接触・埋め込み¶

独立した部品同士が接触し、荷重伝達やすべりを伴う問題や、部品を他の部品に埋め込んだ状態を表現したい問題を扱うとき，接触解析・埋め込み機能を用いる．接触解析では接触面での貫入防止・摩擦伝達を扱うための制約条件を設定し，埋め込みでは部品間の完全拘束を表現する．

FrontISTR の接触解析は，接触タイプ，解法アルゴリズム，接触ペア定義，ステップでの有効化を組み合わせて構成する．埋め込みは接触の枠組みを利用して，埋め込み側の節点を埋め込み先の要素に拘束する機能である．

機能の全体像¶

接触解析は，次の選択肢を順に決めていくと整理しやすい．

選択軸	選択肢	役割
接触タイプ	微小すべり接触，有限すべり接触，結合拘束	接触面の相対移動，離反，すべりをどのように許すかを決める．
解法アルゴリズム	`SLAGRANGE`，`ALAGRANGE`	接触拘束を線形系と非線形反復にどう組み込むかを決める．
接触ペア	`NODE-SURF`，`SURF-SURF`	スレーブ側とマスター側の形を決める．ペア定義はメッシュデータ側で行う．
摩擦	摩擦なし，クーロン摩擦	接線方向の抵抗を摩擦係数で与える．
有効化	`!STEP` の `CONTACT` 行	ステップごとに接触グループまたは埋め込みグループを有効化する．

入力上は，接触条件を !CONTACT で定義し，解法を !CONTACT_ALGO で選ぶ．接触判定の調整パラメータは !CONTACT_PARAM にまとめられる．初期干渉を段階的に扱う場合は !CONTACT_INTERFERENCE を併用する．

埋め込みは !EMBED で定義し，接触と同じ CONTACT 行でステップごとに有効化する．接触自由度の消去や多点拘束の線形ソルバ側処理はソルバー・前処理を参照する．

接触解析の選び方¶

接触タイプは，接触面の相対移動と解析目的から選ぶ．すべり量が小さく，接触位置の大きな更新を必要としない場合は微小すべり接触を使う．大変形や大きな相対すべりを扱う場合は有限すべり接触を使う．部品間を恒久的に結合し，すべりや離反を許さない場合は結合拘束を使う．

解法アルゴリズムは，まず標準 Lagrange 乗数法（SLAGRANGE）を候補にする．拘束精度を外側反復で改善したい場合は，拡張 Lagrange 乗数法（ALAGRANGE）を候補にする．ALAGRANGE では AUGITER によって拡張 Lagrange 反復の回数を指定する．

摩擦を考慮する場合は，接触ペアごとに摩擦係数を指定する．摩擦係数を 0 とした接触ペアは摩擦なし接触として扱う．摩擦は収束性に影響するため，必要な接触ペアだけに指定する．

接触面は 1 次要素の表面のみ対応している．高次要素の表面を接触面として使う入力には対応していない．高次要素を用いる解析で接触を使う場合は，接触面の表現を 1 次要素相当として扱えるモデル化にする．

微小すべり接触¶

微小すべり接触は，接触位置の変化を小さいものとして扱う接触タイプである．入力上は !CONTACT の INTERACTION=SSLID で指定する．

接触面の相対すべりが小さい問題では，微小すべり接触を使うことで接触判定を安定させやすい．接触状態の変化や離反は扱うが，有限すべり接触のように大きな接触対応点の移動を前提にしない．

微小すべり接触は，摩擦なし接触とクーロン摩擦付き接触の両方に対応している．高次要素表面への接触には対応していない．

有限すべり接触¶

有限すべり接触は，変形に伴って接触対応点を更新する接触タイプである．入力上は !CONTACT の INTERACTION=FSLID で指定する．

大変形，部品間の大きな相対すべり，初期接触位置から離れた位置への接触移動を扱う場合は，有限すべり接触を選ぶ．接触対応点の探索にはバケット探索が使われ，解析中の接触位置更新に対応する．

INTERACTION=GLUED は互換指定であり，内部的には有限すべり接触として扱われる．有限すべり接触は，摩擦なし接触とクーロン摩擦付き接触の両方に対応している．

結合拘束¶

結合拘束は，接触ペアで指定した面同士を恒久的に結合する接触タイプである．入力上は !CONTACT の INTERACTION=TIED で指定する．

結合拘束では，すべりや離反を許さない．異なる要素サイズのメッシュを接続したい場合，別部品として作成した領域を解析上は一体として扱いたい場合に用いる．

埋め込みは，埋め込み側節点を埋め込み先要素に拘束する機能であり，接触ペアの面同士を結ぶ結合拘束とは入力対象が異なる．節点群を周囲の要素内部に拘束したい場合は埋め込みを使う．

埋め込み¶

埋め込みは，埋め込み側の節点グループを，埋め込み先の要素グループに拘束する機能である．入力上はメッシュデータ側の !EMBED PAIR で埋め込みペアを定義し，解析制御側の !EMBED でペア名とグループ ID を指定する．

埋め込みペアでは，SLAVE_GRP が埋め込み側の節点グループ，MASTER_GRP が埋め込み先の要素グループである．節点群を周囲のソリッド要素内に剛体的に拘束したい場合に使う．

埋め込みは，接触解法の全体設定に従って組み立てられる．通常は SLAGRANGE を候補にし，ALAGRANGE を使う場合はペナルティ係数と外側反復の収束性を確認する．摩擦には対応していない．ステップでの有効化は接触と同じ仕組みであり，!STEP の CONTACT 行にグループ ID を指定する．

解法アルゴリズム¶

接触解法は !CONTACT_ALGO で指定する．接触タイプとは独立した選択肢であり，同じ接触ペアに対して拘束の解き方を変えるために用いる．

TYPE=SLAGRANGE は標準 Lagrange 乗数法である．接触自由度を線形系に組み込み，拘束条件を直接扱う．標準的で安定な候補であり，埋め込みを使う場合もまずこの解法を候補にする．

TYPE=ALAGRANGE は拡張 Lagrange 乗数法である．ペナルティ項と外側反復を組み合わせて拘束を満たす．接触拘束の精度を高めたい場合に候補となるが，AUGITER による外側反復が増えるため計算コストと収束挙動を確認する必要がある．

接触自由度の消去，直接法・反復法との組合せ，MPC 処理方式はソルバー・前処理を参照する．

接触ペアの定義¶

接触ペアは，どのスレーブ側がどのマスター側に接触するかを定義するメッシュデータ側の指定である．入力上は !CONTACT PAIR でペア名，スレーブグループ，マスターグループを定義し，解析制御側の !CONTACT からペア名を参照する．

TYPE=NODE-SURF は，スレーブ側を節点グループ，マスター側を面グループとして指定する点対面型の表現である．節点群が面に接触する問題を直接表せる．

TYPE=SURF-SURF は，スレーブ側とマスター側の両方を面グループとして指定する表現である．内部的には，スレーブ面グループから節点グループが生成され，点対面型の接触ペアに変換される．スレーブ面を面グループとして管理したい場合に使う．

接触判定パラメータ¶

接触判定パラメータは，接触探索や接触状態の切替に使う数値的なしきい値をまとめた設定である．入力上は !CONTACT_PARAM で名前付きのパラメータセットを定義し，!CONTACT の CONTACTPARAM から参照する．

代表的なパラメータには，通常のクリアランス CLEARANCE，既に接触している要素に対する CLR_SAME_ELEM，剥離判定に使う TENSILE_FORCE，探索ボックスの拡大率 BOX_EXP_RATE などがある．CLEARANCE の既定値は 0.01 である．

標準的な解析では，既定値の接触判定パラメータで十分に動作する．接触状態が振動する，接触点が意図せず切り替わる，初期接触探索が不安定になるなどの問題がある場合にだけ調整する．各パラメータの値とデータ行の並びはキーワードリファレンスを参照する．

接触干渉の解消¶

接触干渉の解消は，初期状態で接触面が干渉しているモデルに対して，干渉量や乖離量を段階的に変化させる機能である．入力上は !CONTACT_INTERFERENCE で指定する．

TYPE=SLAVE または TYPE=MASTER によって，スレーブ側とマスター側のどちらを基準に干渉解消を行うかを選ぶ．END で干渉解消を終える時刻を指定し，各接触ペアに対して初期位置 initial_pos と終了位置 end_pos を与える．

この機能は，モデル作成上は部品が干渉しているが，解析ではその干渉を初期接触状態や押し込み状態として再現したい場合に用いる．干渉を急に解消すると収束性が悪化するため，ステップ内で段階的に変化させる．