Vai al contenuto

Contatto e incorporamento

Utilizzare le funzioni di analisi del contatto e di incorporamento per problemi in cui parti indipendenti entrano in contatto e trasmettono carico o scorrono l'una rispetto all'altra, oppure per problemi in cui una parte deve essere rappresentata come incorporata in un'altra. L'analisi del contatto applica vincoli per impedire la compenetrazione e trasmettere le forze di attrito sulle superfici di contatto, mentre l'incorporamento rappresenta un collegamento completamente vincolato tra le parti.

L'analisi del contatto in FrontISTR è configurata combinando un tipo di contatto, un algoritmo di soluzione, una definizione della coppia di contatto e l'attivazione per step. L'incorporamento utilizza il framework di contatto per vincolare i nodi del lato incorporato agli elementi del lato ospitante.

Panoramica delle funzioni

È utile organizzare l'analisi del contatto selezionando in sequenza i seguenti elementi.

Criterio di selezione Opzioni Ruolo
Tipo di contatto Contatto a piccolo scorrimento, contatto a scorrimento finito, vincolo tied Determina come sono consentiti il moto relativo, la separazione e lo scorrimento tra le superfici di contatto.
Algoritmo di soluzione SLAGRANGE, ALAGRANGE Determina come i vincoli di contatto vengono incorporati nel sistema lineare e nelle iterazioni non lineari.
Coppia di contatto NODE-SURF, SURF-SURF Determina la rappresentazione dei lati slave e master. Le definizioni delle coppie sono specificate nei dati della mesh.
Attrito Senza attrito, attrito di Coulomb Specifica la resistenza tangenziale mediante un coefficiente di attrito.
Attivazione !STEP, riga CONTACT Attiva un gruppo di contatto o di incorporamento per ogni step.

Nei dati di input, definire le condizioni di contatto con !CONTACT e selezionare il metodo di soluzione con !CONTACT_ALGO. I parametri per regolare il rilevamento del contatto sono raggruppati in !CONTACT_PARAM. Per gestire gradualmente l'interferenza iniziale, utilizzare anche !CONTACT_INTERFERENCE.

L'incorporamento è definito con !EMBED ed è attivato per ogni step tramite la stessa riga CONTACT usata per il contatto. Per l'eliminazione dei gradi di libertà di contatto e il trattamento dei vincoli multipunto da parte del solver lineare, vedere Solver e precondizionamento.

Scelta del metodo di analisi del contatto

Scegliere il tipo di contatto in base al moto relativo delle superfici di contatto e allo scopo dell'analisi. Utilizzare il contatto a piccolo scorrimento quando lo scorrimento è limitato e non sono necessari grandi aggiornamenti della posizione di contatto. Utilizzare il contatto a scorrimento finito per grandi deformazioni o grandi scorrimenti relativi. Utilizzare un vincolo tied quando le parti devono rimanere collegate permanentemente senza scorrimento né separazione.

Per l'algoritmo di soluzione, considerare innanzitutto il metodo standard dei moltiplicatori di Lagrange (SLAGRANGE). Se occorre migliorare l'accuratezza del vincolo tramite iterazioni esterne, considerare il metodo dei moltiplicatori di Lagrange aumentati (ALAGRANGE). Con ALAGRANGE, AUGITER specifica il numero di iterazioni di Lagrange aumentato.

Quando si considera l'attrito, specificare un coefficiente di attrito per ciascuna coppia di contatto. Una coppia di contatto con coefficiente di attrito pari a 0 viene trattata come senza attrito. Poiché l'attrito influisce sulla convergenza, specificarlo solo per le coppie di contatto che lo richiedono.

Sono supportate come superfici di contatto solo le superfici di elementi di primo ordine. Non sono supportati input che utilizzano superfici di elementi di ordine superiore come superfici di contatto. Quando si utilizza il contatto in un'analisi con elementi di ordine superiore, modellare le superfici di contatto in modo che possano essere rappresentate in modo equivalente da superfici di elementi di primo ordine.

Contatto a piccolo scorrimento

Il contatto a piccolo scorrimento è un tipo di contatto che presume piccoli cambiamenti della posizione di contatto. Nei dati di input, in !CONTACT specificarlo con INTERACTION=SSLID.

Per problemi in cui lo scorrimento relativo tra le superfici di contatto è piccolo, il contatto a piccolo scorrimento può rendere più stabile il rilevamento del contatto. Gestisce le variazioni dello stato di contatto e la separazione, ma non presume grandi spostamenti dei punti di contatto corrispondenti come nel contatto a scorrimento finito.

Il contatto a piccolo scorrimento supporta sia il contatto senza attrito sia il contatto con attrito di Coulomb. Il contatto su superfici di elementi di ordine superiore non è supportato.

Contatto a scorrimento finito

Il contatto a scorrimento finito è un tipo di contatto che aggiorna i punti di contatto corrispondenti con il progredire della deformazione. Nei dati di input, in !CONTACT specificarlo con INTERACTION=FSLID.

Utilizzare il contatto a scorrimento finito per grandi deformazioni, grandi scorrimenti relativi tra le parti o spostamenti della posizione di contatto lontano dalla posizione iniziale. Per trovare i punti di contatto corrispondenti viene utilizzata una ricerca a bucket, consentendo l'aggiornamento della posizione di contatto durante l'analisi.

INTERACTION=GLUED è una specifica di compatibilità ed è trattata internamente come contatto a scorrimento finito. Il contatto a scorrimento finito supporta sia il contatto senza attrito sia il contatto con attrito di Coulomb.

Vincolo tied

Un vincolo tied è un tipo di contatto che collega permanentemente le superfici specificate da una coppia di contatto. Nei dati di input, in !CONTACT specificarlo con INTERACTION=TIED.

Un vincolo tied non consente né scorrimento né separazione. È utile per collegare mesh con dimensioni degli elementi diverse o quando regioni create come parti separate devono comportarsi come un unico corpo nell'analisi.

L'incorporamento vincola i nodi del lato incorporato agli elementi ospitanti, quindi i suoi oggetti di input differiscono da quelli di un vincolo tied, che collega le due superfici di una coppia di contatto. Utilizzare l'incorporamento quando un gruppo di nodi deve essere vincolato all'interno degli elementi circostanti.

Incorporamento

L'incorporamento vincola un gruppo di nodi sul lato incorporato a un gruppo di elementi sul lato ospitante. Nei dati di input, definire la coppia di incorporamento con !EMBED PAIR nei dati della mesh e, nei dati di controllo dell'analisi, con !EMBED specificare il nome della coppia e l'ID del gruppo.

In una coppia di incorporamento, SLAVE_GRP è il gruppo di nodi sul lato incorporato e MASTER_GRP è il gruppo di elementi sul lato ospitante. Utilizzare questa funzione quando un gruppo di nodi deve essere rigidamente vincolato all'interno degli elementi solidi circostanti.

L'incorporamento viene assemblato secondo l'impostazione globale della soluzione del contatto. Normalmente, considerare prima SLAGRANGE. Quando si utilizza ALAGRANGE, verificare il coefficiente di penalità e la convergenza delle iterazioni esterne. L'attrito non è supportato. L'attivazione per step utilizza lo stesso meccanismo del contatto: in !STEP, nella riga CONTACT, specificare l'ID del gruppo.

Algoritmi di soluzione

L'algoritmo di soluzione del contatto è specificato con !CONTACT_ALGO. È indipendente dal tipo di contatto e serve a modificare il modo in cui vengono risolti i vincoli per la stessa coppia di contatto.

TYPE=SLAGRANGE è il metodo standard dei moltiplicatori di Lagrange. Incorpora i gradi di libertà di contatto nel sistema lineare e tratta direttamente le equazioni di vincolo. È una scelta standard e stabile e deve essere considerata per prima anche quando si utilizza l'incorporamento.

TYPE=ALAGRANGE è il metodo dei moltiplicatori di Lagrange aumentati. Combina un termine di penalità con iterazioni esterne per soddisfare i vincoli. Può essere considerato quando è richiesta una maggiore accuratezza dei vincoli di contatto, ma poiché AUGITER aggiunge iterazioni esterne, occorre verificare il costo computazionale e il comportamento di convergenza.

Per l'eliminazione dei gradi di libertà di contatto, le combinazioni con solver diretti e iterativi e i metodi di trattamento MPC, vedere Solver e precondizionamento.

Definizione della coppia di contatto

Una coppia di contatto è una specifica nei dati della mesh che definisce quale lato slave entra in contatto con quale lato master. Nei dati di input, definire il nome della coppia, il gruppo slave e il gruppo master con !CONTACT PAIR e fare riferimento al nome della coppia da !CONTACT nei dati di controllo dell'analisi.

TYPE=NODE-SURF è una rappresentazione nodo-superficie in cui il lato slave è specificato come gruppo di nodi e il lato master come gruppo di superfici. Rappresenta direttamente i problemi in cui un gruppo di nodi entra in contatto con una superficie.

TYPE=SURF-SURF specifica sia il lato slave sia il lato master come gruppi di superfici. Internamente, dal gruppo di superfici slave viene generato un gruppo di nodi e la coppia viene convertita in contatto nodo-superficie. Utilizzare questa rappresentazione quando la superficie slave deve essere gestita come gruppo di superfici.

Parametri di rilevamento del contatto

I parametri di rilevamento del contatto sono soglie numeriche utilizzate per la ricerca del contatto e il passaggio tra stati di contatto. Nei dati di input, definire un set di parametri con nome mediante !CONTACT_PARAM e, in !CONTACT, farvi riferimento tramite CONTACTPARAM.

Tra i parametri principali vi sono il gioco normale CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM per gli elementi già in contatto, TENSILE_FORCE per il rilevamento della separazione e BOX_EXP_RATE per l'espansione della scatola di ricerca. Il valore predefinito di CLEARANCE è 0.01.

Per le analisi standard, i parametri predefiniti di rilevamento del contatto sono generalmente sufficienti. Regolarli solo in presenza di problemi, come oscillazioni dello stato di contatto, commutazione involontaria dei punti di contatto o instabilità nella ricerca iniziale del contatto. Vedere il riferimento ai keyword per i valori dei parametri e l'ordine delle righe di dati.

Risoluzione dell'interferenza di contatto

La risoluzione dell'interferenza di contatto è una funzione che varia gradualmente l'entità dell'interferenza o della separazione per un modello le cui superfici di contatto interferiscono nello stato iniziale. È specificata con !CONTACT_INTERFERENCE.

Utilizzare TYPE=SLAVE o TYPE=MASTER per selezionare se la risoluzione dell'interferenza è riferita al lato slave o master. END specifica il tempo in cui termina la risoluzione dell'interferenza e a ciascuna coppia di contatto vengono assegnate una posizione iniziale initial_pos e una posizione finale end_pos.

Questa funzione è utile quando le parti interferiscono geometricamente nel modello ma tale interferenza deve essere riprodotta nell'analisi come stato iniziale di contatto o stato di accoppiamento forzato. La rimozione improvvisa dell'interferenza può peggiorare la convergenza, quindi variarla gradualmente all'interno dello step.

Argomenti correlati