Перейти до змісту

Контакт і вбудовування

Використовуйте функції контактного аналізу та вбудовування для задач, у яких незалежні частини входять у контакт і передають навантаження або ковзають одна відносно одної, а також для задач, у яких одну частину потрібно представити вбудованою в іншу. Контактний аналіз накладає обмеження, щоб запобігти проникненню та передавати сили тертя на контактних поверхнях, тоді як вбудовування представляє повністю обмежене з’єднання між частинами.

Контактний аналіз у FrontISTR налаштовується поєднанням типу контакту, алгоритму розв’язання, визначення контактної пари та покрокової активації. Вбудовування використовує контактну схему для прив’язки вузлів на вбудованій стороні до елементів на стороні-носії.

Огляд функцій

Контактний аналіз зручно організовувати, послідовно вибираючи такі параметри.

Критерій вибору Варіанти Роль
Тип контакту Контакт із малим ковзанням, контакт зі скінченним ковзанням, зв’язана умова Визначає, як дозволяються відносний рух, розділення та ковзання між контактними поверхнями.
Алгоритм розв’язання SLAGRANGE, ALAGRANGE Визначає, як контактні обмеження включаються до лінійної системи та нелінійних ітерацій.
Контактна пара NODE-SURF, SURF-SURF Визначає представлення підлеглої та головної сторін. Визначення пар задаються в даних сітки.
Тертя Без тертя, кулонівське тертя Задає тангенціальний опір за допомогою коефіцієнта тертя.
Активація У !STEP рядок CONTACT Активує контактну групу або групу вбудовування для кожного кроку.

У вхідних даних визначайте контактні умови за допомогою !CONTACT, а метод розв’язання вибирайте за допомогою !CONTACT_ALGO. Параметри налаштування виявлення контакту згруповано в !CONTACT_PARAM. Для поступового усунення початкового взаємного проникнення також використовуйте !CONTACT_INTERFERENCE.

Вбудовування визначається за допомогою !EMBED і активується для кожного кроку через той самий рядок CONTACT, що використовується для контакту. Про виключення контактних ступенів свободи та опрацювання багатоточкових обмежень лінійним розв’язувачем див. Розв’язувач і передобумовлення.

Вибір методу контактного аналізу

Вибирайте тип контакту відповідно до відносного руху контактних поверхонь і мети аналізу. Використовуйте контакт із малим ковзанням, коли ковзання обмежене й не потрібне значне оновлення положення контакту. Використовуйте контакт зі скінченним ковзанням для великих деформацій або значного відносного ковзання. Використовуйте зв’язану умову, коли частини мають залишатися постійно з’єднаними без ковзання чи розділення.

Для алгоритму розв’язання спочатку розгляньте стандартний метод множників Лагранжа (SLAGRANGE). Якщо точність виконання обмежень потрібно підвищити за допомогою зовнішніх ітерацій, розгляньте розширений метод множників Лагранжа (ALAGRANGE). Для ALAGRANGE параметр AUGITER задає кількість ітерацій розширеного методу Лагранжа.

Якщо враховується тертя, задайте коефіцієнт тертя для кожної контактної пари. Контактна пара з коефіцієнтом тертя 0 вважається контактом без тертя. Оскільки тертя впливає на збіжність, задавайте його лише для контактних пар, де воно потрібне.

Як контактні поверхні підтримуються лише поверхні елементів першого порядку. Вхідні дані, у яких як контактні поверхні використовуються поверхні елементів вищого порядку, не підтримуються. Під час використання контакту в аналізі з елементами вищого порядку моделюйте контактні поверхні так, щоб їх можна було еквівалентно представити поверхнями елементів першого порядку.

Контакт із малим ковзанням

Контакт із малим ковзанням — це тип контакту, який припускає, що зміни положення контакту є малими. У вхідних даних задайте його в !CONTACT як INTERACTION=SSLID.

Для задач, у яких відносне ковзання між контактними поверхнями невелике, контакт із малим ковзанням може забезпечити стабільніше виявлення контакту. Він опрацьовує зміни контактного стану та розділення, але не передбачає значного переміщення відповідних контактних точок, як контакт зі скінченним ковзанням.

Контакт із малим ковзанням підтримує як контакт без тертя, так і контакт із кулонівським тертям. Контакт на поверхнях елементів вищого порядку не підтримується.

Контакт зі скінченним ковзанням

Контакт зі скінченним ковзанням — це тип контакту, який оновлює відповідні контактні точки в міру розвитку деформації. У вхідних даних задайте його в !CONTACT як INTERACTION=FSLID.

Використовуйте контакт зі скінченним ковзанням для великих деформацій, значного відносного ковзання між частинами або переміщення області контакту далеко від початкового положення. Для пошуку відповідних контактних точок використовується bucket-пошук, що дає змогу оновлювати положення контакту під час аналізу.

INTERACTION=GLUED є специфікацією сумісності й внутрішньо обробляється як контакт зі скінченним ковзанням. Контакт зі скінченним ковзанням підтримує як контакт без тертя, так і контакт із кулонівським тертям.

Зв’язана умова

Зв’язана умова — це тип контакту, який постійно з’єднує поверхні, задані контактною парою. У вхідних даних задайте її в !CONTACT як INTERACTION=TIED.

Зв’язана умова не допускає ні ковзання, ні розділення. Вона корисна для з’єднання сіток із різними розмірами елементів або коли області, створені як окремі частини, мають поводитися в аналізі як єдине тіло.

Вбудовування прив’язує вузли на вбудованій стороні до елементів-носіїв, тому його вхідні об’єкти відрізняються від об’єктів зв’язаної умови, яка з’єднує дві поверхні контактної пари. Використовуйте вбудовування, коли групу вузлів потрібно закріпити всередині оточуючих елементів.

Вбудовування

Вбудовування прив’язує групу вузлів на вбудованій стороні до групи елементів на стороні-носії. У вхідних даних визначте пару вбудовування за допомогою !EMBED PAIR у даних сітки, а назву пари та ID групи задайте за допомогою !EMBED у даних керування аналізом.

У парі вбудовування SLAVE_GRP — це група вузлів на вбудованій стороні, а MASTER_GRP — група елементів на стороні-носії. Використовуйте цю функцію, коли групу вузлів потрібно жорстко закріпити всередині оточуючих об’ємних елементів.

Вбудовування збирається відповідно до глобального налаштування розв’язання контакту. Зазвичай спочатку розглядайте SLAGRANGE. Під час використання ALAGRANGE перевіряйте штрафний коефіцієнт і збіжність зовнішніх ітерацій. Тертя не підтримується. Покрокова активація використовує той самий механізм, що й контакт: у !STEP задайте в рядку CONTACT ID групи.

Алгоритми розв’язання

Алгоритм розв’язання контакту задається за допомогою !CONTACT_ALGO. Він не залежить від типу контакту й використовується для зміни способу розв’язання обмежень для тієї самої контактної пари.

TYPE=SLAGRANGE — стандартний метод множників Лагранжа. Він включає контактні ступені свободи до лінійної системи та безпосередньо опрацьовує рівняння обмежень. Це стандартний стабільний вибір, який також слід розглядати насамперед при використанні вбудовування.

TYPE=ALAGRANGE — розширений метод множників Лагранжа. Він поєднує штрафний член із зовнішніми ітераціями для виконання обмежень. Його можна розглядати, коли потрібна вища точність контактних обмежень, але оскільки AUGITER додає зовнішні ітерації, необхідно перевіряти обчислювальні витрати та поведінку збіжності.

Про виключення контактних ступенів свободи, поєднання з прямими й ітераційними розв’язувачами та методи опрацювання MPC див. Розв’язувач і передобумовлення.

Визначення контактної пари

Контактна пара — це специфікація в даних сітки, яка визначає, яка підлегла сторона контактує з якою головною стороною. У вхідних даних задайте назву пари, підлеглу групу та головну групу за допомогою !CONTACT PAIR, а назву пари посилайте з !CONTACT у даних керування аналізом.

TYPE=NODE-SURF — представлення «вузол–поверхня», у якому підлегла сторона задається як група вузлів, а головна — як група поверхонь. Воно безпосередньо представляє задачі, де група вузлів контактує з поверхнею.

TYPE=SURF-SURF задає і підлеглу, і головну сторони як групи поверхонь. Внутрішньо з підлеглої групи поверхонь створюється група вузлів, а пара перетворюється на контакт «вузол–поверхня». Використовуйте це представлення, коли підлеглою поверхнею потрібно керувати як групою поверхонь.

Параметри виявлення контакту

Параметри виявлення контакту — це числові порогові значення, що використовуються для пошуку контакту та перемикання контактних станів. У вхідних даних визначте іменований набір параметрів за допомогою !CONTACT_PARAM, а в !CONTACT посилайтеся на нього через CONTACTPARAM.

До основних параметрів належать нормальний зазор CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM для елементів, які вже перебувають у контакті, TENSILE_FORCE для виявлення розділення та BOX_EXP_RATE для розширення області пошуку. Типове значення CLEARANCE — 0.01.

Для стандартних аналізів типових параметрів виявлення контакту зазвичай достатньо. Налаштовуйте їх лише за наявності проблем, наприклад коливань контактного стану, небажаного перемикання контактних точок або нестабільності початкового пошуку контакту. Значення параметрів і порядок рядків даних див. у довіднику ключових слів.

Усунення контактного взаємного проникнення

Усунення контактного взаємного проникнення — це функція, яка поступово змінює величину взаємного проникнення або зазору для моделі, контактні поверхні якої взаємно проникають у початковому стані. Вона задається за допомогою !CONTACT_INTERFERENCE.

Використовуйте TYPE=SLAVE або TYPE=MASTER, щоб вибрати, відносно підлеглої чи головної сторони виконується усунення взаємного проникнення. END задає час завершення цієї процедури, а кожній контактній парі призначаються початкове положення initial_pos та кінцеве положення end_pos.

Ця функція корисна, коли частини геометрично взаємно проникають у моделі, але це проникнення потрібно відтворити в аналізі як початковий контактний стан або стан посадки з натягом. Різке усунення взаємного проникнення може погіршити збіжність, тому змінюйте його поступово в межах кроку.

Пов’язані теми

AI-assisted translation May contain errors Official docs Status