Kontakt og innbygging¶

Kontaktanalyse og innbyggingsfunksjonen brukes for problemer der uavhengige deler kommer i kontakt og overfører last eller glir mot hverandre, eller der en del skal representeres som innbygd i en annen del. I kontaktanalyse settes betingelser som hindrer inntrengning og overfører friksjon på kontaktflaten, mens innbygging representerer en fullstendig binding mellom delene.

Kontaktanalysen i FrontISTR bygges opp ved å kombinere kontakttype, løsningsalgoritme, definisjon av kontaktpar og aktivering per trinn. Innbygging bruker kontaktmekanismen til å binde nodene på innbyggingssiden til elementene de er innbygd i.

Funksjonsoversikt¶

Kontaktanalyse er enklest å forstå ved å velge følgende alternativer i rekkefølge.

I inndata defineres kontaktbetingelsen med !CONTACT, og løsningsalgoritmen velges med !CONTACT_ALGO. Justeringsparametere for kontaktbestemmelse samles i !CONTACT_PARAM. Når initial interferens skal håndteres gradvis, brukes også !CONTACT_INTERFERENCE.

Innbygging defineres med !EMBED og aktiveres per trinn med samme CONTACT-linje som kontakt. Se Løser og prekondisjonering for eliminering av kontaktfrihetsgrader og behandling av flerpunktbegrensninger på den lineære løser-siden.

Valg av kontaktanalyse¶

Kontakttype velges ut fra den relative bevegelsen mellom kontaktflatene og formålet med analysen. Bruk kontakt med liten glidning når glidningen er liten og det ikke er nødvendig med store oppdateringer av kontaktposisjonen. Bruk kontakt med endelig glidning ved store deformasjoner eller stor relativ glidning. Bruk sammenbundet binding når delene skal være permanent bundet sammen uten glidning eller separasjon.

For løsningsalgoritmen bør standard Lagrange-multiplikatormetode (SLAGRANGE) vurderes først. Når nøyaktigheten i betingelsen skal forbedres med en ytre iterasjon, kan utvidet Lagrange-multiplikatormetode (ALAGRANGE) brukes. Med ALAGRANGE angir AUGITER antallet utvidede Lagrange-iterasjoner.

Når friksjon tas med, angis en friksjonskoeffisient for hvert kontaktpar. Et kontaktpar med friksjonskoeffisient 0 behandles som friksjonsfri kontakt. Friksjon påvirker konvergensen, og bør derfor bare angis for de kontaktparene der den er nødvendig.

Bare overflater av førsteordenselementer støttes som kontaktflater. Inndata som bruker overflater av høyereordenselementer som kontaktflater, støttes ikke. Hvis kontakt brukes i en analyse med høyereordenselementer, må modellen utformes slik at kontaktflaten kan representeres som en overflate tilsvarende et førsteordenselement.

Kontakt med liten glidning¶

Kontakt med liten glidning er en kontakttype der endringen i kontaktposisjonen antas å være liten. I inndata angis den med INTERACTION=SSLID i !CONTACT.

For problemer der den relative glidningen mellom kontaktflatene er liten, kan kontakt med liten glidning gjøre kontaktbestemmelsen mer stabil. Endringer i kontaktstatus og separasjon håndteres, men metoden forutsetter ikke store bevegelser av korresponderende kontaktpunkter slik kontakt med endelig glidning gjør.

Kontakt med liten glidning støtter både friksjonsfri kontakt og kontakt med Coulomb-friksjon. Kontakt mot overflater av høyereordenselementer støttes ikke.

Kontakt med endelig glidning¶

Kontakt med endelig glidning er en kontakttype der korresponderende kontaktpunkter oppdateres etter hvert som modellen deformeres. I inndata angis den med INTERACTION=FSLID i !CONTACT.

Velg kontakt med endelig glidning for store deformasjoner, stor relativ glidning mellom deler eller når kontaktpunktet kan bevege seg langt fra den opprinnelige kontaktposisjonen. Bucket-søk brukes til å finne korresponderende kontaktpunkter og støtter oppdatering av kontaktposisjonen under analysen.

INTERACTION=GLUED er en kompatibilitetsangivelse og behandles internt som kontakt med endelig glidning. Kontakt med endelig glidning støtter både friksjonsfri kontakt og kontakt med Coulomb-friksjon.

Sammenbundet binding¶

Sammenbundet binding er en kontakttype som permanent binder flatene i et definert kontaktpar sammen. I inndata angis den med INTERACTION=TIED i !CONTACT.

Ved sammenbundet binding tillates verken glidning eller separasjon. Den brukes når mesh med ulik elementstørrelse skal kobles sammen, eller når områder som er opprettet som separate deler, skal behandles som én sammenhengende del i analysen.

Innbygging binder noder på innbyggingssiden til elementene på mottakersiden, og har derfor et annet inndataobjekt enn sammenbundet binding mellom to flater i et kontaktpar. Bruk innbygging når en nodegruppe skal bindes inne i omkringliggende elementer.

Innbygging¶

Innbygging binder nodegruppen på innbyggingssiden til elementgruppen den skal bygges inn i. I nettdataene defineres innbyggingsparet med !EMBED PAIR, og på analysestyringssiden angis parnavnet og gruppe-ID-en med !EMBED.

I et innbyggingspar er SLAVE_GRP nodegruppen som bygges inn, og MASTER_GRP elementgruppen den bygges inn i. Funksjonen brukes når en gruppe noder skal bindes rigid til de omkringliggende solidelementene.

Innbygging settes sammen i henhold til de globale innstillingene for kontaktløsningen. Vanligvis bør SLAGRANGE vurderes først; hvis ALAGRANGE brukes, må penalty-koeffisienten og konvergensen til den ytre iterasjonen kontrolleres. Friksjon støttes ikke. Aktivering per trinn bruker samme mekanisme som kontakt, ved å angi gruppe-ID i CONTACT-linjen i !STEP.

Løsningsalgoritme¶

Kontaktløseren angis med !CONTACT_ALGO. Dette valget er uavhengig av kontakttypen og brukes til å endre hvordan betingelsen løses for samme kontaktpar.

TYPE=SLAGRANGE er standard Lagrange-multiplikatormetode. Kontaktfrihetsgradene innarbeides i det lineære systemet, og betingelsene håndteres direkte. Dette er et standard og stabilt valg og bør også vurderes først ved innbygging.

TYPE=ALAGRANGE er utvidet Lagrange-multiplikatormetode. Den kombinerer penalty-ledd med ytre iterasjoner for å oppfylle betingelsen. Den kan brukes når nøyaktigheten i kontaktbetingelsen skal forbedres, men fordi AUGITER gir flere ytre iterasjoner, må beregningskostnad og konvergens kontrolleres.

Se Løser og prekondisjonering for eliminering av kontaktfrihetsgrader, kombinasjoner med direkte og iterative metoder og behandling av MPC.

Kontaktdemping¶

I enkelte analyser kan kontakt og ikke-kontakt veksle fra iterasjon til iterasjon, slik at kontakttilstanden oscillerer og løsningen ikke konvergerer. Kontaktdemping påfører en dempingskraft proporsjonal med økningen i relativ forskyvning i normalretningen allerede fra kontaktflaten nærmer seg masterflaten, og demper dermed denne svingningen. Funksjonen brukes ved å angi både størrelsen på dempingen og avstandsområdet der den skal virke.

Når dempingen er aktivert, går kontaktflatenoder som ligger innenfor virkningsavstanden fra masterflaten, over i en nærhetstilstand. Noder i nærhetstilstanden er ikke underlagt kontaktbetingelsen, men påvirkes bare av dempingskraften. Dempingen blir sterkere når avstanden nærmer seg 0, og opphører ved virkningsavstanden.

Både kontaktstart og separasjon går gjennom nærhetstilstanden. En node uten kontakt går først inn i nærhetstilstanden når den kommer innenfor virkningsavstanden, og går deretter over i kontakttilstanden når den kommer nærmere. Når en node i kontakt separeres av strekkraft, går den først tilbake til nærhetstilstanden og blir kontaktfri når avstanden overskrider virkningsavstanden. Nærhetstilstanden oppstår bare når en positiv virkningsavstand er angitt; uten kontaktdemping skjer overgangen direkte mellom kontaktfri og kontakt.

Dempingskoeffisienten er en koeffisient for numerisk stabilisering; hvis den settes for høyt, kan dempingskraften bli igjen i løsningen. Bruk omtrent 1.0e-3 til 1.0e-2 som retningslinje, og øk bare verdien hvis analysen ikke konvergerer. Virkningsavstanden bør være tilstrekkelig liten i forhold til elementstørrelsen på kontaktflaten. Hvis virkningsavstanden er for stor, kan også noder som ennå ikke er i kontakt få dempingskraft, slik at tidspunktet for kontaktstart endres.

I inndata angis dempingskoeffisienten med DAMP_ALPHA og virkningsavstanden med DAMP_GACT i !CONTACT.

Definisjon av kontaktpar¶

Et kontaktpar er en angivelse i nettdataene som definerer hvilken slaveside som kan komme i kontakt med hvilken masterside. I inndata defineres parnavn, slavegruppe og mastergruppe med !CONTACT PAIR, og parnavnet refereres fra !CONTACT på analysestyringssiden.

TYPE=NODE-SURF er en node-mot-flate-representasjon der slavesiden angis som en nodegruppe og mastersiden som en flategruppe. Den representerer direkte problemer der en nodegruppe kommer i kontakt med en flate.

TYPE=SURF-SURF er en representasjon der både slave- og mastersiden angis som flategrupper. Internt genereres en nodegruppe fra slaveflategruppen, og paret konverteres til et node-mot-flate-kontaktpar. Bruk denne typen når slavesiden skal administreres som en flategruppe.

Parametere for kontaktbestemmelse¶

Parametere for kontaktbestemmelse er numeriske terskler som brukes ved kontaktsøk og ved skifte av kontaktstatus. I inndata defineres et navngitt parametersett med !CONTACT_PARAM, og det refereres fra CONTACTPARAM i !CONTACT.

Representative parametere er blant annet vanlig klaring CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM for elementer som allerede er i kontakt og TENSILE_FORCE for separasjonsbestemmelse. Standardverdien for CLEARANCE er 0.01.

For vanlige analyser fungerer standardparameterne for kontaktbestemmelse normalt tilstrekkelig. Juster dem bare hvis kontaktstatusen oscillerer, kontaktpunkter skifter utilsiktet eller det innledende kontaktsøket blir ustabilt. Se nøkkelordreferansen for parameterverdier og rekkefølgen på datalinjene.

Løsning av kontaktinterferens¶

Løsning av kontaktinterferens er en funksjon som gradvis endrer interferens- eller separasjonsmengden for modeller der kontaktflatene interfererer i initialtilstanden. I inndata angis den med !CONTACT_INTERFERENCE.

Med TYPE=SLAVE eller TYPE=MASTER velges om interferensen skal løses med slave- eller mastersiden som referanse. END angir tidspunktet da interferensløsningen skal avsluttes, og for hvert kontaktpar angis initialposisjonen initial_pos og sluttposisjonen end_pos.

Funksjonen brukes når delene overlapper i den geometriske modellen, men interferensen i analysen skal representeres som en initial kontakttilstand eller innpressingstilstand. Hvis interferensen fjernes brått, kan konvergensen forverres, og den bør derfor endres gradvis innenfor trinnet.

Relaterte emner¶

• Kontaktanalyse (teori) — Formulering av kontaktproblemet
• Analysetyper — Ikke-lineær analyse med kontakt
• Ikke-lineær iterasjon og tidsintegrasjon — Løkkestruktur for kontaktiterasjon (forskjellen mellom SLAGRANGE og ALAGRANGE) og konvergenskriterier
• Trinnstyring — Aktivering av kontakt og innbygging per trinn
• Løser og prekondisjonering — Eliminering av kontaktfrihetsgrader og MPC-behandling
• Nøkkelordreferanse:
• Analysestyring: !CONTACT, !CONTACT_ALGO, !CONTACT_PARAM, !EMBED
• Meshdefinisjon: !CONTACT PAIR, !EMBED PAIR