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Contacto y embebido

Utilice las funciones de análisis de contacto y embebido para problemas en los que piezas independientes entran en contacto y transmiten carga o se deslizan entre sí, o para problemas en los que una pieza debe representarse embebida en otra. El análisis de contacto aplica restricciones para impedir la penetración y transmitir fuerzas de fricción en las superficies de contacto, mientras que el embebido representa una conexión totalmente restringida entre piezas.

El análisis de contacto de FrontISTR se configura combinando un tipo de contacto, un algoritmo de solución, una definición de par de contacto y la activación por pasos. El embebido utiliza el marco de contacto para restringir los nodos del lado embebido a los elementos del lado anfitrión.

Resumen funcional

Resulta útil organizar el análisis de contacto seleccionando los siguientes elementos en secuencia.

Eje de selección Opciones Función
Tipo de contacto Contacto con deslizamiento pequeño, contacto con deslizamiento finito, restricción tied Determina cómo se permiten el movimiento relativo, la separación y el deslizamiento entre superficies de contacto.
Algoritmo de solución SLAGRANGE, ALAGRANGE Determina cómo se incorporan las restricciones de contacto al sistema lineal y a las iteraciones no lineales.
Par de contacto NODE-SURF, SURF-SURF Determina la representación de los lados esclavo y maestro. Las definiciones de pares se especifican en los datos de malla.
Fricción Sin fricción, fricción de Coulomb Especifica la resistencia tangencial mediante un coeficiente de fricción.
Activación !STEP, línea CONTACT Activa un grupo de contacto o de embebido en cada paso.

En los datos de entrada, defina las condiciones de contacto mediante !CONTACT y seleccione el método de solución mediante !CONTACT_ALGO. Los parámetros para ajustar la detección de contacto se agrupan en !CONTACT_PARAM. Para tratar gradualmente una interferencia inicial, utilice también !CONTACT_INTERFERENCE.

El embebido se define mediante !EMBED y se activa en cada paso mediante la misma línea CONTACT utilizada para el contacto. Para la eliminación de grados de libertad de contacto y el tratamiento por el solver lineal de restricciones multipunto, consulte Solver y precondicionamiento.

Elección de un método de análisis de contacto

Elija el tipo de contacto en función del movimiento relativo de las superficies de contacto y de la finalidad del análisis. Utilice contacto con deslizamiento pequeño cuando el deslizamiento sea limitado y no se requieran grandes actualizaciones de la posición de contacto. Utilice contacto con deslizamiento finito para grandes deformaciones o grandes deslizamientos relativos. Utilice una restricción tied cuando las piezas deban permanecer conectadas de forma permanente, sin deslizamiento ni separación.

Para el algoritmo de solución, considere primero el método estándar de multiplicadores de Lagrange (SLAGRANGE). Si es necesario mejorar la precisión de la restricción mediante iteraciones externas, considere el método de multiplicadores de Lagrange aumentados (ALAGRANGE). Con ALAGRANGE, AUGITER especifica el número de iteraciones de Lagrange aumentado.

Cuando se considere la fricción, especifique un coeficiente de fricción para cada par de contacto. Un par de contacto con coeficiente de fricción 0 se trata como sin fricción. Dado que la fricción afecta a la convergencia, especifíquela únicamente para los pares de contacto que la requieran.

Solo se admiten como superficies de contacto las superficies de elementos de primer orden. No se admiten entradas que utilicen superficies de elementos de orden superior como superficies de contacto. Al utilizar contacto en un análisis con elementos de orden superior, modele las superficies de contacto de modo que puedan representarse de forma equivalente mediante superficies de elementos de primer orden.

Contacto con deslizamiento pequeño

El contacto con deslizamiento pequeño es un tipo de contacto que supone que los cambios en la posición de contacto son pequeños. En los datos de entrada, especifíquelo en !CONTACT mediante INTERACTION=SSLID.

Para problemas en los que el deslizamiento relativo entre superficies de contacto sea pequeño, el contacto con deslizamiento pequeño puede hacer más estable la detección de contacto. Gestiona los cambios del estado de contacto y la separación, pero no presupone grandes desplazamientos de los puntos de contacto correspondientes como sí lo hace el contacto con deslizamiento finito.

El contacto con deslizamiento pequeño admite tanto contacto sin fricción como contacto con fricción de Coulomb. No se admite el contacto sobre superficies de elementos de orden superior.

Contacto con deslizamiento finito

El contacto con deslizamiento finito es un tipo de contacto que actualiza los puntos de contacto correspondientes a medida que progresa la deformación. En los datos de entrada, especifíquelo en !CONTACT mediante INTERACTION=FSLID.

Utilice contacto con deslizamiento finito para grandes deformaciones, grandes deslizamientos relativos entre piezas o migración de la posición de contacto lejos de su posición inicial. Se utiliza una búsqueda por buckets para localizar los puntos de contacto correspondientes, lo que permite actualizar la posición de contacto durante el análisis.

INTERACTION=GLUED es una especificación de compatibilidad y se trata internamente como contacto con deslizamiento finito. El contacto con deslizamiento finito admite tanto contacto sin fricción como contacto con fricción de Coulomb.

Restricción tied

Una restricción tied es un tipo de contacto que conecta de forma permanente las superficies especificadas por un par de contacto. En los datos de entrada, especifíquela en !CONTACT mediante INTERACTION=TIED.

Una restricción tied no permite ni deslizamiento ni separación. Resulta útil al conectar mallas con distintos tamaños de elemento o cuando regiones creadas como piezas separadas deben comportarse como un único cuerpo en el análisis.

El embebido restringe los nodos del lado embebido a elementos anfitriones, por lo que sus objetivos de entrada difieren de los de una restricción tied, que conecta las dos superficies de un par de contacto. Utilice el embebido cuando deba restringirse un grupo de nodos dentro de elementos circundantes.

Embebido

El embebido restringe un grupo de nodos del lado embebido a un grupo de elementos del lado anfitrión. En los datos de entrada, defina el par de embebido mediante !EMBED PAIR en los datos de malla y especifique el nombre del par y el ID de grupo mediante !EMBED en los datos de control del análisis.

En un par de embebido, SLAVE_GRP es el grupo de nodos del lado embebido y MASTER_GRP es el grupo de elementos del lado anfitrión. Utilice esta función cuando deba restringirse rígidamente un grupo de nodos dentro de elementos sólidos circundantes.

El embebido se ensambla de acuerdo con la configuración global de solución de contacto. Normalmente, considere primero SLAGRANGE. Cuando utilice ALAGRANGE, compruebe el coeficiente de penalización y la convergencia de las iteraciones externas. No se admite fricción. La activación por pasos utiliza el mismo mecanismo que el contacto: especifique el ID de grupo en !STEP, en la línea CONTACT.

Algoritmos de solución

El algoritmo de solución de contacto se especifica mediante !CONTACT_ALGO. Es independiente del tipo de contacto y se utiliza para cambiar la forma en que se resuelven las restricciones del mismo par de contacto.

TYPE=SLAGRANGE es el método estándar de multiplicadores de Lagrange. Incorpora los grados de libertad de contacto al sistema lineal y trata directamente las ecuaciones de restricción. Es una opción estándar y estable, y también debe considerarse en primer lugar cuando se utiliza embebido.

TYPE=ALAGRANGE es el método de multiplicadores de Lagrange aumentados. Combina un término de penalización con iteraciones externas para satisfacer las restricciones. Puede considerarse cuando se requiere una mayor precisión de las restricciones de contacto, pero como AUGITER añade iteraciones externas, deben comprobarse el coste computacional y el comportamiento de convergencia.

Para la eliminación de grados de libertad de contacto, las combinaciones con solvers directos e iterativos y los métodos de tratamiento de MPC, consulte Solver y precondicionamiento.

Definición de pares de contacto

Un par de contacto es una especificación de los datos de malla que define qué lado esclavo entra en contacto con qué lado maestro. En los datos de entrada, defina el nombre del par, el grupo esclavo y el grupo maestro mediante !CONTACT PAIR, y haga referencia al nombre del par desde !CONTACT en los datos de control del análisis.

TYPE=NODE-SURF es una representación nodo-superficie en la que el lado esclavo se especifica como grupo de nodos y el lado maestro como grupo de superficies. Representa directamente problemas en los que un grupo de nodos entra en contacto con una superficie.

TYPE=SURF-SURF especifica tanto el lado esclavo como el maestro como grupos de superficies. Internamente, se genera un grupo de nodos a partir del grupo de superficies esclavo y el par se convierte en contacto nodo-superficie. Utilice esta representación cuando la superficie esclava deba gestionarse como grupo de superficies.

Parámetros de detección de contacto

Los parámetros de detección de contacto son umbrales numéricos utilizados para la búsqueda de contacto y el cambio de estados de contacto. En los datos de entrada, defina un conjunto de parámetros con nombre mediante !CONTACT_PARAM y haga referencia a él desde !CONTACT mediante CONTACTPARAM.

Entre los parámetros representativos se incluyen la holgura normal CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM para elementos que ya están en contacto, TENSILE_FORCE para la detección de separación y BOX_EXP_RATE para ampliar la caja de búsqueda. El valor predeterminado de CLEARANCE es 0.01.

En análisis estándar, los parámetros predeterminados de detección de contacto suelen ser suficientes. Ajústelos únicamente cuando se produzcan problemas, como oscilación del estado de contacto, cambios no deseados de los puntos de contacto o inestabilidad en la búsqueda inicial de contacto. Consulte la referencia de palabras clave para conocer los valores de los parámetros y el orden de las líneas de datos.

Resolución de interferencia de contacto

La resolución de interferencia de contacto es una función que modifica gradualmente la magnitud de interferencia o separación para un modelo cuyas superficies de contacto interfieren en el estado inicial. Se especifica mediante !CONTACT_INTERFERENCE.

Utilice TYPE=SLAVE o TYPE=MASTER para seleccionar si la resolución de interferencia toma como referencia el lado esclavo o el lado maestro. END especifica el tiempo en el que finaliza la resolución de interferencia, y a cada par de contacto se le asigna una posición inicial initial_pos y una posición final end_pos.

Esta función resulta útil cuando las piezas interfieren geométricamente en el modelo, pero esa interferencia debe reproducirse en el análisis como estado inicial de contacto o estado de ajuste por interferencia. Eliminar bruscamente la interferencia puede perjudicar la convergencia, por lo que debe variarse gradualmente dentro del paso.

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