閉孔泡沫鋁夾芯板交通運輸抗沖擊性能研究27

LS-DYNA 接觸算法

在汽車碰撞、金屬成型或流固耦合的沖擊載荷分析等研究中，碰撞問題經常遇到。在 LS-DYNA3D 程序中處理不同結構界面的接觸碰撞和相對滑動是程序非常重要和獨特有效的功能。LS-DYNA3D程序處理接觸-碰撞界面主要采用三種不同的算法，即：節點約束法、對稱罰函數法和參數分配法。
(1)動態約束法(Kinematic Constraint Method)：在每一時間步At修正構形之前，搜索所有未與主面接觸的從節點，看是否在此△t 內穿透了主面。如是，縮小△t，使得那些穿透主面的從節點都不貫穿主面，而使其正好達到主面。在計算下一個At之前，對所有己經與主面接觸的從節點都施加約束條件，以保持從節點和主面不貫穿。此外，還應檢查那些和主面接觸的從節點所屬單元是否受到拉應力，如受到拉應力，則施加釋放條件，使從節點脫離主面。一旦主面的網格劃分比從面較細，某些主面上的節點可以毫無約束的貫穿從面(這是由于約束只施加在從節點上),形成所謂的“紐結”(kink)現象。在動力約束法中，此類的單元扭曲情況非常普遍。愈密的網格照理能降低此類問題的發生，但對于許多問題而言，例如爆炸生成氣體與結構表面間的作用，初始構形上好的網格在迭代多次后可能變得很糟糕，后來也可能會產生單元扭曲糾結的情況。因此日前此方法僅適用于只有固連界面，主要用來將結構網格的不協調部分連接起來。
(2)罰函數法 (Penalty Method): 罰函數法的方法是指，介于所有的貫穿節點以及接觸面之間，都有法向彈簧(normal interface spring)的組成以防止貫穿發生。罰函數方法的固有缺陷是求解出的撞擊力、撞擊速度和加速度都是振蕩的，振蕩的程度和所選取的罰函數數值有關，可以通過減小時間步長的方法降低振蕩。因此，若采用 contack_sliding_only 即滑動接觸選項，處理炸藥與結構的作用問題，應避免采用罰函數的接觸算法。
(3)分布參數法 (Distributed Parameter Method)：在參數分配的算法中，有1/2的從面單元質量被分配到與其接觸的主面重迭區。同樣的，每個從面單元的內應力值也在分配后，成為主面區域的分布壓力。在質量及應力完成分配之后，修正主面單元的加速度，然后對從面節點的加速度及速度施加約束，以保證從節點在主面滑動，不允許從節點穿透主表面，從而避免了反彈現象。目前此法僅適用于處理流體與固體間有相對滑動的問題，如炸藥爆炸的氣體生成物對結構的作用。

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