לדלג לתוכן

מגע והטמעה

כאשר מטפלים בבעיה שבה חלקים עצמאיים באים במגע זה עם זה ומעבירים עומס או מחליקים זה ביחס לזה, או בבעיה שבה יש לייצג חלק אחד כמוטמע בתוך חלק אחר, משתמשים בפונקציות של אנליזת מגע והטמעה. באנליזת מגע מגדירים אילוצים למניעת חדירה ולהעברת כוחות חיכוך במשטחי המגע, ואילו הטמעה מייצגת קישור מאולץ לחלוטין בין חלקים.

אנליזת המגע של FrontISTR מורכבת משילוב של סוג מגע, אלגוריתם פתרון, הגדרת זוג מגע והפעלה לפי שלב. הטמעה משתמשת במסגרת המגע כדי לאלץ צמתים בצד המוטמע אל אלמנטים בצד המארח.

סקירת הפונקציות

נוח לארגן אנליזת מגע על ידי בחירת האפשרויות הבאות לפי הסדר.

ציר הבחירה אפשרויות תפקיד
סוג מגע מגע בהחלקה קטנה, מגע בהחלקה סופית, אילוץ קשירה קובע כיצד מותרות תנועה יחסית, היפרדות והחלקה בין משטחי המגע.
אלגוריתם פתרון SLAGRANGE, ALAGRANGE קובע כיצד אילוצי המגע משולבים במערכת הליניארית ובאיטרציות הלא־ליניאריות.
זוג מגע NODE-SURF, SURF-SURF קובע את הייצוג של הצד המשועבד והצד הראשי. הגדרת הזוג נעשית בנתוני הרשת.
חיכוך ללא חיכוך, חיכוך Coulomb מגדיר את ההתנגדות המשיקית באמצעות מקדם חיכוך.
הפעלה שורת CONTACT של !STEP מפעילה קבוצת מגע או קבוצת הטמעה בכל שלב.

בנתוני הקלט, מגדירים תנאי מגע באמצעות !CONTACT ובוחרים את שיטת הפתרון באמצעות !CONTACT_ALGO. הפרמטרים לכוונון זיהוי המגע מרוכזים ב-!CONTACT_PARAM. לטיפול הדרגתי בחפיפה התחלתית משתמשים גם ב-!CONTACT_INTERFERENCE.

הטמעה מוגדרת באמצעות !EMBED ומופעלת בכל שלב באמצעות אותה שורת CONTACT המשמשת למגע. להסרת דרגות חופש של מגע ולטיפול באילוצים מרובי־נקודות בצד הפותר הליניארי, ראו פותר וקדם־התניה.

בחירת שיטת אנליזת מגע

את סוג המגע בוחרים לפי התנועה היחסית של משטחי המגע ומטרת האנליזה. כאשר ההחלקה קטנה ואין צורך בעדכון גדול של מיקום המגע, משתמשים במגע בהחלקה קטנה. עבור דפורמציה גדולה או החלקה יחסית גדולה משתמשים במגע בהחלקה סופית. כאשר החלקים חייבים להישאר מחוברים באופן קבוע ללא החלקה או היפרדות, משתמשים באילוץ קשירה.

בבחירת אלגוריתם הפתרון, יש לשקול תחילה את שיטת מכפילי Lagrange הסטנדרטית (SLAGRANGE). אם רוצים לשפר את דיוק האילוץ באמצעות איטרציות חיצוניות, אפשר לבחור בשיטת מכפילי Lagrange המורחבת (ALAGRANGE). ב-ALAGRANGE, הפרמטר AUGITER מציין את מספר איטרציות Lagrange המורחבות.

כאשר מביאים חיכוך בחשבון, יש לציין מקדם חיכוך לכל זוג מגע. זוג מגע שמקדם החיכוך שלו 0 מטופל כמגע ללא חיכוך. מאחר שחיכוך משפיע על ההתכנסות, יש להגדיר אותו רק לזוגות המגע שבהם הוא נדרש.

כמשטחי מגע נתמכים רק משטחים של אלמנטים מסדר ראשון. קלט המשתמש במשטחים של אלמנטים מסדר גבוה כמשטחי מגע אינו נתמך. כאשר משתמשים במגע באנליזה עם אלמנטים מסדר גבוה, יש למדל את משטח המגע כך שניתן יהיה לייצגו באופן שקול כמשטח של אלמנטים מסדר ראשון.

מגע בהחלקה קטנה

מגע בהחלקה קטנה הוא סוג מגע המניח שהשינוי במיקום המגע קטן. בקלט מציינים אותו באמצעות INTERACTION=SSLID ב-!CONTACT.

בבעיות שבהן ההחלקה היחסית בין משטחי המגע קטנה, שימוש במגע בהחלקה קטנה מקל על ייצוב זיהוי המגע. הוא מטפל בשינויים במצב המגע ובהיפרדות, אך אינו מניח תנועה גדולה של נקודות המגע המתאימות כפי שעושה מגע בהחלקה סופית.

מגע בהחלקה קטנה תומך הן במגע ללא חיכוך והן במגע עם חיכוך Coulomb. מגע על משטחים של אלמנטים מסדר גבוה אינו נתמך.

מגע בהחלקה סופית

מגע בהחלקה סופית הוא סוג מגע שמעדכן את נקודות המגע המתאימות עם התקדמות הדפורמציה. בקלט מציינים אותו באמצעות INTERACTION=FSLID ב-!CONTACT.

יש לבחור מגע בהחלקה סופית עבור דפורמציה גדולה, החלקה יחסית גדולה בין חלקים או תנועה של מיקום המגע הרחק ממיקומו ההתחלתי. למציאת נקודות המגע המתאימות נעשה שימוש בחיפוש מבוסס דליים, המאפשר לעדכן את מיקום המגע במהלך האנליזה.

INTERACTION=GLUED הוא ציון לצורכי תאימות ומטופל פנימית כמגע בהחלקה סופית. מגע בהחלקה סופית תומך הן במגע ללא חיכוך והן במגע עם חיכוך Coulomb.

אילוץ קשירה

אילוץ קשירה הוא סוג מגע המחבר באופן קבוע את המשטחים שהוגדרו בזוג המגע. בקלט מציינים אותו באמצעות INTERACTION=TIED ב-!CONTACT.

אילוץ קשירה אינו מאפשר החלקה או היפרדות. משתמשים בו כדי לחבר רשתות בעלות גדלי אלמנט שונים או כאשר רוצים שאזורים שנוצרו כחלקים נפרדים יתנהגו באנליזה כגוף אחד.

הטמעה מאלצת צמתים בצד המוטמע אל אלמנטים בצד המארח, ולכן מטרות הקלט שלה שונות מאלה של אילוץ קשירה המחבר את שני המשטחים של זוג מגע. כאשר יש לאלץ קבוצת צמתים בתוך האלמנטים הסובבים, משתמשים בהטמעה.

הטמעה

הטמעה מאלצת קבוצת צמתים בצד המוטמע אל קבוצת אלמנטים בצד המארח. בקלט מגדירים את זוג ההטמעה באמצעות !EMBED PAIR בצד נתוני הרשת, ומציינים את שם הזוג ומזהה הקבוצה באמצעות !EMBED בצד נתוני בקרת האנליזה.

בזוג הטמעה, SLAVE_GRP היא קבוצת הצמתים בצד המוטמע ו-MASTER_GRP היא קבוצת האלמנטים בצד המארח. משתמשים בפונקציה זו כאשר יש לאלץ באופן קשיח קבוצת צמתים בתוך אלמנטים מוצקים מקיפים.

הטמעה מורכבת בהתאם להגדרות הכוללות של פתרון המגע. בדרך כלל יש לשקול תחילה SLAGRANGE. כאשר משתמשים ב-ALAGRANGE, יש לבדוק את מקדם הקנס ואת התכנסות האיטרציות החיצוניות. חיכוך אינו נתמך. הפעלה לפי שלב משתמשת באותו מנגנון כמו מגע: מציינים את מזהה הקבוצה בשורת CONTACT של !STEP.

אלגוריתמי פתרון

אלגוריתם פתרון המגע מצוין באמצעות !CONTACT_ALGO. זוהי בחירה עצמאית מסוג המגע, והיא משמשת לשינוי אופן פתרון האילוצים עבור אותו זוג מגע.

TYPE=SLAGRANGE היא שיטת מכפילי Lagrange הסטנדרטית. היא משלבת את דרגות החופש של המגע במערכת הליניארית ומטפלת ישירות במשוואות האילוץ. זוהי אפשרות סטנדרטית ויציבה, וגם בעת שימוש בהטמעה יש לשקול אותה תחילה.

TYPE=ALAGRANGE היא שיטת מכפילי Lagrange המורחבת. היא משלבת איבר קנס עם איטרציות חיצוניות כדי לקיים את האילוצים. היא מתאימה כאשר נדרש דיוק גבוה יותר של אילוצי המגע, אך מאחר ש-AUGITER מוסיף איטרציות חיצוניות יש לבדוק את עלות החישוב ואת התנהגות ההתכנסות.

להסרת דרגות חופש של מגע, לשילוב עם פותרים ישירים ואיטרטיביים ולשיטות הטיפול ב-MPC, ראו פותר וקדם־התניה.

הגדרת זוג מגע

זוג מגע הוא ציון בצד נתוני הרשת המגדיר איזה צד משועבד בא במגע עם איזה צד ראשי. בקלט מגדירים את שם הזוג, קבוצת הצד המשועבד וקבוצת הצד הראשי באמצעות !CONTACT PAIR, ומפנים לשם הזוג מתוך !CONTACT בצד נתוני בקרת האנליזה.

TYPE=NODE-SURF הוא ייצוג צומת־אל־משטח שבו הצד המשועבד מוגדר כקבוצת צמתים והצד הראשי כקבוצת משטחים. הוא מאפשר לייצג ישירות בעיות שבהן קבוצת צמתים באה במגע עם משטח.

TYPE=SURF-SURF הוא ייצוג שבו גם הצד המשועבד וגם הצד הראשי מוגדרים כקבוצות משטחים. פנימית, נוצרת קבוצת צמתים מקבוצת המשטחים של הצד המשועבד, והזוג מומר למגע צומת־אל־משטח. משתמשים בייצוג זה כאשר רוצים לנהל את משטח הצד המשועבד כקבוצת משטחים.

פרמטרים לזיהוי מגע

פרמטרי זיהוי המגע הם אוסף של ספים נומריים המשמשים לחיפוש מגע ולהחלפת מצב המגע. בקלט מגדירים ערכת פרמטרים בעלת שם באמצעות !CONTACT_PARAM, ומפנים אליה באמצעות CONTACTPARAM ב-!CONTACT.

פרמטרים אופייניים כוללים את המרווח הרגיל CLEARANCE, את CLR_SAME_ELEM עבור אלמנטים שכבר נמצאים במגע ואת TENSILE_FORCE לזיהוי היפרדות. ערך ברירת המחדל של CLEARANCE הוא 0.01.

באנליזות סטנדרטיות, בדרך כלל די בפרמטרי ברירת המחדל לזיהוי מגע. יש לכוונן אותם רק אם מתרחשות בעיות כגון תנודות במצב המגע, החלפה לא מכוונת של נקודות מגע או אי־יציבות בחיפוש המגע ההתחלתי. לערכי הפרמטרים ולסדר שורות הנתונים ראו את רפרנס מילות המפתח.

פתרון חפיפת מגע

פתרון חפיפת מגע הוא פונקציה המשנה בהדרגה את מידת החפיפה או ההתרחקות במודל שבו משטחי המגע חופפים במצב ההתחלתי. בקלט מציינים אותה באמצעות !CONTACT_INTERFERENCE.

באמצעות TYPE=SLAVE או TYPE=MASTER בוחרים אם פתרון החפיפה יתייחס לצד המשועבד או לצד הראשי. END מציין את הזמן שבו מסתיים פתרון החפיפה, ולכל זוג מגע ניתנים המיקום ההתחלתי initial_pos ומיקום הסיום end_pos.

פונקציה זו משמשת כאשר מבחינה גאומטרית החלקים חופפים במודל, אך באנליזה רוצים לייצג חפיפה זו כמצב מגע התחלתי או כמצב התאמת לחיצה. הסרה פתאומית של החפיפה עלולה לפגוע בהתכנסות, ולכן משנים אותה בהדרגה במהלך השלב.

נושאים קשורים