Kontakt a vkládání

Funkce kontaktní analýzy a vkládání používejte pro úlohy, v nichž se nezávislé části dostávají do kontaktu a přenášejí zatížení nebo se vůči sobě posouvají, případně pro úlohy, v nichž má být jedna část reprezentována jako vložená do jiné. Kontaktní analýza uplatňuje omezení zabraňující pronikání a přenáší třecí síly na kontaktních plochách, zatímco vkládání představuje plně vázané spojení mezi částmi.

Kontaktní analýza ve FrontISTR se konfiguruje kombinací typu kontaktu, algoritmu řešení, definice kontaktní dvojice a aktivace po jednotlivých krocích. Vkládání používá kontaktní rámec k omezení uzlů na vložené straně vůči prvkům na hostitelské straně.

Přehled funkcí

Kontaktní analýzu je vhodné uspořádat postupnou volbou následujících položek.

Oblast volby	Možnosti	Úloha
Typ kontaktu	Kontakt s malým posuvem, kontakt s konečným posuvem, vázané omezení	Určuje, jak jsou povoleny relativní pohyb, oddělení a posuv mezi kontaktními plochami.
Algoritmus řešení	SLAGRANGE, ALAGRANGE	Určuje, jak se kontaktní omezení začlení do lineárního systému a nelineárních iterací.
Kontaktní dvojice	NODE-SURF, SURF-SURF	Určuje reprezentaci slave a master strany. Definice dvojic se zadávají v datech sítě.
Tření	Bez tření, Coulombovo tření	Určuje tečný odpor pomocí součinitele tření.
Aktivace	!STEP, řádek CONTACT	Aktivuje kontaktní skupinu nebo skupinu vkládání pro každý krok.

Ve vstupních datech definujte kontaktní podmínky pomocí !CONTACT a metodu řešení zvolte pomocí !CONTACT_ALGO. Parametry pro ladění detekce kontaktu jsou seskupeny v !CONTACT_PARAM. Pro postupné zpracování počátečního přesahu použijte také !CONTACT_INTERFERENCE.

Vkládání se definuje pomocí !EMBED a v každém kroku se aktivuje prostřednictvím stejného řádku CONTACT jako kontakt. Eliminaci kontaktních stupňů volnosti a zpracování vícebodových omezení lineárním řešičem viz Řešič a předpodmínění.

Volba metody kontaktní analýzy

Typ kontaktu zvolte podle relativního pohybu kontaktních ploch a účelu analýzy. Kontakt s malým posuvem použijte, je-li posuv omezený a nejsou nutné velké aktualizace polohy kontaktu. Kontakt s konečným posuvem použijte pro velké deformace nebo velký relativní posuv. Vázané omezení použijte, musí-li části zůstat trvale spojeny bez posuvu nebo oddělení.

U algoritmu řešení zvažte nejprve standardní metodu Lagrangeových multiplikátorů (SLAGRANGE). Je-li třeba přesnost omezení zlepšit pomocí vnějších iterací, zvažte rozšířenou metodu Lagrangeových multiplikátorů (ALAGRANGE). Při ALAGRANGE určuje AUGITER počet rozšířených Lagrangeových iterací.

Je-li uvažováno tření, zadejte pro každou kontaktní dvojici součinitel tření. Kontaktní dvojice se součinitelem tření 0 se považuje za bez tření. Protože tření ovlivňuje konvergenci, zadávejte je pouze pro kontaktní dvojice, které je vyžadují.

Jako kontaktní plochy jsou podporovány pouze plochy prvků prvního řádu. Vstupy používající jako kontaktní plochy plochy prvků vyššího řádu nejsou podporovány. Při použití kontaktu v analýze s prvky vyššího řádu modelujte kontaktní plochy tak, aby je bylo možné ekvivalentně reprezentovat plochami prvků prvního řádu.

Kontakt s malým posuvem

Kontakt s malým posuvem je typ kontaktu, který předpokládá malé změny polohy kontaktu. Ve vstupních datech jej v !CONTACT zadejte pomocí INTERACTION=SSLID.

U úloh, v nichž je relativní posuv mezi kontaktními plochami malý, může kontakt s malým posuvem zvýšit stabilitu detekce kontaktu. Zpracovává změny kontaktního stavu a oddělení, ale na rozdíl od kontaktu s konečným posuvem nepředpokládá velký pohyb odpovídajících kontaktních bodů.

Kontakt s malým posuvem podporuje kontakt bez tření i kontakt s Coulombovým třením. Kontakt na plochách prvků vyššího řádu není podporován.

Kontakt s konečným posuvem

Kontakt s konečným posuvem je typ kontaktu, který s postupující deformací aktualizuje odpovídající kontaktní body. Ve vstupních datech jej v !CONTACT zadejte pomocí INTERACTION=FSLID.

Kontakt s konečným posuvem použijte pro velké deformace, velký relativní posuv mezi částmi nebo přesun polohy kontaktu daleko od počáteční polohy. Pro vyhledání odpovídajících kontaktních bodů se používá bucket search, takže lze polohu kontaktu během analýzy aktualizovat.

INTERACTION=GLUED je kompatibilní specifikace a interně se zpracovává jako kontakt s konečným posuvem. Kontakt s konečným posuvem podporuje kontakt bez tření i kontakt s Coulombovým třením.

Vázané omezení

Vázané omezení je typ kontaktu, který trvale spojuje plochy určené kontaktní dvojicí. Ve vstupních datech jej v !CONTACT zadejte pomocí INTERACTION=TIED.

Vázané omezení nepovoluje posuv ani oddělení. Je užitečné při spojování sítí s různými velikostmi prvků nebo když se oblasti vytvořené jako samostatné části mají v analýze chovat jako jedno těleso.

Vkládání váže uzly na vložené straně k hostitelským prvkům, takže jeho vstupní cíle se liší od vázaného omezení, které spojuje dvě plochy kontaktní dvojice. Vkládání použijte, musí-li být skupina uzlů omezena uvnitř okolních prvků.

Vkládání

Vkládání váže skupinu uzlů na vložené straně ke skupině prvků na hostitelské straně. Ve vstupních datech definujte dvojici pro vkládání pomocí !EMBED PAIR v datech sítě a v řídicích datech analýzy zadejte název dvojice a ID skupiny pomocí !EMBED.

Ve dvojici pro vkládání je SLAVE_GRP skupina uzlů na vložené straně a MASTER_GRP skupina prvků na hostitelské straně. Tuto funkci použijte, musí-li být skupina uzlů pevně vázána uvnitř okolních objemových prvků.

Vkládání se sestavuje podle globálního nastavení řešení kontaktu. Obvykle zvažte nejprve SLAGRANGE. Při použití ALAGRANGE zkontrolujte penalizační koeficient a konvergenci vnějších iterací. Tření není podporováno. Aktivace po krocích používá stejný mechanismus jako kontakt: v !STEP zadejte ID skupiny na řádku CONTACT.

Algoritmy řešení

Algoritmus řešení kontaktu se zadává pomocí !CONTACT_ALGO. Je nezávislý na typu kontaktu a slouží ke změně způsobu řešení omezení pro stejnou kontaktní dvojici.

TYPE=SLAGRANGE je standardní metoda Lagrangeových multiplikátorů. Začleňuje kontaktní stupně volnosti do lineárního systému a řeší rovnice omezení přímo. Jde o standardní stabilní volbu a měla by být zvažována jako první také při použití vkládání.

TYPE=ALAGRANGE je rozšířená metoda Lagrangeových multiplikátorů. Kombinuje penalizační člen s vnějšími iteracemi pro splnění omezení. Lze ji zvážit, je-li vyžadována vyšší přesnost kontaktního omezení, ale protože AUGITER přidává vnější iterace, je třeba ověřit výpočetní náklady a chování konvergence.

Eliminaci kontaktních stupňů volnosti, kombinace s přímými a iteračními řešiči a metody zpracování MPC viz Řešič a předpodmínění.

Definice kontaktní dvojice

Kontaktní dvojice je specifikace v datech sítě, která určuje, která slave strana kontaktuje kterou master stranu. Ve vstupních datech definujte název dvojice, slave skupinu a master skupinu pomocí !CONTACT PAIR a v řídicích datech analýzy odkažte na název dvojice z !CONTACT.

TYPE=NODE-SURF je reprezentace uzel-plocha, v níž je slave strana zadána jako skupina uzlů a master strana jako skupina ploch. Přímo reprezentuje úlohy, v nichž skupina uzlů kontaktuje plochu.

TYPE=SURF-SURF zadává slave i master stranu jako skupiny ploch. Interně se ze slave skupiny ploch vytvoří skupina uzlů a dvojice se převede na kontakt uzel-plocha. Tuto reprezentaci použijte, má-li být slave plocha spravována jako skupina ploch.

Parametry detekce kontaktu

Parametry detekce kontaktu jsou numerické prahy používané při vyhledávání kontaktu a přepínání kontaktních stavů. Ve vstupních datech definujte pojmenovanou sadu parametrů pomocí !CONTACT_PARAM a v !CONTACT na ni odkazujte pomocí CONTACTPARAM.

Mezi reprezentativní parametry patří normálová tolerance CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM pro prvky, které jsou již v kontaktu, TENSILE_FORCE pro detekci oddělení a BOX_EXP_RATE pro rozšíření vyhledávacího boxu. Výchozí hodnota CLEARANCE je 0.01.

Pro standardní analýzy jsou výchozí parametry detekce kontaktu obecně dostačující. Upravujte je pouze při problémech, například oscilaci kontaktního stavu, nechtěném přepínání kontaktních bodů nebo nestabilitě počátečního vyhledávání kontaktu. Hodnoty parametrů a pořadí datových řádků viz reference klíčových slov.

Řešení kontaktního přesahu

Řešení kontaktního přesahu je funkce, která postupně mění velikost přesahu nebo oddělení u modelu, jehož kontaktní plochy se v počátečním stavu překrývají. Zadává se pomocí !CONTACT_INTERFERENCE.

Pomocí TYPE=SLAVE nebo TYPE=MASTER zvolte, zda se řešení přesahu vztahuje ke slave nebo master straně. END určuje čas dokončení řešení přesahu a každé kontaktní dvojici se přiřadí počáteční poloha initial_pos a koncová poloha end_pos.

Tato funkce je užitečná, když se části v modelu geometricky překrývají, ale tento přesah má být v analýze reprodukován jako počáteční kontaktní stav nebo stav lisovaného spoje. Náhlé odstranění přesahu může zhoršit konvergenci, proto jej v rámci kroku měňte postupně.

Související témata

• Kontaktní analýza (teorie) — Formulace kontaktních úloh
• Typy analýz — Nelineární analýza zahrnující kontakt
• Nelineární iterace a časová integrace — Struktura kontaktní iterační smyčky, rozdíly mezi SLAGRANGE a ALAGRANGE a kritéria konvergence
• Řízení kroků — Aktivace kontaktu a vkládání po jednotlivých krocích
• Řešič a předpodmínění — Eliminace kontaktních stupňů volnosti a metody zpracování MPC
• Reference klíčových slov:
• Řízení analýzy: !CONTACT, !CONTACT_ALGO, !CONTACT_PARAM, !EMBED
• Definice sítě: !CONTACT PAIR, !EMBED PAIR