LS-DYNA中的接触允许从节点与主段间压缩载荷的传递。如接触摩擦激活，也允许切向载荷的传递。Coulomb摩擦列式用来处理从静到动摩擦的转换，这种转换要求一个衰减系数、静摩擦系数大于动摩擦系数。

关于接触搜索方法，这里仅给出几个简单的要点，详细描述见Theoretical Manual of LS-DYNA。

DYNA中有两种搜索方法：Incremental Search Technique与Bucket Sort。

Incremental Search Algorithms
搜索方向 仅在主段正方向从节点的穿透
搜索步骤 对每一个从节点的：找出最接近的主节点；搜索相邻的主段；穿透检查；施加作用力。
主面要求 主面连续
特点 简单、速度快

Global Bucket Sort
搜索方向 主面正、负方向检查穿透
搜索步骤 搜索接近的主段（不止一个）；局部利用Incremental Search确定最接近的主段；穿透检查；施加作用力。
主面要求 主面可以不连续
特点 非常有效，但耗时大所有的非自动

LS-DYNA中的接触类型大体上可以分为五大类：
One-Way Contact （单向接触）
Two-Way Contact（ 双向接触）
Single Contact（单面接触）
Entity
Tied Contac（固－连接触）

在以上接触类型中，前四种接触类型的接触算法均采用罚函数法。固－连接触有的采用的罚函数法，有的采用动约束法，少部分采用分布参数法。

4.1 One-Way Treatment of Contact

One-Way、Two-Way是对接触搜索来讲的。One-way仅检查从节点是否穿透主面，而不检查主节点。在Two-Way Contact中从节点与主节点是对称的，从节点与主节点都被检查是否穿透相应的主面或从面。

LS-DYNA中的_Node_To_Surface接触类型都属于单向接触，另外还有特别注明为单向接触的_Surface_To_Surface接触类型：

*Contact_Nodes_To_surface
*Contact_Automatic_Nodes_To_Surface
*Contact_Froming_Nodes_To_Surface（自动接触类型、主要用于金属拉压成形）
*Contact_Constraint_Nodes_To_Surface（现已很少用）
*Contact_Eroding_Nodes_To_Surface
*Contact_One_Way_Surface_To_Surface
Contact_One_Way_Automatic_Surface_To_Surface

由于在单向接触中，仅有从节点被检查是否穿透主面，而不考虑主节点，因此在使用时必须注意，应保证在接触过程中主节点不会穿过从面。同样的原因，单向接触要比双向接触运行速度快得多，因此仍被广泛应用。在以下情况中使用单向接触是合适的：

主面是刚体
相对细的网格（从）与相对平滑、粗的网格（主）接触
beam_to_surface、 Shell edge_to_surface接触。beam node、Shell edge node作从点。

在接触分析中，由于问题的复杂性，判断接触发生的方向有时是很困难的，因此分析中应尽量使用自动接触（不需要人工干预接触方向）。但当面的方向在整个分析过程中都能确定的情况下，下面的非自动接触类型是非常有效的：

*Contact_Nodes_To_Surface(5) 

*Contact_One_Way_Surface_To_Surface(10)
*Contact_Constraint_Nodes_To_Surface(18)
*Contact_Eroding_Nodes_To_Surface(16)

4.2 Two-Way Treatment of Contact

主、从面的定义与算法处理上是完全对称的。因此主面、从面可以随意定义。计算资源大约是单向的2倍。LS-DYNA中绝大多数_Surface_To_Surface接触都是双向接触类型。

双向接触除对主节点的搜索外，其它方面同单向接触是完全一样的。与前述接触类型5、18、16相对应的双向接触为：

*Contact_Surface_To_Surface(3)
*Contact_Constraint_Surfaces_To_Surface(17)
*Contact_Eroding_Surface_To_Surface(14)

在Crash Analysis中，*Contact_Automatic_Surface_To_Surface(a3)推荐使用。在金属的拉压成形分析中推荐使用*Contact_Froming_Nodes_To_Surface。

4.3 Single Surface

单面接触是LS-Dyna中应用最为广泛的接触类型，尤其在 Crashworthiness应用中。在这中类型中，从面一般定义为Part或PartSet ID。各Part间及自身Part间的接触都考虑。如果建模精确，该接触是可信、精确的。在单面接触中，壳厚偏置总是考虑的，因此建模时不能有初始穿透存 在。

单面接触有：
*Contact_Single_Surface(4，不推荐使用)
*Contact_Automatic_Single _Surface(推荐)
*Contact_Automatic_General
*Contact_General_Interior
*Contact_Airbag_Single_Surface

对于Crash Analysis，推荐使用*Contact_Automatic_Single _Surface(13)。这个接触类型其性能随DYNA版本的提高不断改善。

4.4 Tied Contact(Translational DOF only, No Failure, No Offset)

固－连接触用来将从节点约束、限定在主面上。这种接触类型一般是非对称的，因此定义主、从是要符合§2中描述的一般规则。在这种类型的接触中，主、从接触面最好不要以Parts ID形式输入，应采用node/segment的形式。

固－连接触类型丰富，采用的接触算法也不一致，下面分别介绍。

Translational DOF only, No Failure, No Offset

这种接触仅约束从节点的平动自由度，且不考虑接触的失效，不允许从节点的偏置。如果从节点与对应的主段间有微小的距离存在，则采用正交投影的方法将从节点移动到主面上。因此，初始几何构形可能有微小的改变。
这种类型接触采用动态约束算法，因此不能将刚体约束到可变形体或刚体。
如下两个命令是常用的固连接触。这两种接触在数值处理上是完全一样的，所不同的仅是输入数据格式。
*Contact_Tied_Nodes_To_Surface(6)
*Contact_Tied_Surface_To_Surface(2)

Translational DOF only, No Failure, With Offset

这种接触采用罚函数算法，允许从节点与主面间偏移（主、从面间存在微小的距离）存在，可以用于刚体相应的约束。

与上述接触类型2、6对应的为
*Contact_Tied_Nodes_To_Surface_OFFSET(O6)
*Contact_Tied_Surface_To_Surface_OFFSET(O2)

由于从节点的偏置，可能会引起附加的动量矩。但在这种类型的接触中，不考虑偏置引起的动量矩。因此，主、从面必须相当的接近。

Translational DOF & Rotational DOF, With Failure, No Offset
采用动态约束算法。
Translational DOF & Rotational DOF, With Failure, With Offset
罚函数法。
Translational DOF Only, With Failure, With Offset
动态约束算法。

5 接触刚度的计算

在基于罚函数算法的接触类型中，目前LS-DYNA有两种计算主、从面间接触刚度的方法。

5.1 Penalty-base Approach(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。
对于Crash分析，除非先验证明没有问题，否则一般不使用SOFT=0。

5.2 Soft Constraint-based Approach(SOFT=1&2)

计算接触刚度时，综合考虑了发生接触的节点之质量与整体时间步长，以保证接触的稳定性。这样的处理，对于材料性质相差悬殊的接触问题是非常合适的。

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。

5.3 Segment-based Contact VS. Standard Contact

与Soft=0、1（以下简称“标准算法”）不同，Soft=2是一种基于段（Segment based）的接触算法。在标准算法中，检查从点穿透主段与否而施加罚力与从点及相应的主点；而在段接触算法中，直接检查段是否发生相互穿透而施加罚力与相应段的节点。

6 接触控制参数

LS-DYNA提供了多个与接触相关的控制参数。根据不同接触问题的具体特点，设置不同的控制参数，对提高“接触模型”的精确性是非常必要的。

LS-DYNA中的接触控制参数可以 在*Control_Contact、*Contact或*Part_Contact中设置，而有些参数也可以同时在多个命令中设定。如一个参数在多个命 令中设置，则这样的设置有一定的优先次序。*Control_Contact对整个模型中的接触提供一种“全局性”的“缺省”参数设置；*Contact 对每个具体的接触提供“局部”的参数设置，优先权较高；*Part_Contact则为某个具体的Part涉及的接触提供最高级别的参数控制。

6.1 Thickness offset: Automatic, SLTHK(Card 1,*Control_Contact, Option Card A)

LS-DYNA中非自动接触类型：
*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE
*CONTACT_NODES_TO_SURFACE
*CONTACT_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE
利用参数SHLTHK确定是否考虑“厚度偏置”，该参数可以在*CONTROL_CONTACT中全局定义，也可以在Optional Card B中局部定义。如果SHLTHK=0，不考虑厚度偏置，采用incremental search方法来确定从节点最接近的主段；如SHLTHK=1，考虑变形体的厚度偏置，但不考虑刚体厚度偏置；如SHLTHK=2，变形体、刚体的厚度 偏置都考虑。如SHLTHK为1或2，程序采用global bucket search来确定接触对。接触建立以后，采用incremental searching来跟踪从节点在主面上的位置。采用global bucket searching 的优点是主、从面可以不连续（这对incremental search是不可能的）。

在非自动接触类型中，接触段的法向方向（符合右手法则，指向接触面）是非常重要 的，必须保证所有接触段的法向一致指向接触面，这就是所谓的“oriented contact”。一个简单的方向自动定位方法是激活*CONTROL_CONTACT中的参数ORIEN（必须在两个中面间有一定的距离）。
自动接触和单面接触总是考虑“壳厚偏置”。在这些类型的接触中，采用整体块搜索和局部增量搜索方法确定接触对。

在Crash Analysis中，一般建议使用自动类型的接触，因为自动接触对于接触面的连续性、方向等基本没有限制，具有教强的适应能力。

6.2 Contact Sliding Friction: FS&FD(Card 2)

LS-DYNA中的摩擦采用Coulcomb摩擦列式与等效弹塑性弹簧模型。摩擦通过设置*Contact或*Part_Contact中非零的静（FS）、动（FD）系数来激活。

如静、动摩擦系数不同，则FD应小于FS，同时必须指定非零的衰减系数DC。对于 伴有数值噪声的问题（如Crash Analysis），FS、FD通常设为相同的值，以避免额外噪声产生。为限制过大、不真实的摩擦力产生，通常设置不同类型的问题对摩擦系数的敏感性是不 同的，有时可能存在很大的差异。在具体问题分析是，可以通过极限分析（设置FS和FD的上、下限）的方法确定摩擦的敏感性。

6.3 Penalty Scale Factors: SFS&SFM(Card 3)

罚因子（SFS、SFM）用来增大或减小接触刚度。在Soft=0、2时，真正的主、从罚因子是SFS、SFM分别与SLSFAC（*Control_Contact中定义）的乘积。

对于材料刚度相当、网格尺寸相差不大的两面间的接触问题，SFS、SFM、SLSFAC的缺省设置是可行的。但相接触的两个面的材料、网格相差很远时，对于Soft=0的接触算法可能存在问题，此时一个简单的办法就是设置Soft=1，而不必考虑（或试算）罚因子的选择。

6.4 Contact Thickness: SST&MST（Card 3）

SST、MST可以直接指定期望的“接触厚度”。如SST=MST=0（缺省值），则接触厚度等于*Section_Shell中定义的单元厚度。
有时通过设置非零的SST、MST值来消除“初始穿透”（尽量避免这样做）。 SST和MST一般不应小于0.6～0.7。
Contact Thickness Scaling（SFST&SFMT ）同SST、MST作用相同。

6.5 Viscous Damping: VDC(Card 2)

粘性接触阻尼用来降低（高速）碰撞过程中接触力的高频振荡。对于存在软材料（如泡沫材料）的接触问题，VDC设为40~60（临界阻尼的40~60%），通常能提高模型的稳定性。对于金属间的碰撞接触问题，VDC一般可设为20。

6.6 Bucket-Sort Frequency: BSORT(Optional Card A, *Contact)&NSBCS(Card 2， *Control_Contact)

Bucket Sort是一种非常有效的接触搜索算法。如果考虑“厚度偏置”，则在所有的接触类型（自动、非自动接触）中，对于任一从节点均使用Bucket Sort方法搜索可能与之接触的主段。由于接触搜索是“接触模拟”中非常耗时的一个步骤，因此应尽量减少搜索的次数。BSORT用来指定两次搜索间的迭代 时间步数，Bucket Sort的间隔一般为10～100（与具体的接触类型有关）。
对于不连续面间的接触、高速碰撞等问题，应增加搜索的次数，即减小BSORT（或BSBCS），但一般不应小于10。在这些问题中，如搜索间隔过大，一些从点就会在接触处理中被漏掉。但对于相对平滑的面间接触问题，可以适当增加BSORT或NSBCS。

6.7 Maximum Penetration： PENMAX (Optional card B, *Control Contact)& XPENE (Card 2, *Control_Contact)
为避免由于从节点穿透深度过大（罚力与穿透深度成正比）而引起的数值不稳定，当从节点穿透到一定的深度（Maximum Penetration），该节点从接触中自动释放（但依然参与其他的计算）。在对壳元的穿透中，为防止当从节点穿透壳的中面而引起的接触力方向的突然翻 转，“壳厚偏置”的考虑也是非常必要的。

在非自动接触中，如SHLTHK＝0，则缺省的最大穿透深度为1.0e20，也就是说不考虑从节点的释放。如SHLTHK=1 or 2，则参数XPENE确定节点释放准则：
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 the shell element），SHLTHK=1
Max Distance（Shells）＝0.05*（minimum diagonal length），SHLTHK=2

在自动接触、单面接触中（Automatic_General除外），最大穿透深度由PENMAX（缺省值为0.4）确定：

Max Distance=PENMAX*(thickness of the solid)
Max Distance=PENMAX*(slave thickness+master thickness)

对于Automatic_General接触，PENMAX的缺省值为200（几乎不考虑节点的释放）。

对于控制最大穿透深度的参数一般不要改动（使用缺省设置）。如果节点穿透过大而需要释放，可以采用增大接触刚度、改变罚函数算法（SOFT），或增加接触厚度等方法来实现。

7 接触输出

在LS-DYNA中，最常用的接触输出文件是RCFORC，它包含主、从面每一个 节点接触力（Global Cartesian Coordinate System）的ASCII文件。为输出RCFORC必须在k文件中包含*Database_FCFORC，同时必须激活接触控制中的参数SPR、 MPR（Card 1）。注意：对于单面接触，RCFORC无效。此时要输出接触节点力，必须通过*Contact_Force_Transducer_Penalty定义 力传感器（force transducers）。力传感器仅用来输出接触力，对数值分析结果毫无影响。

接触面的能量通过*Database_Sleout输出到ASCII文件SLEOUT中。该文件对于分析每个接触定义的可靠性是很有帮助的。

在某些情况下，有时需要接触界面的可视化（如应力云图等），这时必须通过以下控制输出二进制的接触界面文件：
1) *Database_Binary_Intfor；
2) 设置接触面的输出标志SPR、MPR；
3) 在执行计算任务时，包含选项“s=filename”。

8 结束语