閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)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(jīng)常遇到。在 LS-DYNA3D 程序中處理不同結(jié)構(gòu)界面的接觸碰撞和相對(duì)滑動(dòng)是程序非常重要和獨(dú)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(jié)點(diǎn)約束法、對(duì)稱罰函數(shù)法和參數(shù)分配法。
(1)動(dòng)態(tài)約束法(Kinematic Constraint Method)：在每一時(shí)間步At修正構(gòu)形之前，搜索所有未與主面接觸的從節(jié)點(diǎn)，看是否在此△t 內(nèi)穿透了主面。如是，縮小△t，使得那些穿透主面的從節(jié)點(diǎn)都不貫穿主面，而使其正好達(dá)到主面。在計(jì)算下一個(gè)At之前，對(duì)所有己經(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)和主面不貫穿。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，如受到拉應(yīng)力，則施加釋放條件，使從節(jié)點(diǎn)脫離主面。一旦主面的網(wǎng)格劃分比從面較細(xì)，某些主面上的節(jié)點(diǎn)可以毫無約束的貫穿從面(這是由于約束只施加在從節(jié)點(diǎn)上),形成所謂的“紐結(jié)”(kink)現(xiàn)象。在動(dòng)力約束法中，此類的單元扭曲情況非常普遍。愈密的網(wǎng)格照理能降低此類問題的發(fā)生，但對(duì)于許多問題而言，例如爆炸生成氣體與結(jié)構(gòu)表面間的作用，初始構(gòu)形上好的網(wǎng)格在迭代多次后可能變得很糟糕，后來也可能會(huì)產(chǎn)生單元扭曲糾結(jié)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(jié)構(gòu)網(wǎng)格的不協(xié)調(diào)部分連接起來。
(2)罰函數(shù)法 (Penalty Method): 罰函數(shù)法的方法是指，介于所有的貫穿節(jié)點(diǎn)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(fā)生。罰函數(shù)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(shù)數(shù)值有關(guān)，可以通過減小時(shí)間步長(zhǎng)的方法降低振蕩。因此，若采用 contack_sliding_only 即滑動(dòng)接觸選項(xiàng)，處理炸藥與結(jié)構(gòu)的作用問題，應(yīng)避免采用罰函數(shù)的接觸算法。
(3)分布參數(shù)法 (Distributed Parameter Method)：在參數(shù)分配的算法中，有1/2的從面單元質(zhì)量被分配到與其接觸的主面重迭區(qū)。同樣的，每個(gè)從面單元的內(nèi)應(yīng)力值也在分配后，成為主面區(qū)域的分布?jí)毫?。在質(zhì)量及應(yīng)力完成分配之后，修正主面單元的加速度，然后對(duì)從面節(jié)點(diǎn)的加速度及速度施加約束，以保證從節(jié)點(diǎn)在主面滑動(dòng)，不允許從節(jié)點(diǎn)穿透主表面，從而避免了反彈現(xiàn)象。目前此法僅適用于處理流體與固體間有相對(duì)滑動(dòng)的問題，如炸藥爆炸的氣體生成物對(duì)結(jié)構(gòu)的作用。

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