接触与嵌入¶

在处理独立部件之间发生接触并伴随荷载传递或滑动的问题，或希望表示一个部件嵌入另一个部件状态的问题时，使用接触分析和嵌入功能。接触分析通过设置约束条件来防止接触面穿透并传递摩擦力；嵌入则表示部件之间的完全约束。

FrontISTR 的接触分析由接触类型、求解算法、接触对定义以及按分析步启用等组合构成。嵌入利用接触框架，将嵌入侧节点约束到宿主侧单元。

功能概览¶

接触分析可按顺序确定以下选项，便于整理。

选择轴	选项	作用
接触类型	小滑移接触、有限滑移接触、绑定约束	决定接触面之间的相对移动、分离和滑动如何允许。
求解算法	`SLAGRANGE`，`ALAGRANGE`	决定如何将接触约束纳入线性系统和非线性迭代。
接触对	`NODE-SURF`，`SURF-SURF`	决定从侧和主侧的表示形式。接触对定义在网格数据侧进行。
摩擦	无摩擦、Coulomb 摩擦	通过摩擦系数给出切向阻力。
启用	`!STEP` 的 `CONTACT` 行	按分析步启用接触组或嵌入组。

在输入中，使用 !CONTACT 定义接触条件，并使用 !CONTACT_ALGO 选择求解方法。用于调整接触判定的参数集中在 !CONTACT_PARAM 中。若要逐步处理初始干涉，则同时使用 !CONTACT_INTERFERENCE。

嵌入使用 !EMBED 定义，并通过与接触相同的 CONTACT 行按分析步启用。关于接触自由度消去及多点约束在线性求解器侧的处理，请参见求解器与预处理。

接触分析的选择方法¶

接触类型根据接触面的相对移动和分析目的选择。滑移量较小、不需要大幅更新接触位置时，使用小滑移接触。处理大变形或较大的相对滑移时，使用有限滑移接触。若部件之间需要永久连接且不允许滑动或分离，则使用绑定约束。

求解算法首先可考虑标准 Lagrange 乘子法（SLAGRANGE）。若希望通过外层迭代提高约束精度，可考虑增广 Lagrange 乘子法（ALAGRANGE）。在 ALAGRANGE 中，通过 AUGITER 指定增广 Lagrange 迭代次数。

考虑摩擦时，应为每个接触对指定摩擦系数。摩擦系数为 0 的接触对按无摩擦接触处理。由于摩擦会影响收敛性，只应对需要的接触对指定。

接触面仅支持一次单元的表面。不支持将高阶单元表面作为接触面的输入。在使用高阶单元的分析中使用接触时，应采用能够将接触面表示为等效一次单元表面的建模方式。

小滑移接触¶

小滑移接触是假定接触位置变化较小的一种接触类型。在输入中，通过 !CONTACT 的 INTERACTION=SSLID 指定。

对于接触面之间相对滑移较小的问题，使用小滑移接触通常更容易使接触判定稳定。它可处理接触状态变化和分离，但不像有限滑移接触那样假定接触对应点发生较大移动。

小滑移接触同时支持无摩擦接触和带 Coulomb 摩擦的接触。不支持高阶单元表面的接触。

有限滑移接触¶

有限滑移接触是在变形过程中更新接触对应点的一种接触类型。在输入中，通过 !CONTACT 的 INTERACTION=FSLID 指定。

当处理大变形、部件之间较大的相对滑移，或接触位置从初始位置移动较远时，应选择有限滑移接触。接触对应点的搜索使用 bucket search，并支持分析过程中更新接触位置。

INTERACTION=GLUED 是兼容性指定，在内部按有限滑移接触处理。有限滑移接触同时支持无摩擦接触和带 Coulomb 摩擦的接触。

绑定约束¶

绑定约束是一种将接触对所指定的两个表面永久连接的接触类型。在输入中，通过 !CONTACT 的 INTERACTION=TIED 指定。

绑定约束不允许滑动或分离。适用于连接单元尺寸不同的网格，或希望将在建模中作为独立部件创建的区域在分析中视为一体的情况。

嵌入是将嵌入侧节点约束到宿主单元的功能，因此其输入对象与连接接触对两表面的绑定约束不同。若要将一组节点约束在周围单元内部，应使用嵌入。

嵌入¶

嵌入是将嵌入侧节点组约束到宿主侧单元组的功能。在输入中，在网格数据侧使用 !EMBED PAIR 定义嵌入对，并在分析控制侧使用 !EMBED 指定对名称和组 ID。

在嵌入对中，SLAVE_GRP 是嵌入侧节点组，MASTER_GRP 是宿主侧单元组。用于希望将一组节点刚性约束在周围实体单元内部的情况。

嵌入按照接触求解的全局设置进行组装。通常优先考虑 SLAGRANGE；使用 ALAGRANGE 时，需要确认罚系数和外层迭代的收敛性。不支持摩擦。按分析步启用时采用与接触相同的机制，即在 !STEP 的 CONTACT 行指定组 ID。

求解算法¶

接触求解算法使用 !CONTACT_ALGO 指定。它是独立于接触类型的选项，用于改变同一接触对的约束求解方式。

TYPE=SLAGRANGE 为标准 Lagrange 乘子法。它将接触自由度纳入线性系统并直接处理约束条件。这是一种标准且稳定的选择，使用嵌入时也应首先考虑该方法。

TYPE=ALAGRANGE 为增广 Lagrange 乘子法。它将罚项与外层迭代相结合以满足约束。当需要提高接触约束精度时可考虑使用，但由于 AUGITER 会增加外层迭代，因此需要确认计算成本和收敛行为。

关于接触自由度消去、与直接法或迭代法的组合以及 MPC 处理方式，请参见求解器与预处理。

接触对定义¶

接触对是网格数据侧的指定，用于定义哪个从侧与哪个主侧接触。在输入中，使用 !CONTACT PAIR 定义对名称、从组和主组，并在分析控制侧的 !CONTACT 中引用对名称。

TYPE=NODE-SURF 是点到面形式，其中从侧指定为节点组，主侧指定为表面组，可直接表示一组节点与表面接触的问题。

TYPE=SURF-SURF 是从侧和主侧均指定为表面组的形式。在内部，会从从侧表面组生成节点组，并转换为点到面接触对。希望以表面组管理从侧表面时使用该形式。

接触判定参数¶

接触判定参数是一组用于接触搜索和接触状态切换的数值阈值设置。在输入中，使用 !CONTACT_PARAM 定义带名称的参数集，并通过 !CONTACT 的 CONTACTPARAM 引用。

代表性参数包括普通间隙 CLEARANCE、用于已接触单元的 CLR_SAME_ELEM、用于分离判定的 TENSILE_FORCE、搜索框扩大率 BOX_EXP_RATE 等。CLEARANCE 的默认值为 0.01。

在标准分析中，默认的接触判定参数通常即可正常工作。仅在出现接触状态振荡、接触点意外切换、初始接触搜索不稳定等问题时进行调整。各参数值和数据行顺序请参见关键字参考。

接触干涉的消除¶

接触干涉消除功能用于对初始状态下接触面存在干涉的模型，逐步改变干涉量或分离量。在输入中使用 !CONTACT_INTERFERENCE 指定。

通过 TYPE=SLAVE 或 TYPE=MASTER 选择以从侧还是主侧为基准进行干涉消除。使用 END 指定干涉消除结束时刻，并为各接触对给出初始位置 initial_pos 和结束位置 end_pos。

该功能适用于建模上部件存在几何干涉，但希望在分析中将该干涉再现为初始接触状态或压入状态的情况。若突然消除干涉会降低收敛性，因此应在分析步内逐步变化。