Przejdź do treści

Kontakt i osadzanie

Funkcji analizy kontaktowej i osadzania używa się w problemach, w których niezależne części stykają się ze sobą i przenoszą obciążenie albo przesuwają się względem siebie, lub gdy jedna część ma być reprezentowana jako osadzona w drugiej. Analiza kontaktowa nakłada więzy zapobiegające przenikaniu i przenosi siły tarcia na powierzchniach kontaktowych, natomiast osadzanie reprezentuje w pełni związane połączenie między częściami.

Analizę kontaktową w FrontISTR konfiguruje się przez połączenie typu kontaktu, algorytmu rozwiązania, definicji pary kontaktowej i aktywacji w poszczególnych krokach. Osadzanie wykorzystuje mechanizm kontaktu do związania węzłów po stronie osadzonej z elementami po stronie hosta.

Przegląd funkcji

Analizę kontaktową wygodnie jest uporządkować przez kolejny wybór następujących pozycji.

Oś wyboru Opcje Rola
Typ kontaktu Kontakt z małym poślizgiem, kontakt ze skończonym poślizgiem, więz związany Określa, w jaki sposób dozwolone są ruch względny, rozdzielenie i poślizg między powierzchniami kontaktowymi.
Algorytm rozwiązania SLAGRANGE, ALAGRANGE Określa sposób włączenia więzów kontaktowych do układu liniowego i iteracji nieliniowych.
Para kontaktowa NODE-SURF, SURF-SURF Określa reprezentację strony podrzędnej i nadrzędnej. Definicje par podaje się w danych siatki.
Tarcie Bez tarcia, tarcie Coulomba Określa opór styczny za pomocą współczynnika tarcia.
Aktywacja Wiersz CONTACT w !STEP Aktywuje grupę kontaktową lub grupę osadzania dla każdego kroku.

W danych wejściowych warunki kontaktu definiuje się za pomocą !CONTACT, a metodę rozwiązania wybiera za pomocą !CONTACT_ALGO. Parametry służące do dostrajania wykrywania kontaktu są zgrupowane w !CONTACT_PARAM. Do stopniowego usuwania początkowej interferencji używa się również !CONTACT_INTERFERENCE.

Osadzanie definiuje się za pomocą !EMBED i aktywuje w każdym kroku przez ten sam wiersz CONTACT, który jest używany dla kontaktu. Informacje o eliminacji stopni swobody kontaktu i sposobie traktowania więzów wielopunktowych przez solver liniowy znajdują się w sekcji Solver i preconditioning.

Wybór metody analizy kontaktowej

Wybierz typ kontaktu odpowiednio do względnego ruchu powierzchni kontaktowych i celu analizy. Kontakt z małym poślizgiem stosuj, gdy poślizg jest ograniczony i nie są wymagane duże aktualizacje położenia kontaktu. Kontakt ze skończonym poślizgiem stosuj przy dużych odkształceniach lub dużym względnym poślizgu. Więz związany stosuj, gdy części muszą pozostać trwale połączone bez poślizgu ani rozdzielenia.

W przypadku algorytmu rozwiązania najpierw rozważ standardową metodę mnożników Lagrange’a (SLAGRANGE). Jeśli dokładność więzów ma być poprawiana przez iteracje zewnętrzne, rozważ rozszerzoną metodę mnożników Lagrange’a (ALAGRANGE). Przy ALAGRANGE parametr AUGITER określa liczbę iteracji rozszerzonego Lagrange’a.

Jeśli uwzględniane jest tarcie, podaj współczynnik tarcia dla każdej pary kontaktowej. Para kontaktowa o współczynniku tarcia 0 jest traktowana jako bez tarcia. Ponieważ tarcie wpływa na zbieżność, określaj je tylko dla par kontaktowych, które tego wymagają.

Jako powierzchnie kontaktowe obsługiwane są wyłącznie powierzchnie elementów pierwszego rzędu. Dane wejściowe używające powierzchni elementów wyższego rzędu jako powierzchni kontaktowych nie są obsługiwane. Jeśli kontakt jest używany w analizie z elementami wyższego rzędu, zamodeluj powierzchnie kontaktowe tak, aby można je było równoważnie reprezentować powierzchniami elementów pierwszego rzędu.

Kontakt z małym poślizgiem

Kontakt z małym poślizgiem to typ kontaktu zakładający niewielkie zmiany położenia kontaktu. W danych wejściowych określa się go przez INTERACTION=SSLID w !CONTACT.

W problemach, w których względny poślizg między powierzchniami kontaktowymi jest mały, kontakt z małym poślizgiem może stabilizować wykrywanie kontaktu. Obsługuje zmiany stanu kontaktu i rozdzielenie, ale nie zakłada dużego przemieszczania odpowiadających sobie punktów kontaktowych, jak ma to miejsce w kontakcie ze skończonym poślizgiem.

Kontakt z małym poślizgiem obsługuje zarówno kontakt bez tarcia, jak i kontakt z tarciem Coulomba. Kontakt na powierzchniach elementów wyższego rzędu nie jest obsługiwany.

Kontakt ze skończonym poślizgiem

Kontakt ze skończonym poślizgiem to typ kontaktu aktualizujący odpowiadające sobie punkty kontaktowe wraz z postępem odkształcenia. W danych wejściowych określa się go przez INTERACTION=FSLID w !CONTACT.

Kontakt ze skończonym poślizgiem stosuj przy dużych odkształceniach, dużym względnym poślizgu między częściami lub gdy położenie kontaktu przemieszcza się daleko od pozycji początkowej. Do wyszukiwania odpowiadających punktów kontaktowych używane jest wyszukiwanie kubełkowe, co umożliwia aktualizację położenia kontaktu podczas analizy.

INTERACTION=GLUED jest zapisem zgodnościowym i wewnętrznie jest traktowany jako kontakt ze skończonym poślizgiem. Kontakt ze skończonym poślizgiem obsługuje zarówno kontakt bez tarcia, jak i kontakt z tarciem Coulomba.

Więz związany

Więz związany jest typem kontaktu, który trwale łączy powierzchnie określone przez parę kontaktową. W danych wejściowych określa się go przez INTERACTION=TIED w !CONTACT.

Więz związany nie dopuszcza ani poślizgu, ani rozdzielenia. Jest przydatny przy łączeniu siatek o różnych rozmiarach elementów lub gdy obszary utworzone jako oddzielne części mają w analizie zachowywać się jak jedno ciało.

Osadzanie wiąże węzły po stronie osadzonej z elementami hosta, więc jego obiekty wejściowe różnią się od więzu związanego, który łączy dwie powierzchnie pary kontaktowej. Osadzania używaj, gdy grupa węzłów ma zostać związana wewnątrz otaczających elementów.

Osadzanie

Osadzanie wiąże grupę węzłów po stronie osadzonej z grupą elementów po stronie hosta. W danych wejściowych parę osadzania definiuje się za pomocą !EMBED PAIR w danych siatki, a nazwę pary i ID grupy podaje za pomocą !EMBED w danych sterujących analizą.

W parze osadzania SLAVE_GRP jest grupą węzłów po stronie osadzonej, a MASTER_GRP grupą elementów po stronie hosta. Funkcji tej używaj, gdy grupa węzłów ma zostać sztywno związana wewnątrz otaczających elementów bryłowych.

Osadzanie jest montowane zgodnie z globalnym ustawieniem rozwiązania kontaktu. Zwykle najpierw rozważ SLAGRANGE. Przy użyciu ALAGRANGE sprawdź współczynnik kary i zbieżność iteracji zewnętrznych. Tarcie nie jest obsługiwane. Aktywacja w poszczególnych krokach używa tego samego mechanizmu co kontakt: podaj ID grupy w wierszu CONTACT w !STEP.

Algorytmy rozwiązania

Algorytm rozwiązania kontaktu określa się za pomocą !CONTACT_ALGO. Jest on niezależny od typu kontaktu i służy do zmiany sposobu rozwiązywania więzów dla tej samej pary kontaktowej.

TYPE=SLAGRANGE jest standardową metodą mnożników Lagrange’a. Włącza stopnie swobody kontaktu do układu liniowego i bezpośrednio traktuje równania więzów. Jest to standardowy, stabilny wybór i należy go rozważyć jako pierwszy także przy osadzaniu.

TYPE=ALAGRANGE jest rozszerzoną metodą mnożników Lagrange’a. Łączy człon kary z iteracjami zewnętrznymi w celu spełnienia więzów. Można ją rozważyć, gdy wymagana jest większa dokładność więzów kontaktowych, jednak ponieważ AUGITER dodaje iteracje zewnętrzne, należy sprawdzić koszt obliczeniowy i zachowanie zbieżności.

Informacje o eliminacji stopni swobody kontaktu, połączeniach z solverami bezpośrednimi i iteracyjnymi oraz metodach traktowania MPC znajdują się w sekcji Solver i preconditioning.

Definicja pary kontaktowej

Para kontaktowa jest specyfikacją danych siatki określającą, która strona podrzędna kontaktuje się z którą stroną nadrzędną. W danych wejściowych nazwę pary, grupę podrzędną i grupę nadrzędną definiuje się za pomocą !CONTACT PAIR, a do nazwy pary odwołuje się przez !CONTACT w danych sterujących analizą.

TYPE=NODE-SURF jest reprezentacją węzeł-powierzchnia, w której stronę podrzędną określa się jako grupę węzłów, a stronę nadrzędną jako grupę powierzchni. Bezpośrednio reprezentuje problemy, w których grupa węzłów kontaktuje się z powierzchnią.

TYPE=SURF-SURF określa zarówno stronę podrzędną, jak i nadrzędną jako grupy powierzchni. Wewnętrznie z grupy powierzchni podrzędnej generowana jest grupa węzłów, a para jest przekształcana do kontaktu węzeł-powierzchnia. Używaj tej reprezentacji, gdy powierzchnia podrzędna ma być zarządzana jako grupa powierzchni.

Parametry wykrywania kontaktu

Parametry wykrywania kontaktu są progami numerycznymi używanymi podczas wyszukiwania kontaktu i przełączania stanów kontaktu. W danych wejściowych nazwany zestaw parametrów definiuje się za pomocą !CONTACT_PARAM, a odwołuje się do niego przez CONTACTPARAM w !CONTACT.

Do reprezentatywnych parametrów należą normalny prześwit CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM dla elementów, które już są w kontakcie, TENSILE_FORCE do wykrywania rozdzielenia oraz BOX_EXP_RATE do rozszerzania pola wyszukiwania. Domyślna wartość CLEARANCE wynosi 0.01.

W standardowych analizach domyślne parametry wykrywania kontaktu są na ogół wystarczające. Dostosowuj je tylko wtedy, gdy występują problemy, takie jak oscylacja stanu kontaktu, niezamierzone przełączanie punktów kontaktowych lub niestabilność początkowego wyszukiwania kontaktu. Wartości parametrów i kolejność wierszy danych opisano w dokumentacji słów kluczowych.

Usuwanie interferencji kontaktowej

Usuwanie interferencji kontaktowej jest funkcją, która stopniowo zmienia wielkość interferencji lub rozdzielenia dla modelu, którego powierzchnie kontaktowe interferują w stanie początkowym. Określa się ją za pomocą !CONTACT_INTERFERENCE.

Za pomocą TYPE=SLAVE lub TYPE=MASTER wybiera się, czy usuwanie interferencji jest odniesione do strony podrzędnej czy nadrzędnej. END określa czas zakończenia usuwania interferencji, a każdej parze kontaktowej przypisuje się położenie początkowe initial_pos i położenie końcowe end_pos.

Funkcja ta jest przydatna, gdy części geometrycznie interferują w modelu, lecz interferencja ma zostać odtworzona w analizie jako początkowy stan kontaktu lub stan połączenia wciskowego. Gwałtowne usunięcie interferencji może pogorszyć zbieżność, dlatego należy zmieniać ją stopniowo w obrębie kroku.

Powiązane tematy