6.2 接触选项

为了充分定义在显式动态分析中表面间的复杂相互作用，在ANSYS/LS-DYNA中有24种接触类型（见下表）。在大量的接触类型中，需要用户对每一种接触类型都很了解，以便能正确地选用接触类型。因此，下面我们将讨论一下ANSYS/LS-DYNA中所有的接触类型。

6．1 接触类型

6.2.1 定义接触类型

从表6.1中看出，在ANSYS/LS-DYNA程序中主要有三种基本接触类型：单面接触，节点-表面接触，表面-表面接触。

1．单面接触（SS，ASSC，AG，ASS2D，ESS）

单面接触用在一个物体表面的自身接触或它与另一个物体表面接触，在单面接触中，ANSYS/LS-DYNA程序将自动判定模型中哪处表面发生接触。因此，单面接触的定义是最简单的，无需定义contact和target表面，当定义好单面接触时，它允许一个模型的所有外表面都可能接触，这对于预先不知道接触表面的自身接触或大变形问题很有用处。与隐式模型过多定义接触面将大大增加CPU时间不同，在显式模型中定义单面接触只会较少的增加CPU时间，许多碰撞和撞动态碰撞问题都需定义单面接触。由于自动通用接触（AG）很有效，它包括壳边接触（SE）和改进的梁接触，因此，推荐你在难以预测接触条件时，对于自身接触和大变形问题优先选择此种接触类型。

2．点-面接触（NTS，ANTS，RNTR，TDNS，TNTS，ENTS，DRAWBEAD，FNTS）

点面接触类型是接触节点将穿透target表面。这种接触类型通常用于一般两个表面间的接触。采用ANSYS隐式程序中同样的规则，需要定义target表面及contact表面。

·平面或凹面为target表面，凸面为contact表面

·粗网格所在面作为target面，细网格所在面为contact面

在定义压延筋接触时，筋总为contact表面，而板料为target表面。

3．面-面接触（STS，OSTS，ASTS，ROTR，TDSS，TSTS，ESTS，SE，FSTS，FOSS，TSES）

当一个物体的表面穿透另一个物体的表面时需使用面-面接触，面-面接触类型是最常用的，并且常用于任意形状且存在较大接触面积的物体接触。这种接触类型对于物体间有大量相对滑移时很有效，例如块在平板上滑动，球在槽内滑动等。

6.2.2 定义接触选项

对于以上三种接触类型的每一种又含有多个接触类型选项，在ANSYS/LS-DYNA中，可用以下几个选项：

1.通用接触（SS，NTS，STS，OSTS）

虽然通用接触的算法最简单，但它的使用范围仍很广。实际上，ANSYS/LS-DYNA三种接触选项中有两种是NTS和STS选项。使用通用接触最大的优点在于它们的速度很快并且很可靠。使用该种类型时，只需关心接触表面的取向，接触表面方向是指定义一个面的哪一边是实体和哪一边是“空气”。当使用实体单元时，程序自动为通用接触类型正确定向，而对于壳单元的接触，用户必须自己定义表面方向，在 EDCONTACT 命令中把ORIE域设为2，它将激活接触表面自动重新定向。特别要注意，只有壳表面没有初始贯穿时才会重新定向。

2.自动接触（ASSC，AG，ASS2D，ANTS，ASTS）

与通用接触类型一样，自动接触也是使用最广泛的接触。自动接触和通用接触间的主要差别就是它能通过自动接触算法自动确定壳单元的接触表面方向。在该选项中，将会检查壳单元每个面的接触，因此，通常会限制搜索深度。如果考虑到接触表面的穿透，可以使用无限或者大搜索深度的普通接触。参见本章后面的6.5节， Controlling Contact Depth 。

3.侵蚀接触（ESS,ENTS,ESTS）

侵蚀接触用于一个或两个表面的单元在接触时发生材料失效。接触依然可在剩余单元中进行。它用于实体单元穿透或是表面产生失效贯穿问题等。使用此选项，必须在 EDCGEN 命令中指定对称平面选项（V1）、内外节点侵蚀选项（V2）以及临近材料处理选项（V3）。

4.刚性接触（RNTR,ROTR）

刚性体接触和通用接触中的NTS和OSTS相类似，区别在于它采用一条用户自定义的力-挠度曲线而不是线性刚度来防止穿透。这种类型的接触最典型的应用是多个刚体间的相互接触。刚性体接触的最大优点在于它们可以包括能量吸收而无需用变形单元建模。 但是，刚性体接触（RNTR，ROTR）不能用于变形体。 刚性体和变形体间的接触必须用通用、自动或侵蚀选项来定义。对于刚性体接触选项，必须用 EDCGEN 命令来指定数据曲线ID（V1）力的计算方法（V2）和卸载选项（V3）。

5.固连接触（TDNS，TDSS，TSES）

固连接触选项实际上是把接触节点（表面）和目标表面“粘合”起来，接触和目标表面开始必须共面，于是初始化时，程序会计算contact节点（表面）在target部分内的等参数位置。然后，在载荷或初始速度的作用下，contact节点（表面）须在目标表面内保持它们的等参数位置。固连接触的效果就是target表面可以变形，而contact节点将追随其变形。定义固连接触时，较粗网格的物体需定义为target表面。只有平移自由度（UX，UY，UZ）才会受固连接触的影响。

6.断开接触（固连失效）（TNTS，TSTS）

固连断开接触与固连接触的区别在于contact节点（表面）仅在达到失效准则前和target表面固连在一起。利用一个罚刚度使得contact节点（表面）与target表面实现“销连接“；在达到失效准则后，接触节点（表面）可以相对于目标表面滑动或与之分离。固连断开接触的典型应用是焊点和螺栓连接。TNTS和TSTS间的主要区别就是TSTS失效与失效应力有关而TNTS则与失效力有关。使用TSTS时，需用 EDCGEN 命令来定义法向（V1）和切向（V2）失效应力；对于TNTS，需用 EDCGEN命令来定义法向（V1）和切向（V2）失效力以及法向（V3）和切向（V4）力的指数。固连失效准则如下式：

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7.边接触（SE）

单边接触用于发生在垂直于壳表面法线方向的接触中。该接触选项不需要定义接触或目标表面，常用于表面法向垂直于撞击方向的薄板成形工艺中。

8.压延筋接触（DRAWBEAD）

压延筋接触用于金属成形工艺中，它需特别注意坯料的约束。在拉延和冲压模拟时，板料与成形表面脱离的现象是很常见的。压延筋接触要求使用弯曲和摩擦约束力，用来保证板料在整个压延筋厚度尺寸上保持接触。

9.成形接触（FNTS，FSTS，FOSS）

成形接触主要用于金属成形工艺。对这些接触类型来说，工具和模具定义为目标面（master），而工作部分定义为接触面（slave）。这个选项不需用网格连接，但工具的网格必须在同一方向。由于该选项基于自动接触类型，因此在金属成形应用中非常有效。

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6.3 接触搜索方法

在ANSYS/LS-DYNA中，有两种接触算法用来确定发生接触的接触面和目标面，简述如下：

6.3.1 网格连接跟踪

在网格连接跟踪中，接触搜索算法用相邻单元片的共享节点去识别可能出现的接触域。因此，当一个目标片不再和接触表面节点接触时，就可以检验相邻的单元片。网格连接跟踪方法是非常有益的，因为它速度快；但也有缺点，它要求网格连续，以确保算法正确。因此，对不同的区域，必须设置不同的接触。NTS，OSTS，TSTS，TNTS和TDNS接触选项使用网格连接方法。但是，通过设置 EDCONTACT 命令的SHTK域为正值，接触选项NTS，OSTS和TDNS须使用批处理方法。

6.3.2 批处理方法

除了上述提及到的接触类型外，所有的接触都使用批处理方法，就是把target表面按区域分成很多批。Contact节点可以和同一批或相邻批中任意的target接触。批处理方法很可靠，但是当target表面的单元数较多时，它要比网格连接跟踪法慢。

6.3.3 限制接触搜索域

通过定义一个接触箱区域，用户可以把整个区域限制在一个接触搜索域内。定义一个接触箱后，接触搜索就会在箱体坐标指定的范围内执行。它的一个优点就是当预先知道两个物体的潜在接触面积时，可以使CPU时间消耗降到最少。当用部件或部件集合定义接触时，此选项才有效。接触箱用 EDBX 命令定义。

EDBX ， Option,BOXID,XMIN,XMAX,YMIN,YMAX,ZMIN,ZMAX

Option 增加，删除，列表

BOXID用户定义的ID号

XMIN最小x坐标

XMAX最大 x坐标

YMIN最小y坐标

YMAX最大y坐标

ZMIN最小z坐标

ZMAX最大z坐标

一旦定义后，一个BOXID可以在 EDCGEN 命令的BOXID1和BOXID2域使用。BOXID1和接触箱相对应而BOXID2与目标接触箱对应。

（http://pera.e-works.net.cn/document/200707/article1207_1.htm）