)于Two-Way型接觸，用SFM代替上式中的SFS。Segment-basedContactVS.StandardContact與Soft=0、1(以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)算法”)不同，Soft=2是一種基于段(Segmentbased)的接觸算法。在標(biāo)準(zhǔn)算法中，檢查從點(diǎn)穿透主段與否而施加罰力與從點(diǎn)及相應(yīng)的主點(diǎn)；而在段接觸算法中，直接檢查段是否發(fā)生相互穿透而施加罰力與相應(yīng)段的節(jié)點(diǎn)。接觸控制參數(shù)LS-DYNA提供了多個(gè)與接觸相關(guān)的控制參數(shù)。根據(jù)不同接觸問(wèn)題的具體特點(diǎn)，設(shè)置不同的控制參數(shù)，對(duì)提高“接觸模型”的精確性是非常必要的。LS-DYNA中的接觸控制參數(shù)可以在*Control_Contact、*Contact或*Part_Contact中設(shè)置，而有些參數(shù)也可以同時(shí)在多個(gè)命令中設(shè)定。如一個(gè)參數(shù)在多個(gè)命令中設(shè)置，則這樣的設(shè)置有一定的優(yōu)先次序。*Control_Contact對(duì)整個(gè)模型中的接觸提供一種“全局性”的“缺省”參數(shù)設(shè)置；*Contact對(duì)每個(gè)具體的接觸提供“局部”的參數(shù)設(shè)置，優(yōu)先權(quán)較高；*Part_Contact則為某個(gè)具體的Part涉及的接觸提供最高級(jí)別的參數(shù)控制。Thicknessoffset:Automatic,SLTHK(Card1,*Control_Contact,OptionCardA)LS-DYNA中非自動(dòng)接觸類型：*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE*CONTACT_NODES_TO_SURFACE*CONTACT_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE利用參數(shù)SHLTHK確定是否考慮"厚度偏置”，該參數(shù)可以在*CONTROL_CONTACT中全局定義，也可以在OptionalCardB中局部定義。如果SHLTHK=0,不考慮厚度偏置，采用incrementalsearch方法來(lái)確定從節(jié)點(diǎn)最接近的主段；如SHLTHK=1,考慮變形體的厚度偏置，但不考慮剛體厚度偏置；如SHLTHK=2，變形體、剛體的厚度偏置都考慮。如SHLTHK為1或2,程序采用globalbucketsearch來(lái)確定接觸對(duì)。接觸建立以后，采用incrementalsearching來(lái)跟蹤從節(jié)點(diǎn)在主面上的位置。采用globalbucketsearching的優(yōu)點(diǎn)是主、從面可以不連續(xù)（這對(duì)incrementalsearch是不可能的）。在非自動(dòng)接觸類型中，接觸段的法向方向（符合右手法則，指向接觸面）是非常重要的，必須保證所有接觸段的法向一致指向接觸面，這就是所謂的“orientedcontact”。一個(gè)簡(jiǎn)單的方向自動(dòng)定位方法是激活*CONTROL_CONTACT中的參數(shù)ORIEN（必須在兩個(gè)中面間有一定的距離）。自動(dòng)接觸和單面接觸總是考慮“殼厚偏置”。在這些類型的接觸中，采用整體塊搜索和局部增量搜索方法確定接觸對(duì)。在CrashAnalysis中，一般建議使用自動(dòng)類型的接觸，因?yàn)樽詣?dòng)接觸對(duì)于接觸面的連續(xù)性、方向等基本沒(méi)有限制，具有教強(qiáng)的適應(yīng)能力。ContactSlidingFriction:FS&FD（Card2）LS-DYNA中的摩擦采用Coulcomb摩擦列式與等效彈塑性彈簧模型。摩擦通過(guò)設(shè)S*Contact或*Part_Contact中非零的靜（FS）、動(dòng)（FD）系數(shù)來(lái)激活。如靜、動(dòng)摩擦系數(shù)不同，則FD應(yīng)小于FS,同時(shí)必須指定非零的衰減系數(shù)DC。對(duì)于伴有數(shù)值噪聲的問(wèn)題（如CrashAnalysis），F(xiàn)S、FD通常設(shè)為相同的值，以避免額外噪聲產(chǎn)生。為限制過(guò)大、不真實(shí)的摩擦力產(chǎn)生，通常設(shè)置不同類型的問(wèn)題對(duì)摩擦系數(shù)的敏感性是不同的，有時(shí)可能存在很大的差異。在具體問(wèn)題分析是，可以通過(guò)極限分析（設(shè)置FS和FD的上、下限）的方法確定摩擦的敏感性。PenaltyScaleFactors:SFS&SFM（Card3）罰因子（SFS、SFM）用來(lái)增大或減小接觸剛度。在Soft=0、2時(shí)，真正的主、從罰因子是SFS、SFM分別與SLSFAC（*Control_Contact中定義）的乘積。對(duì)于材料剛度相當(dāng)、網(wǎng)格尺寸相差不大的兩面間的接觸問(wèn)題，SFS、SFM、SLSFAC的缺省設(shè)置是可行的。但相接觸的兩個(gè)面的材料、網(wǎng)格相差很遠(yuǎn)時(shí)，對(duì)于Soft=0的接觸算法可能存在問(wèn)題，此時(shí)一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法就是設(shè)置Soft=1，而不必考慮（或試算）罰因子的選擇。ContactThickness:SST&MST（Card3）SST、MST可以直接指定期望的“接觸厚度”。如SST=MST=0（缺省值），則接觸厚度等于*Section_Shell中定義的單元厚度。有時(shí)通過(guò)設(shè)置非零的SST、MST值來(lái)消除“初始穿透"（盡量避免這樣做）。SST和MST—般不應(yīng)小于0.6?0.7。ContactThicknessScaling（SFST&SFMT）同SST、MST作用相同。ViscousDamping:VDC（Card2）粘性接觸阻尼用來(lái)降低（高速）碰撞過(guò)程中接觸力的高頻振蕩。對(duì)于存在軟材料（如泡沫材料）的接觸問(wèn)題，VDC設(shè)為40~60（臨界阻尼的40~60%），通常能提高模型的穩(wěn)定性。對(duì)于金屬間的碰撞接觸問(wèn)題，VDC—般可設(shè)為20。Bucket-SortFrequency:BSORT（OptionalCardA,*Contact）&NSBCS（Card2，*Control_Contact）BucketSort是一種非常有效的接觸搜索算法。如果考慮"厚度偏置"，則在所有的接觸類型（自動(dòng)、非自動(dòng)接觸）中，對(duì)于任一從節(jié)點(diǎn)均使用BucketSort方法搜索可能與之接觸的主段。由于接觸搜索是“接觸模擬"中非常耗時(shí)的一個(gè)步驟，因此應(yīng)盡量減少搜索的次數(shù)。BSORT用來(lái)指定兩次搜索間的迭代時(shí)間步數(shù)，BucketSort的間隔一般為10?100（與具體的接觸類型有關(guān)）。對(duì)于不連續(xù)面間的接觸、高速碰撞等問(wèn)題，應(yīng)增加搜索的次數(shù)，即減小BSORT(或BSBCS),但一般不應(yīng)小于10。在這些問(wèn)題中，如搜索間隔過(guò)大，一些從點(diǎn)就會(huì)在接觸處理中被漏掉。但對(duì)于相對(duì)平滑的面間接觸問(wèn)題，可以適當(dāng)增加BSORT或NSBCS。MaximumPenetration：PENMAX(OptionalcardB,*ControlContact)&XPENE(Card2,*Control_Contact)為避免由于從節(jié)點(diǎn)穿透深度過(guò)大(罰力與穿透深度成正比)而引起的數(shù)值不穩(wěn)定，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)穿透到一定的深度(MaximumPenetration)，該節(jié)點(diǎn)從接觸中自動(dòng)釋放(但依然參與其他的計(jì)算)。在對(duì)殼元的穿透中，為防止當(dāng)從節(jié)點(diǎn)穿透殼的中面而引起的接觸力方向的突然翻轉(zhuǎn)，“殼厚偏置”的考慮也是非常必要的。在非自動(dòng)接觸中，如SHLTHK=0,則缺省的最大穿透深度為1.0e20，也就是說(shuō)不考慮從節(jié)點(diǎn)的釋放。如SHLTHK=1or2,則參數(shù)XPENE確定節(jié)點(diǎn)釋放準(zhǔn)則：MaxDistance(Solids)=XPENE(default=4.0)*(thicknessofthesolidelement)，SHLTHK=1MaxDistance(Solids)=0.05*(thicknessofthesolidelement)，SHLTHK=2MaxDistance(Shells)=XPENE(default=4.0)*(thicknessoftheshellelement)，SHLTHK=1MaxDistance(Shells)=0.05*(minimumdiagonallength)，SHLTHK=2在自動(dòng)接觸、單面接觸中(Automatic_General除外)，最大穿透深度由PENMAX(缺省值為0.4)確定：MaxDistance=PENMAX*(thicknessofthesolid)MaxDistance=PENMAX*(slavethickness+masterthickness)對(duì)于Automatic_General接觸，PENMAX的缺省值為200(幾乎不考慮節(jié)點(diǎn)的釋放)。對(duì)于控制最大穿透深度的參數(shù)一般不要改動(dòng)(使用缺省設(shè)置)。如果節(jié)點(diǎn)穿透過(guò)大而需要釋放，可以采用增大接觸剛度、改變罰函數(shù)算法(SOFT)，或增加接觸厚度等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。接觸輸出在LS-DYNA中，最常用的接觸輸出文件是RCFORC，它包含主、從面每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接觸力(GlobalCartesianCoordinateSystem)的ASCII文件。為輸出RCFORC必須在k文件中包含*Database_FCFORC，同時(shí)必須激活接觸控制中的參數(shù)SPR、MPR(Card1)。注意：對(duì)于單面接觸，RCFORC無(wú)效。此時(shí)要輸出接觸節(jié)點(diǎn)力，必須通^*Contact_Force_Transducer_Penalty定義力傳感器(forcetransducers)。力傳感器僅用來(lái)輸出接觸力，對(duì)數(shù)值分析結(jié)果毫無(wú)影響。接觸面的能量通過(guò)*Database_Sleout輸出到ASCII文件SLEOUT中。該文件對(duì)于分析每個(gè)接觸定義的可靠性是很有幫助的。在某些情況下，有時(shí)需要接觸界面的可視化(如應(yīng)力云圖等)，這時(shí)必須通過(guò)以下控制輸出二進(jìn)制的接觸界面文件：*Database_Binary_Intfor；設(shè)置接觸面的輸出標(biāo)志SPR、MPR；在執(zhí)行計(jì)算任務(wù)時(shí)，包含選項(xiàng)“s=filename”。二求解控制2.1質(zhì)量縮放質(zhì)量縮放指的是通過(guò)增加非物理的質(zhì)量到結(jié)構(gòu)上從而獲得大的顯式時(shí)間步的技術(shù)。在一個(gè)動(dòng)態(tài)分析中，任何時(shí)候增加非物理的質(zhì)量來(lái)增大時(shí)間步將會(huì)影響計(jì)算結(jié)果(因?yàn)镕=ma)。有時(shí)候這種影響不明顯，在這種情況下增加非物理的質(zhì)量是無(wú)可非議的。比如額外的質(zhì)量只增加到不是關(guān)鍵區(qū)域的很少的小單元上或者準(zhǔn)靜態(tài)的分析（速度很小，動(dòng)能相對(duì)峰值內(nèi)能非常?。？偟膩?lái)說(shuō)，是由分析者來(lái)判斷質(zhì)量縮放的影響?？赡苡斜匾隽硪粋€(gè)減小或消除了質(zhì)量縮放的分析來(lái)估計(jì)質(zhì)量增加對(duì)結(jié)果的靈敏度?？梢酝ㄟ^(guò)人工有選擇的增加一個(gè)部件的材料密度來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量縮放。這種手動(dòng)質(zhì)量縮放的方法是獨(dú)立于通過(guò)設(shè)置*Control_timestep卡DT2MS項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)質(zhì)量縮放。當(dāng)DT2MS設(shè)置為一個(gè)負(fù)值時(shí)，質(zhì)量只是增加到時(shí)間步小于TSSFAC*|DT2MS|的單元上。通過(guò)增加這些單元的質(zhì)量，它們的時(shí)間達(dá)到TSSFAC*|DT2MS|。有無(wú)數(shù)種TSSFAC和DT2MS的組合可以得到同樣的乘積，因而有相同的時(shí)間步，但是對(duì)于每一種組合增加的質(zhì)量將是不一樣的。一般的趨勢(shì)是TSSFAC越小，增加的質(zhì)量越多。作為回報(bào)，當(dāng)TSSFAC減小時(shí)計(jì)算穩(wěn)定性增加（就像在沒(méi)有做質(zhì)量縮放的求解中一樣）。如果TSSFAC缺省的值0.9會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性問(wèn)題，可以試試0.8或者0.7。如果減小TSSFAC，可以相應(yīng)增加|DT2MS|，這樣還是可以保證時(shí)間步乘積不變。為了確定什么時(shí)候和位置質(zhì)量自動(dòng)增加了，可以輸出GLSTAT和MATSUM文件。這些文件允許繪出完整的模型或者單獨(dú)部件所增加的質(zhì)量對(duì)時(shí)間的曲線。為了得到由殼單元組成的部件增加的質(zhì)量云圖，將*database_extent_binary卡的STSSZ項(xiàng)設(shè)置為3。這樣可以用ls-prepost繪出每個(gè)單元的質(zhì)量增加量的云圖，具體方法是通過(guò)選擇Fcomp>Misc>timestepsize。在*control_timestep中設(shè)置DT2MS正值和負(fù)值的不同之處如下：負(fù)值：初始時(shí)間步將不會(huì)小于TSSFAC*-DT2MSo質(zhì)量只是增加到時(shí)間步小于TSSFAC*|DT2MS|的單元上。當(dāng)質(zhì)量縮放可接受時(shí)，推薦用這種方法。用這種方法時(shí)質(zhì)量增量是有限的。過(guò)多的增加質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致計(jì)算任務(wù)終止。正值：初始時(shí)間將不會(huì)小于DT2MSo單元質(zhì)量會(huì)增加或者減小以保證每一個(gè)單元的時(shí)間步都一樣。這種方法盡管不會(huì)因?yàn)檫^(guò)多增加質(zhì)量而導(dǎo)致計(jì)算終止，但更難以作出合理的解釋。*control_timestep卡中的參數(shù)MS1ST控制是否只是在初始化時(shí)增加一次質(zhì)量（MS1ST=1）還是任何需要維持由DT2MS所指定的時(shí)間步時(shí)都增加質(zhì)量（MS1ST=0）?？梢酝ㄟ^(guò)在*control_termination卡片中設(shè)置參數(shù)ENDMAS來(lái)控制當(dāng)質(zhì)量增加到初始質(zhì)量一定比率時(shí)終止計(jì)算（只對(duì)自動(dòng)質(zhì)量縮放有效）2.2沙漏控制有限元方法一般以節(jié)點(diǎn)的位移作為基本變量，單元內(nèi)各點(diǎn)的位移以及應(yīng)變均采用形函數(shù)對(duì)各節(jié)點(diǎn)的位移進(jìn)行插值計(jì)算而得，應(yīng)力根據(jù)本構(gòu)方程由應(yīng)變計(jì)算得到，然后就可以計(jì)算單元的內(nèi)能了。如果采用單點(diǎn)積分（積分點(diǎn)在等參元中心），在某些情況下節(jié)點(diǎn)位移不為零（即單元有形變），但插值計(jì)算得到的應(yīng)變卻為零（譬如一個(gè)正方形單元變形為一個(gè)等腰梯形，節(jié)點(diǎn)位移相等但符號(hào)相反，各形函數(shù)相同，所以插值結(jié)果為0），這樣內(nèi)能計(jì)算出來(lái)為零（單元沒(méi)變形?。┻@種情況下，一對(duì)單元疊在一起有點(diǎn)像沙漏，所以這種模式稱之為沙漏模式或沙漏?，F(xiàn)在有很多控制沙漏的專門程序，如控制基于單元邊界的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。但這些方法不能保持完備性。:這里講一下物理的穩(wěn)定性，在假設(shè)應(yīng)變方法的基礎(chǔ)上，建立沙漏穩(wěn)定性的過(guò)程。在這些過(guò)程中，穩(wěn)定性參數(shù)基于材料的性能。這類穩(wěn)定性也稱為物理沙漏控制。對(duì)于不可壓縮材料，即使當(dāng)穩(wěn)定性參數(shù)是一階的時(shí)候，這些穩(wěn)定性方法也將沒(méi)有自鎖。在建立物理沙漏控制中，必須做出兩個(gè)假設(shè)：1.在單元內(nèi)旋轉(zhuǎn)是常數(shù)。2.在單元內(nèi)材料響應(yīng)是均勻的。沙漏(hourglass)模式是一種非物理的零能變形模式，產(chǎn)生零應(yīng)變和應(yīng)力。沙漏模式僅發(fā)生在減縮積分(單積分點(diǎn))體、殼和厚殼單元上。LS-DYNA里面有多種算法用于抑制沙漏模式。缺省的算法(type1)通常不是最有效的算法，但卻是最經(jīng)濟(jì)的。一種完全消除沙漏的方法是轉(zhuǎn)換到全積分或者選擇減縮積分(S/R)方程的單元。但這種方法是一種下策。例如，第一，類型2體單元比缺省的單點(diǎn)積分體單元計(jì)算開消大;其二，在大變形應(yīng)用時(shí)更不穩(wěn)定(更容易出現(xiàn)負(fù)體積);其三，類型2體單元當(dāng)單元形狀比較差時(shí)在一些應(yīng)用中會(huì)趨向于剪切鎖死(shear-lock),因而表現(xiàn)得過(guò)于剛硬。三角形殼和四面體單元沒(méi)有沙漏模式，但缺點(diǎn)是在許多應(yīng)用中被認(rèn)為過(guò)于剛硬。減小沙漏的一個(gè)好的方法是細(xì)化網(wǎng)格，但這當(dāng)然并不總是現(xiàn)實(shí)的。加載方式會(huì)影響沙漏程度。施加壓力載荷優(yōu)于在單點(diǎn)上加載，因?yàn)楹笳吒菀准て鹕陈┠Ｊ?。為了評(píng)估沙漏能，在*control_energy卡片中設(shè)置HGEN=2，而且用*database_glstat和*database_matsum卡分別輸出系統(tǒng)和每一個(gè)部件的沙漏能。這一點(diǎn)是要確認(rèn)非物理的沙漏能相對(duì)于每一個(gè)part的峰值內(nèi)能要小(經(jīng)驗(yàn)上來(lái)說(shuō)<10%)。對(duì)于殼單元，可以繪制出沙漏能密度云圖，但事先在*database_extent_binary卡中設(shè)置SHGE=2。然后在LS-Prepost中選擇Fcomp>Misc>hourglassenergy。對(duì)于流體部件，缺省的沙漏系數(shù)通常是不合適的(太高)。因此對(duì)于流體，沙漏系數(shù)通常要縮小一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)流體用基于粘性的沙漏控制。缺省的沙漏方程(type1)對(duì)流體通常是可以的。對(duì)于結(jié)構(gòu)部件一般來(lái)說(shuō)基于剛性的沙漏控制(type