Перейти к статье

 

Задание контактного взаимодействия

Контактные задачи зачастую являются существенно нелинейными (общий контакт) и требуют значительных компьютерных ресурсов для решения. При этом для выбора модели, приводящей к наиболее эффективному решению, очень важно понимать физическое содержание задачи. Нелинейность контактных задач связана с двумя моментами. Во-первых, область контакта, а, следовательно, граничные условия до получения решения являются неизвестными. Во-вторых, во многих контактных задачах необходимо учитывать трение. Эффекты, связанные с трением, могут приводить к плохо сходящимся задачам.

Создание контакта

К действиям контакта относятся:

Создание

Для создания контакта на панели команд необходимо выбрать (Режим — Граничные условия, Объект — Контакт, Действие — Создать).

В CAE Fidesys создание контактных взаимодействий реализовано автоматически или вручную.

Каждой контактной паре приписывается индивидуальный номер (ID) и набор свойств. Число контактных пар не ограничено. Для визуализации созданной контактной пары кликните мышью на название необходимой контактной пары в том же дереве объектов слева. Выбранная пара будет подсвечена на модели желтым цветом.

Автоматическое создание контактов реализовано через Автовыбор и происходит на базе типа сущности, которая выбрана в окне Геометрия сущности – Список сущностей и имеет выбор:

При автоматическом создании контакта доступны Настройки поиска и Масштабирования.

Настройки поиска содержат настройки – Точность поиска контакта по касательной и Радиус поиска контактной поверхности. При включении этой настройки радиус поиска контакта будет складываться с Точностью.

Масштабирование учитывает поверхности с малой площадью. По умолчанию опция включена для автопоиска контактных пар и выключена при ручном выборе главной и побочной сущностей.

Ручное создание контакта реализовано через Выбор главной и побочной сущности.

Списки сущностей доступных для выбора главной и побочной сущностей: поверхность, кривая, вершина, узел, набор узлов, набор сторон, четырехугольная грань элемента, треугольник, ребро.

Типы контактов:

Точность – это область поиска контакта, т.е. максимальный радиус области поиска контактных узлов во время расчета.

В CAE Fidesys реализованы следующие контактные алгоритмы:

Если установить метод на Авто – происходит автоматическая замена в зависимости от типа контакта: если связанный, то автоматически меняется на метод MPC, если общий - то на метод штрафов с настройками по умолчанию.

Добавление изменений

Для добавления изменений на панели команд необходимо выбрать (Режим — Граничные условия, Объект — Контакт, Действие — Изменить). Данная функция позволяет изменить для выбранных ID контактов такие параметры, как Тип контакта, Точность, Метод, а также их настройки.

Вывод списка

Для вывода списка данных о контактах или сохранение данных в файл на панели команд выберите (Режим — Граничные условия, Объект — Контакт, Действие — Список).

Графическое отображение

Для графического отображения контактов на панели команд необходимо выбрать (Режим — Граничные условия, Объект — Контакт, Действие — Прорисовка).

Удаление

Удаление контакта осуществляется по ID следующим образом (Режим — Граничные условия, Объект — Контакт, Действие — Удалить).

Анализ результатов контактных взаимодействий (статус контакта)

В FidesysViewer после выполнения расчета можно оценить поведение каждого контактного элемента по присвоенному ему статусу в поле Статус Контакта (Contact Status):

 

 

Данное поле имеет одну компоненту, которая может принимать следующие значения:


 

Контактные алгоритмы

- Метод MPC - многоточечное ограничение, метод контакта с использованием уравнений связи. Используются не узлы, а точки интегрирования (гауссовы). Метод MPC накладывает требования непроникновения и равенства нормальных напряжений, для применения которых используется метод прямого исключения (Direct elimination). Такой подход не требует подбора жесткости и дает решение за одну итерацию (если зона контакта не меняется);

 

- Метод Штрафов - метод контакта, в котором требуется задание контактных жесткостей, под которыми понимаются жесткости упругих элементов (виртуальных пружин), добавляемых программой для связи между контактируемыми сущностями.

Значение жесткости рассчитывается программой самостоятельно в зависимости от свойств материала деформированных элементов, но пользователь может масштабировать его умножением на необходимый коэффициент.

Общие рекомендации по выбору множителя для нормальной жесткости контакта методом Штрафов:

Общие рекомендации по выбору множителя для касательной жесткости контакта:

Жесткость теплового контакта определяет точность равенства температур в области контакта. Жесткость теплового контакта представляет собой число Нуссельта с характерным размером равным размеру сетки. Чем больше значение параметра, тем точнее соблюдается равенство температур.

 

 

- Метод “Лагранжа” - используется для контактных задач, где важно точнее выполнить условие непроникновения поверхностей. В отличие от метода Штрафов, здесь контакт задаётся не через жёсткость, а через дополнительные контактные неизвестные - множители Лагранжа. Это уменьшает зависимость результата от штрафной жёсткости, но делает задачу более чувствительной к настройкам и к лишним ограничениям в модели.

ВАЖНО: Метод Лагранжа реализован только для статических задач.

В интерфейсе метод собран в один режим - Лагранжа. Обычно его настраивают от простого к сложному: сначала нормальный контакт без касательной части, затем при необходимости включают прилипание, трение, отлипание и ограничения по сдвигу.

Поля интерфейса для метода Лагранжа: