Contacto e incorporação¶

Utilize as funções de análise de contacto e de incorporação em problemas nos quais peças independentes entram em contacto e transmitem carga ou deslizam relativamente umas às outras, ou em problemas nos quais uma peça deve ser representada como incorporada noutra. A análise de contacto aplica restrições para impedir a penetração e transmitir forças de atrito nas superfícies de contacto, enquanto a incorporação representa uma ligação totalmente restringida entre peças.

A análise de contacto do FrontISTR é configurada combinando um tipo de contacto, um algoritmo de solução, uma definição de par de contacto e a ativação por passo. A incorporação utiliza a infraestrutura de contacto para restringir os nós do lado incorporado aos elementos do lado hospedeiro.

Visão geral das funcionalidades¶

É útil organizar a análise de contacto selecionando sequencialmente os elementos seguintes.

Nos dados de entrada, defina as condições de contacto com !CONTACT e selecione o método de solução com !CONTACT_ALGO. Os parâmetros para ajuste da deteção de contacto são agrupados em !CONTACT_PARAM. Para tratar gradualmente a interferência inicial, utilize também !CONTACT_INTERFERENCE.

A incorporação é definida com !EMBED e é ativada em cada passo através da mesma linha CONTACT utilizada para o contacto. Para a eliminação dos graus de liberdade de contacto e o tratamento, pelo solver linear, das restrições multiponto, consulte Solver e pré-condicionamento.

Seleção de um método de análise de contacto¶

Selecione o tipo de contacto de acordo com o movimento relativo das superfícies de contacto e com o objetivo da análise. Utilize contacto de pequeno deslizamento quando o deslizamento for limitado e não forem necessárias grandes atualizações da posição de contacto. Utilize contacto de deslizamento finito para grandes deformações ou grandes deslizamentos relativos. Utilize uma restrição de ligação quando as peças tiverem de permanecer permanentemente ligadas, sem deslizamento nem separação.

Quanto ao algoritmo de solução, considere em primeiro lugar o método padrão dos multiplicadores de Lagrange (SLAGRANGE). Se for necessário melhorar a precisão das restrições através de iterações exteriores, considere o método dos multiplicadores de Lagrange aumentado (ALAGRANGE). Com ALAGRANGE, AUGITER especifica o número de iterações de Lagrange aumentado.

Quando se considera atrito, especifique um coeficiente de atrito para cada par de contacto. Um par de contacto com coeficiente de atrito 0 é tratado como sem atrito. Como o atrito afeta a convergência, especifique-o apenas para os pares de contacto que dele necessitem.

Apenas são suportadas como superfícies de contacto as superfícies de elementos de primeira ordem. Não são suportadas entradas que utilizem superfícies de elementos de ordem superior como superfícies de contacto. Ao utilizar contacto numa análise com elementos de ordem superior, modele as superfícies de contacto de modo que possam ser representadas de forma equivalente por superfícies de elementos de primeira ordem.

Contacto de pequeno deslizamento¶

O contacto de pequeno deslizamento é um tipo de contacto que pressupõe pequenas alterações da posição de contacto. Nos dados de entrada, especifique-o com INTERACTION=SSLID em !CONTACT.

Para problemas em que o deslizamento relativo entre superfícies de contacto é pequeno, o contacto de pequeno deslizamento pode tornar a deteção de contacto mais estável. Trata alterações do estado de contacto e a separação, mas não pressupõe grandes deslocações dos pontos de contacto correspondentes, ao contrário do contacto de deslizamento finito.

O contacto de pequeno deslizamento suporta tanto contacto sem atrito como contacto com atrito de Coulomb. O contacto em superfícies de elementos de ordem superior não é suportado.

Contacto de deslizamento finito¶

O contacto de deslizamento finito é um tipo de contacto que atualiza os pontos de contacto correspondentes à medida que a deformação evolui. Nos dados de entrada, especifique-o com INTERACTION=FSLID em !CONTACT.

Utilize contacto de deslizamento finito em casos de grandes deformações, grandes deslizamentos relativos entre peças ou migração da posição de contacto para longe da posição inicial. É utilizada uma pesquisa por buckets para encontrar os pontos de contacto correspondentes, permitindo atualizar a posição de contacto durante a análise.

INTERACTION=GLUED é uma especificação de compatibilidade e é tratada internamente como contacto de deslizamento finito. O contacto de deslizamento finito suporta tanto contacto sem atrito como contacto com atrito de Coulomb.

Restrição de ligação¶

Uma restrição de ligação é um tipo de contacto que liga permanentemente as superfícies especificadas por um par de contacto. Nos dados de entrada, especifique-a com INTERACTION=TIED em !CONTACT.

Uma restrição de ligação não permite deslizamento nem separação. É útil para ligar malhas com diferentes tamanhos de elemento ou quando regiões criadas como peças separadas devem comportar-se como um único corpo na análise.

A incorporação restringe os nós do lado incorporado aos elementos hospedeiros, pelo que os respetivos alvos de entrada diferem dos de uma restrição de ligação, que liga as duas superfícies de um par de contacto. Utilize a incorporação quando um grupo de nós tiver de ser restringido no interior dos elementos envolventes.

Incorporação¶

A incorporação restringe um grupo de nós do lado incorporado a um grupo de elementos do lado hospedeiro. Nos dados de entrada, defina o par de incorporação com !EMBED PAIR nos dados de malha e especifique o nome do par e o ID do grupo com !EMBED nos dados de controlo da análise.

Num par de incorporação, SLAVE_GRP é o grupo de nós do lado incorporado e MASTER_GRP é o grupo de elementos do lado hospedeiro. Utilize esta função quando um grupo de nós tiver de ser rigidamente restringido no interior de elementos sólidos envolventes.

A incorporação é montada de acordo com a configuração global da solução de contacto. Normalmente, considere SLAGRANGE em primeiro lugar. Ao utilizar ALAGRANGE, verifique o coeficiente de penalização e a convergência das iterações exteriores. O atrito não é suportado. A ativação por passo utiliza o mesmo mecanismo do contacto: especifique o ID do grupo na linha CONTACT de !STEP.

Algoritmos de solução¶

O algoritmo de solução de contacto é especificado com !CONTACT_ALGO. É independente do tipo de contacto e é utilizado para alterar a forma como são resolvidas as restrições para o mesmo par de contacto.

TYPE=SLAGRANGE é o método padrão dos multiplicadores de Lagrange. Incorpora os graus de liberdade de contacto no sistema linear e trata diretamente as equações de restrição. É uma opção padrão e estável, devendo também ser considerada em primeiro lugar quando se utiliza incorporação.

TYPE=ALAGRANGE é o método dos multiplicadores de Lagrange aumentado. Combina um termo de penalização com iterações exteriores para satisfazer as restrições. Pode ser considerado quando é necessária maior precisão das restrições de contacto, mas, como AUGITER adiciona iterações exteriores, é necessário verificar o custo computacional e o comportamento de convergência.

Para a eliminação dos graus de liberdade de contacto, combinações com solvers diretos e iterativos e métodos de tratamento de MPC, consulte Solver e pré-condicionamento.

Amortecimento de contacto¶

Há análises em que contacto e ausência de contacto se alternam em cada iteração, fazendo oscilar o estado de contacto e impedindo a convergência. O amortecimento de contacto aplica, desde que a superfície de contacto se aproxima da superfície master, uma força de amortecimento proporcional ao incremento do deslocamento relativo na direção normal, para suprimir essa oscilação. É utilizado especificando duas grandezas: a intensidade do amortecimento e o intervalo de distância em que atua.

Quando o amortecimento é ativado, os nós da superfície de contacto cuja distância à superfície master está dentro da distância de atuação passam para um estado de proximidade. Os nós neste estado não ficam sujeitos à restrição de contacto e recebem apenas a força de amortecimento. O amortecimento aumenta à medida que a distância se aproxima de 0 e deixa de atuar ao atingir a distância de atuação.

Tanto o início do contacto como a separação passam pelo estado de proximidade. Um nó sem contacto entra primeiro no estado de proximidade ao passar para dentro da distância de atuação e, ao aproximar-se mais, passa ao estado de contacto. Quando um nó em contacto se separa devido a uma força de tração, regressa primeiro ao estado de proximidade e passa ao estado sem contacto quando a distância excede a distância de atuação. O estado de proximidade só ocorre quando é especificada uma distância de atuação; em análises sem amortecimento, a transição ocorre diretamente entre os estados sem contacto e em contacto.

O coeficiente de amortecimento é um coeficiente de estabilização numérica; se for demasiado grande, a força de amortecimento permanece na solução. Como referência, utilize um valor da ordem de 1.0e-3 a 1.0e-2 e aumente-o apenas se a análise não convergir. A distância de atuação deve ser suficientemente pequena em relação ao tamanho dos elementos da superfície de contacto. Se for demasiado grande, mesmo nós que ainda não estão em contacto recebem força de amortecimento, alterando o instante de início do contacto.

Nos dados de entrada, especifique o coeficiente de amortecimento com DAMP_ALPHA e a distância de atuação com DAMP_GACT em !CONTACT.

Definição do par de contacto¶

Um par de contacto é uma especificação dos dados de malha que define qual lado slave contacta com qual lado master. Nos dados de entrada, defina o nome do par, o grupo slave e o grupo master com !CONTACT PAIR e referencie o nome do par a partir de !CONTACT nos dados de controlo da análise.

TYPE=NODE-SURF é uma representação nó-superfície na qual o lado slave é especificado como grupo de nós e o lado master como grupo de superfícies. Representa diretamente problemas em que um grupo de nós contacta uma superfície.

TYPE=SURF-SURF especifica tanto o lado slave como o lado master como grupos de superfícies. Internamente, é gerado um grupo de nós a partir do grupo de superfícies slave e o par é convertido para contacto nó-superfície. Utilize esta representação quando a superfície slave deve ser gerida como grupo de superfícies.

Parâmetros de deteção de contacto¶

Os parâmetros de deteção de contacto são limiares numéricos utilizados na pesquisa de contacto e na comutação entre estados de contacto. Nos dados de entrada, defina um conjunto de parâmetros com nome através de !CONTACT_PARAM e referencie-o utilizando CONTACTPARAM em !CONTACT.

Entre os parâmetros representativos incluem-se a folga normal CLEARANCE, CLR_SAME_ELEM para elementos que já estão em contacto e TENSILE_FORCE para deteção de separação. O valor predefinido de CLEARANCE é 0.01.

Para análises padrão, os parâmetros predefinidos de deteção de contacto são geralmente suficientes. Ajuste-os apenas quando ocorrerem problemas, como oscilação do estado de contacto, comutação não intencional dos pontos de contacto ou instabilidade na pesquisa inicial de contacto. Consulte a referência de palavras-chave para os valores dos parâmetros e a ordem das linhas de dados.

Resolução da interferência de contacto¶

A resolução da interferência de contacto é uma função que altera gradualmente a quantidade de interferência ou separação num modelo cujas superfícies de contacto interferem no estado inicial. É especificada com !CONTACT_INTERFERENCE.

Utilize TYPE=SLAVE ou TYPE=MASTER para selecionar se a resolução da interferência toma como referência o lado slave ou master. END especifica o instante em que termina a resolução da interferência, e a cada par de contacto são atribuídas uma posição inicial initial_pos e uma posição final end_pos.

Esta função é útil quando as peças interferem geometricamente no modelo, mas essa interferência deve ser reproduzida na análise como estado de contacto inicial ou estado de ajuste por interferência. A remoção abrupta da interferência pode degradar a convergência, pelo que deve ser variada gradualmente dentro do passo.

Tópicos relacionados¶

• Análise de contacto (teoria) — Formulação de problemas de contacto
• Tipos de análise — Análise não linear incluindo contacto
• Iteração não linear e integração temporal — Estrutura do ciclo de iteração de contacto, diferenças entre SLAGRANGE e ALAGRANGE e critérios de convergência
• Controlo de passos — Ativação por passo de contacto e incorporação
• Solver e pré-condicionamento — Eliminação dos graus de liberdade de contacto e métodos de tratamento de MPC
• Referência de palavras-chave:
• Controlo da análise: !CONTACT, !CONTACT_ALGO, !CONTACT_PARAM, !EMBED
• Definições da malha: !CONTACT PAIR, !EMBED PAIR