接觸與嵌入¶

當彼此獨立的零件接觸並傳遞載荷、彼此滑動，或需要將某一零件表示為嵌入另一零件時，使用接觸分析與嵌入功能。接觸分析會在接觸面施加拘束以防止穿透並傳遞摩擦力；嵌入則表示零件之間完全拘束的連接。

FrontISTR 的接觸分析由接觸類型、求解演算法、接觸配對定義與逐步啟用等設定組合而成。嵌入則利用接觸框架，將嵌入側節點拘束於 host 側元素。

功能總覽¶

接觸分析可依序選擇下列項目來整理。

選擇面向	選項	作用
接觸類型	小滑移接觸、有限滑移接觸、綁定拘束	決定接觸面之間允許的相對運動、分離與滑移方式。
求解演算法	`SLAGRANGE`、`ALAGRANGE`	決定如何將接觸拘束納入線性系統與非線性反覆。
接觸配對	`NODE-SURF`、`SURF-SURF`	決定 slave 側與 master 側的表示方式。配對定義在網格資料中指定。
摩擦	無摩擦、Coulomb 摩擦	使用摩擦係數指定切向阻力。
啟用	`!STEP` 的 `CONTACT` 行	依步驟啟用接觸群組或嵌入群組。

在輸入資料中，使用 !CONTACT 定義接觸條件，並以 !CONTACT_ALGO 選擇求解方法。接觸偵測調整參數集中於 !CONTACT_PARAM。若要逐步處理初始干涉，亦可使用 !CONTACT_INTERFERENCE。

嵌入以 !EMBED 定義，並透過與接觸相同的 CONTACT 行依步驟啟用。關於接觸自由度的消去以及線性求解器對多點拘束的處理，請參閱求解器與預處理。

接觸分析方法的選擇¶

接觸類型應依接觸面的相對運動與分析目的選擇。若滑移有限且不需要大幅更新接觸位置，使用小滑移接觸。若有大變形或大幅相對滑移，使用有限滑移接觸。若零件必須永久連接且不允許滑移或分離，則使用綁定拘束。

求解演算法首先應考慮標準 Lagrange 乘數法（SLAGRANGE）。若需要透過外部反覆提高拘束精度，可考慮增廣 Lagrange 乘數法（ALAGRANGE）。使用 ALAGRANGE 時，AUGITER 指定增廣 Lagrange 反覆次數。

考慮摩擦時，請為各接觸配對指定摩擦係數。摩擦係數為 0 的接觸配對視為無摩擦。由於摩擦會影響收斂，因此僅對需要摩擦的接觸配對指定。

接觸面僅支援一次元素的表面。不支援將高次元素表面作為接觸面的輸入。在包含高次元素的分析中使用接觸時，應建立模型，使接觸面能以等效的一次元素表面表示。

小滑移接觸¶

小滑移接觸是假設接觸位置變化很小的接觸類型。在輸入資料中，於 !CONTACT 指定 INTERACTION=SSLID。

對接觸面之間相對滑移較小的問題，小滑移接觸可使接觸偵測更穩定。它可處理接觸狀態變化與分離，但不像有限滑移接觸那樣假設對應接觸點會大幅移動。

小滑移接觸同時支援無摩擦接觸與 Coulomb 摩擦接觸。不支援高次元素表面的接觸。

有限滑移接觸¶

有限滑移接觸會隨變形進展更新對應接觸點。在輸入資料中，於 !CONTACT 指定 INTERACTION=FSLID。

對大變形、零件間大幅相對滑移，或接觸位置遠離初始位置的情況，使用有限滑移接觸。系統使用 bucket 搜尋尋找對應接觸點，因此可在分析過程中更新接觸位置。

INTERACTION=GLUED 為相容性指定，在內部會以有限滑移接觸處理。有限滑移接觸同時支援無摩擦接觸與 Coulomb 摩擦接觸。

綁定拘束¶

綁定拘束會將接觸配對指定的表面永久連接。在輸入資料中，於 !CONTACT 指定 INTERACTION=TIED。

綁定拘束不允許滑移或分離。當需要連接元素尺寸不同的網格，或由不同零件建立的區域在分析中應視為單一物體時，此功能很有用。

嵌入會將嵌入側節點拘束於 host 元素，因此其輸入對象與連接接觸配對兩側表面的綁定拘束不同。當一群節點需要被拘束於周圍元素內時，使用嵌入。

嵌入¶

嵌入會將嵌入側的節點群組拘束於 host 側的元素群組。在輸入資料中，先於網格資料使用 !EMBED PAIR 定義嵌入配對，再於分析控制資料使用 !EMBED 指定配對名稱與群組 ID。

在嵌入配對中，SLAVE_GRP 為嵌入側節點群組，MASTER_GRP 為 host 側元素群組。當一群節點需要剛性拘束於周圍實體元素內時，使用此功能。

嵌入會依全域接觸求解設定進行組裝。通常先考慮 SLAGRANGE。使用 ALAGRANGE 時，請確認罰係數與外部反覆的收斂情況。不支援摩擦。逐步啟用與接觸使用相同機制：在 !STEP 的 CONTACT 行指定群組 ID。

求解演算法¶

接觸求解演算法使用 !CONTACT_ALGO 指定。它與接觸類型互相獨立，用於改變同一接觸配對的拘束求解方式。

TYPE=SLAGRANGE 為標準 Lagrange 乘數法。它將接觸自由度納入線性系統並直接處理拘束方程式。這是一個標準且穩定的選擇，使用嵌入時也應優先考慮。

TYPE=ALAGRANGE 為增廣 Lagrange 乘數法。它結合罰項與外部反覆來滿足拘束。需要更高接觸拘束精度時可考慮使用，但由於 AUGITER 會增加外部反覆，因此必須確認計算成本與收斂行為。

關於接觸自由度的消去、與直接法／反覆法求解器的組合，以及 MPC 的處理方法，請參閱求解器與預處理。

接觸配對定義¶

接觸配對是網格資料中的指定，用於定義哪一個 slave 側與哪一個 master 側接觸。在輸入資料中，使用 !CONTACT PAIR 定義配對名稱、slave 群組與 master 群組，並由分析控制資料中的 !CONTACT 參照該配對名稱。

TYPE=NODE-SURF 是節點對表面的表示方式，slave 側指定為節點群組，master 側指定為表面群組。此方式可直接表示一群節點與表面接觸的問題。

TYPE=SURF-SURF 將 slave 與 master 兩側都指定為表面群組。內部會由 slave 表面群組產生節點群組，並將配對轉換為節點對表面接觸。當需要以表面群組管理 slave 表面時使用此表示方式。

接觸偵測參數¶

接觸偵測參數是用於接觸搜尋與切換接觸狀態的數值門檻。在輸入資料中，使用 !CONTACT_PARAM 定義具名稱的參數集，再於 !CONTACT 以 CONTACTPARAM 參照。

代表性參數包括法向間隙 CLEARANCE、已接觸元素使用的 CLR_SAME_ELEM、分離判定用的 TENSILE_FORCE，以及擴張搜尋框的 BOX_EXP_RATE。CLEARANCE 的預設值為 0.01。

一般分析通常使用預設接觸偵測參數即可。只有在發生接觸狀態振盪、接觸點非預期切換，或初始接觸搜尋不穩定等問題時才進行調整。參數值與資料行順序請參閱關鍵字參考。

接觸干涉的處理¶

接觸干涉處理功能會對初始狀態下接觸面互相干涉的模型，逐步改變干涉量或分離量。使用 !CONTACT_INTERFERENCE 指定。

使用 TYPE=SLAVE 或 TYPE=MASTER 選擇干涉處理以 slave 側或 master 側為基準。END 指定干涉處理結束時刻，並為各接觸配對指定初始位置 initial_pos 與結束位置 end_pos。

當模型中零件在幾何上互相干涉，但需要在分析中將該干涉重現為初始接觸狀態或壓入配合狀態時，此功能很有用。若突然消除干涉可能使收斂惡化，因此應在步驟內逐步改變。