LS-DYNA中的接触控制参数

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”（见下图），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VC=σy3。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_RCFORC，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”。