Перейти к содержанию

Контакт и встраивание

Функции контактного анализа и встраивания используются для задач, в которых независимые детали входят в контакт друг с другом с передачей нагрузки или относительным скольжением, а также для задач, где одна деталь должна быть представлена как встроенная в другую. В контактном анализе задаются ограничения, предотвращающие проникновение и передающие силы трения на контактных поверхностях, а встраивание представляет полностью связанное соединение между деталями.

Контактный анализ FrontISTR формируется сочетанием типа контакта, алгоритма решения, определения контактной пары и активации по шагам. Встраивание использует контактную инфраструктуру для закрепления узлов встраиваемой стороны в элементах принимающей стороны.

Общая структура функции

Контактный анализ удобно организовывать, последовательно выбирая следующие параметры.

Критерий выбора Варианты Назначение
Тип контакта Контакт с малым скольжением, контакт с конечным скольжением, связанное ограничение Определяет, как допускаются относительное перемещение, отрыв и скольжение между контактными поверхностями.
Алгоритм решения SLAGRANGE, ALAGRANGE Определяет, как контактные ограничения включаются в линейную систему и нелинейные итерации.
Контактная пара NODE-SURF, SURF-SURF Определяет представление ведомой и ведущей сторон. Пара определяется в данных сетки.
Трение Без трения, кулоновское трение Задаёт касательное сопротивление коэффициентом трения.
Активация В !STEP, строка CONTACT Активирует контактную или встраиваемую группу для каждого шага.

Во входных данных контактные условия определяются с помощью !CONTACT, а метод решения выбирается через !CONTACT_ALGO. Параметры настройки обнаружения контакта собраны в !CONTACT_PARAM. Для постепенной обработки начального взаимного проникновения дополнительно используется !CONTACT_INTERFERENCE.

Встраивание определяется с помощью !EMBED и активируется для каждого шага той же строкой CONTACT, что и контакт. Исключение контактных степеней свободы и обработку многоточечных ограничений на стороне линейного решателя см. в разделе Решатель и предобусловливание.

Выбор метода контактного анализа

Тип контакта выбирается по относительному движению контактных поверхностей и цели анализа. Если скольжение мало и не требуется значительное обновление положения контакта, используйте контакт с малым скольжением. Для больших деформаций или большого относительного скольжения используйте контакт с конечным скольжением. Если детали должны оставаться постоянно соединёнными без скольжения и отрыва, используйте связанное ограничение.

В качестве алгоритма решения сначала следует рассмотреть стандартный метод множителей Лагранжа (SLAGRANGE). Если требуется повысить точность выполнения ограничений внешними итерациями, следует рассмотреть расширенный метод множителей Лагранжа (ALAGRANGE). В ALAGRANGE параметр AUGITER задаёт число итераций расширенного Лагранжа.

При учёте трения задайте коэффициент трения для каждой контактной пары. Контактная пара с коэффициентом трения 0 считается контактом без трения. Поскольку трение влияет на сходимость, задавайте его только для тех контактных пар, где оно необходимо.

В качестве контактных поверхностей поддерживаются только поверхности элементов первого порядка. Входные данные, использующие поверхности элементов более высокого порядка как контактные, не поддерживаются. Если контакт используется в расчёте с элементами более высокого порядка, контактные поверхности следует моделировать так, чтобы их можно было представить эквивалентно поверхностям элементов первого порядка.

Контакт с малым скольжением

Контакт с малым скольжением — тип контакта, предполагающий небольшое изменение положения контакта. Во входных данных в !CONTACT задаётся INTERACTION=SSLID.

Для задач с малым относительным скольжением контактных поверхностей использование контакта с малым скольжением облегчает стабилизацию обнаружения контакта. Изменения контактного состояния и отрыв учитываются, но, в отличие от контакта с конечным скольжением, не предполагается большое перемещение соответствующих контактных точек.

Контакт с малым скольжением поддерживает как контакт без трения, так и контакт с кулоновским трением. Контакт по поверхностям элементов более высокого порядка не поддерживается.

Контакт с конечным скольжением

Контакт с конечным скольжением — тип контакта, при котором соответствующие контактные точки обновляются по мере деформации. Во входных данных в !CONTACT задаётся INTERACTION=FSLID.

Контакт с конечным скольжением следует выбирать для больших деформаций, большого относительного скольжения между деталями или перемещения области контакта далеко от начального положения. Для поиска соответствующих контактных точек используется поиск по корзинам, что позволяет обновлять положение контакта в ходе анализа.

INTERACTION=GLUED является совместимым вариантом задания и внутри обрабатывается как контакт с конечным скольжением. Контакт с конечным скольжением поддерживает как контакт без трения, так и контакт с кулоновским трением.

Связанное ограничение

Связанное ограничение — тип контакта, который постоянно соединяет поверхности, заданные контактной парой. Во входных данных в !CONTACT задаётся INTERACTION=TIED.

Связанное ограничение не допускает ни скольжения, ни отрыва. Оно используется для соединения сеток с различными размерами элементов или когда области, созданные как отдельные детали, должны вести себя в анализе как единое тело.

Встраивание закрепляет узлы встраиваемой стороны в элементах принимающей стороны, поэтому его входные объекты отличаются от связанного ограничения, соединяющего две поверхности контактной пары. Если группу узлов требуется закрепить внутри окружающих элементов, используйте встраивание.

Встраивание

Встраивание закрепляет группу узлов на встраиваемой стороне в группе элементов принимающей стороны. Во входных данных пара встраивания определяется с помощью !EMBED PAIR в данных сетки, а имя пары и ID группы задаются с помощью !EMBED в управляющих данных анализа.

В паре встраивания SLAVE_GRP — группа узлов встраиваемой стороны, а MASTER_GRP — группа элементов принимающей стороны. Эта функция используется, когда группу узлов требуется жёстко закрепить внутри окружающих объёмных элементов.

Встраивание собирается в соответствии с общей настройкой контактного решения. Обычно в первую очередь следует рассмотреть SLAGRANGE. При использовании ALAGRANGE необходимо проверить штрафной коэффициент и сходимость внешних итераций. Трение не поддерживается. Активация по шагам использует тот же механизм, что и контакт: в !STEP, в строке CONTACT, задаётся ID группы.

Алгоритмы решения

Алгоритм контактного решения задаётся с помощью !CONTACT_ALGO. Это выбор, независимый от типа контакта, и он используется для изменения способа решения ограничений для одной и той же контактной пары.

TYPE=SLAGRANGE — стандартный метод множителей Лагранжа. Он включает контактные степени свободы в линейную систему и непосредственно обрабатывает уравнения ограничений. Это стандартный и устойчивый вариант, который также следует рассматривать первым при использовании встраивания.

TYPE=ALAGRANGE — расширенный метод множителей Лагранжа. Он сочетает штрафной член с внешними итерациями для выполнения ограничений. Его можно рассматривать, если требуется более высокая точность контактных ограничений, но поскольку AUGITER добавляет внешние итерации, необходимо проверить вычислительные затраты и поведение сходимости.

Исключение контактных степеней свободы, сочетания с прямыми и итерационными решателями и способы обработки MPC см. в разделе Решатель и предобусловливание.

Определение контактной пары

Контактная пара — это задание в данных сетки, определяющее, какая ведомая сторона контактирует с какой ведущей. Во входных данных имя пары, ведомая группа и ведущая группа определяются с помощью !CONTACT PAIR, а имя пары затем используется в !CONTACT в управляющих данных анализа.

TYPE=NODE-SURF — представление «узел–поверхность», в котором ведомая сторона задаётся группой узлов, а ведущая — группой поверхностей. Оно непосредственно описывает задачи, где группа узлов контактирует с поверхностью.

TYPE=SURF-SURF задаёт и ведомую, и ведущую стороны как группы поверхностей. Внутри из ведомой группы поверхностей создаётся группа узлов, и пара преобразуется в контакт типа «узел–поверхность». Используйте это представление, если ведомой поверхностью требуется управлять как группой поверхностей.

Параметры обнаружения контакта

Параметры обнаружения контакта — это набор численных порогов, используемых при поиске контакта и переключении контактных состояний. Во входных данных именованный набор параметров задаётся через !CONTACT_PARAM, а из !CONTACT на него ссылается параметр CONTACTPARAM.

К основным параметрам относятся обычный зазор CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM для элементов, уже находящихся в контакте, TENSILE_FORCE для определения отрыва и BOX_EXP_RATE для расширения поискового бокса. Значение CLEARANCE по умолчанию равно 0.01.

Для стандартных расчётов обычно достаточно параметров обнаружения контакта по умолчанию. Их следует изменять только при проблемах, например колебаниях контактного состояния, непреднамеренном переключении контактных точек или нестабильном первоначальном поиске контакта. Значения параметров и порядок строк данных см. в справочнике ключевых слов.

Устранение контактного взаимного проникновения

Устранение контактного взаимного проникновения — функция, которая постепенно изменяет величину взаимного проникновения или разделения в модели, где контактные поверхности пересекаются в начальном состоянии. Она задаётся с помощью !CONTACT_INTERFERENCE.

С помощью TYPE=SLAVE или TYPE=MASTER выбирается, относительно ведомой или ведущей стороны выполняется устранение взаимного проникновения. END задаёт время завершения устранения, а для каждой контактной пары задаются начальное положение initial_pos и конечное положение end_pos.

Эта функция используется, когда детали геометрически пересекаются в модели, но в анализе это взаимное проникновение требуется воспроизвести как начальное контактное состояние или состояние запрессовки. Резкое устранение взаимного проникновения может ухудшить сходимость, поэтому его изменяют постепенно в пределах шага.

Связанные темы