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Contato e Embutimento

Use as funções de análise de contato e embutimento para problemas nos quais partes independentes entram em contato e transmitem carga ou deslizam umas em relação às outras, ou para problemas nos quais uma parte deve ser representada como embutida em outra. A análise de contato aplica restrições para impedir penetração e transmitir forças de atrito nas superfícies de contato, enquanto o embutimento representa uma conexão totalmente restringida entre as partes.

A análise de contato do FrontISTR é configurada combinando um tipo de contato, um algoritmo de solução, uma definição de par de contato e a ativação por etapa. O embutimento usa a estrutura de contato para restringir nós do lado embutido aos elementos do lado hospedeiro.

Visão Geral das Funções

É útil organizar a análise de contato selecionando os itens a seguir em sequência.

Eixo de Seleção Opções Função
Tipo de contato Contato com pequeno deslizamento, contato com deslizamento finito, restrição tied Determina como são permitidos o movimento relativo, a separação e o deslizamento entre as superfícies de contato.
Algoritmo de solução SLAGRANGE, ALAGRANGE Determina como as restrições de contato são incorporadas ao sistema linear e às iterações não lineares.
Par de contato NODE-SURF, SURF-SURF Determina a representação dos lados escravo e mestre. As definições dos pares são especificadas nos dados de malha.
Atrito Sem atrito, atrito de Coulomb Especifica a resistência tangencial por meio de um coeficiente de atrito.
Ativação Linha !STEP de CONTACT Ativa um grupo de contato ou grupo de embutimento em cada etapa.

Nos dados de entrada, defina as condições de contato com !CONTACT e selecione o método de solução com !CONTACT_ALGO. Os parâmetros para ajuste da detecção de contato são agrupados em !CONTACT_PARAM. Para tratar gradualmente uma interferência inicial, use também !CONTACT_INTERFERENCE.

O embutimento é definido com !EMBED e é ativado em cada etapa por meio da mesma linha CONTACT usada para contato. Para eliminação dos graus de liberdade de contato e tratamento de restrições multiponto pelo solver linear, consulte Solver e Precondicionamento.

Escolha de um Método de Análise de Contato

Escolha o tipo de contato de acordo com o movimento relativo das superfícies de contato e com o objetivo da análise. Use contato com pequeno deslizamento quando o deslizamento for limitado e não forem necessárias grandes atualizações da posição de contato. Use contato com deslizamento finito para grandes deformações ou grandes deslizamentos relativos. Use uma restrição tied quando as partes precisarem permanecer permanentemente conectadas, sem deslizamento nem separação.

Para o algoritmo de solução, considere primeiro o método padrão dos multiplicadores de Lagrange (SLAGRANGE). Se a precisão da restrição precisar ser melhorada por meio de iterações externas, considere o método dos multiplicadores de Lagrange aumentados (ALAGRANGE). Com ALAGRANGE, AUGITER especifica o número de iterações de Lagrange aumentado.

Quando o atrito for considerado, especifique um coeficiente de atrito para cada par de contato. Um par de contato com coeficiente de atrito igual a 0 é tratado como sem atrito. Como o atrito afeta a convergência, especifique-o somente para os pares de contato que o exigem.

Somente superfícies de elementos de primeira ordem são compatíveis como superfícies de contato. Entradas que usem superfícies de elementos de ordem superior como superfícies de contato não são compatíveis. Ao usar contato em uma análise com elementos de ordem superior, modele as superfícies de contato de modo que possam ser representadas de forma equivalente por superfícies de elementos de primeira ordem.

Contato com Pequeno Deslizamento

O contato com pequeno deslizamento é um tipo de contato que pressupõe pequenas alterações na posição de contato. Nos dados de entrada, especifique-o com !CONTACT em INTERACTION=SSLID.

Para problemas nos quais o deslizamento relativo entre as superfícies de contato é pequeno, o contato com pequeno deslizamento pode tornar a detecção de contato mais estável. Ele trata alterações do estado de contato e separação, mas não pressupõe grande movimento dos pontos de contato correspondentes, como ocorre no contato com deslizamento finito.

O contato com pequeno deslizamento oferece suporte tanto a contato sem atrito quanto a contato com atrito de Coulomb. Contato em superfícies de elementos de ordem superior não é compatível.

Contato com Deslizamento Finito

O contato com deslizamento finito é um tipo de contato que atualiza os pontos de contato correspondentes à medida que a deformação avança. Nos dados de entrada, especifique-o com !CONTACT em INTERACTION=FSLID.

Use contato com deslizamento finito para grandes deformações, grandes deslizamentos relativos entre as partes ou migração da posição de contato para longe de sua posição inicial. Uma busca por buckets é usada para localizar os pontos de contato correspondentes, permitindo que a posição de contato seja atualizada durante a análise.

INTERACTION=GLUED é uma especificação de compatibilidade e é tratado internamente como contato com deslizamento finito. O contato com deslizamento finito oferece suporte tanto a contato sem atrito quanto a contato com atrito de Coulomb.

Restrição Tied

Uma restrição tied é um tipo de contato que conecta permanentemente as superfícies especificadas por um par de contato. Nos dados de entrada, especifique-a com !CONTACT em INTERACTION=TIED.

Uma restrição tied não permite nem deslizamento nem separação. Ela é útil para conectar malhas com diferentes tamanhos de elemento ou quando regiões criadas como partes separadas devem se comportar como um único corpo na análise.

O embutimento restringe nós do lado embutido a elementos hospedeiros; portanto, seus alvos de entrada diferem daqueles de uma restrição tied, que conecta as duas superfícies de um par de contato. Use embutimento quando um grupo de nós precisar ser restringido dentro dos elementos circundantes.

Embutimento

O embutimento restringe um grupo de nós do lado embutido a um grupo de elementos do lado hospedeiro. Nos dados de entrada, defina o par de embutimento com !EMBED PAIR nos dados de malha e especifique o nome do par e o ID do grupo com !EMBED nos dados de controle da análise.

Em um par de embutimento, SLAVE_GRP é o grupo de nós do lado embutido e MASTER_GRP é o grupo de elementos do lado hospedeiro. Use esta função quando um grupo de nós precisar ser rigidamente restringido dentro dos elementos sólidos circundantes.

O embutimento é montado de acordo com a configuração global de solução de contato. Normalmente, considere primeiro SLAGRANGE. Ao usar ALAGRANGE, verifique o coeficiente de penalidade e a convergência das iterações externas. Atrito não é compatível. A ativação por etapa usa o mesmo mecanismo do contato: especifique o ID do grupo na linha !STEP de CONTACT.

Algoritmos de Solução

O algoritmo de solução de contato é especificado com !CONTACT_ALGO. Ele é independente do tipo de contato e é usado para alterar a forma como as restrições do mesmo par de contato são resolvidas.

TYPE=SLAGRANGE é o método padrão dos multiplicadores de Lagrange. Ele incorpora os graus de liberdade de contato ao sistema linear e trata diretamente as equações de restrição. É uma escolha padrão e estável e também deve ser considerada primeiro ao usar embutimento.

TYPE=ALAGRANGE é o método dos multiplicadores de Lagrange aumentados. Ele combina um termo de penalidade com iterações externas para satisfazer as restrições. Pode ser considerado quando é necessária maior precisão das restrições de contato, mas, como AUGITER adiciona iterações externas, é necessário verificar o custo computacional e o comportamento de convergência.

Para eliminação dos graus de liberdade de contato, combinações com solvers diretos e iterativos e métodos de tratamento de MPC, consulte Solver e Precondicionamento.

Definição do Par de Contato

Um par de contato é uma especificação dos dados de malha que define qual lado escravo entra em contato com qual lado mestre. Nos dados de entrada, defina o nome do par, o grupo escravo e o grupo mestre com !CONTACT PAIR e faça referência ao nome do par a partir de !CONTACT nos dados de controle da análise.

TYPE=NODE-SURF é uma representação nó-superfície na qual o lado escravo é especificado como um grupo de nós e o lado mestre como um grupo de superfícies. Ela representa diretamente problemas nos quais um grupo de nós entra em contato com uma superfície.

TYPE=SURF-SURF especifica tanto o lado escravo quanto o lado mestre como grupos de superfícies. Internamente, um grupo de nós é gerado a partir do grupo de superfícies escravo e o par é convertido em contato nó-superfície. Use essa representação quando a superfície escrava precisar ser gerenciada como um grupo de superfícies.

Parâmetros de Detecção de Contato

Os parâmetros de detecção de contato são limiares numéricos usados na busca de contato e na mudança de estados de contato. Nos dados de entrada, defina um conjunto de parâmetros nomeado com !CONTACT_PARAM e faça referência a ele usando !CONTACT em CONTACTPARAM.

Parâmetros representativos incluem a folga normal CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM para elementos que já estão em contato, TENSILE_FORCE para detecção de separação e BOX_EXP_RATE para expansão da caixa de busca. O valor padrão de CLEARANCE é 0.01.

Para análises padrão, os parâmetros padrão de detecção de contato geralmente são suficientes. Ajuste-os somente quando ocorrerem problemas, como oscilação do estado de contato, mudança não intencional dos pontos de contato ou instabilidade na busca inicial de contato. Consulte a referência de palavras-chave para os valores dos parâmetros e a ordem das linhas de dados.

Resolução de Interferência de Contato

A resolução de interferência de contato é uma função que altera gradualmente a quantidade de interferência ou separação de um modelo cujas superfícies de contato interferem no estado inicial. Ela é especificada com !CONTACT_INTERFERENCE.

Use TYPE=SLAVE ou TYPE=MASTER para selecionar se a resolução da interferência é referenciada ao lado escravo ou ao lado mestre. END especifica o tempo em que a resolução da interferência termina, e a cada par de contato são atribuídas uma posição inicial initial_pos e uma posição final end_pos.

Essa função é útil quando as partes interferem geometricamente no modelo, mas essa interferência deve ser reproduzida na análise como um estado de contato inicial ou estado de ajuste por interferência. Remover a interferência abruptamente pode prejudicar a convergência; portanto, varie-a gradualmente dentro da etapa.

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