Kontakt powierzchnia–powierzchnia w Abaqus

W tym wpisie na blogu przyjrzymy się zaawansowanej metodzie dyskretyzacji kontaktu oferowanej przez Abaqus: kontaktowi typu powierzchnia–powierzchnia (surface-to-surface contact).

Surface-to-surface contact

Poniższy przykład uwidacznia negatywne skutki niewłaściwego doboru gęstości siatki elementów dla współpracujących części.

Rysunek 1: Model przykładowy

Jednym ze sposobów na ograniczenie negatywnych skutków „niepoprawnej” relacji powierzchni nadrzędnej i podporządkowanej (master–slave) jest zastosowanie metody dyskretyzacji kontaktu powierzchnia–powierzchnia (surface-to-surface), zilustrowanej na Rysunku 2.

Rysunek 2: Kontakt powierzchnia–powierzchnia; powierzchnia master jest mniejsza i posiada większą gęstość elementów niż powierzchnia slave.

Metoda dyskretyzacji

Metoda dyskretyzacji kontaktu powierzchnia–powierzchnia (surface-to-surface) wykorzystuje uśrednione położenia węzłów powierzchni podporządkowanej (slave nodes) do narzucenia każdego z warunków więzów kontaktu. Każdy warunek kontaktowy (contact constraint) jest wagowany z przesunięciem w stronę najbliższego węzła slave, ale uwzględnia również położenia pozostałych węzłów powierzchni podporządkowanej. Rysunek 2 pokazuje, że metoda ta pomaga zredukować część problemów charakterystycznych dla metody dyskretyzacji węzeł–powierzchnia (node-to-surface). Rysunek 3 przedstawia tę samą analizę, lecz z zachowaniem „poprawnej” relacji master–slave.

Rysunek 3: Kontakt powierzchnia–powierzchnia; powierzchnia slave jest mniejsza i posiada większą gęstość elementów niż powierzchnia master. Widoczne stają się obciążenia krawędziowe, których brakowało na Rysunku 1.

Rysunek 3 pokazuje, że metoda powierzchnia–powierzchnia wciąż zyskuje na prawidłowym zdefiniowaniu relacji master–slave – na krawędziach Części Drugiej (Part Two) wyraźnie uwidaczniają się strefy wysokich naprężeń w postaci nacisków krawędziowych (edge loads). Obciążenia te nie występowały na Rysunku 2, ponieważ w tamtej konfiguracji węzły master zlokalizowane w narożnikach mogły przenikać przez rzadką siatkę powierzchni slave. Ponadto poprawna relacja master–slave prowadzi zazwyczaj do bardziej wydajnych obliczeń, gdyż rzadka siatka po stronie slave może powodować dłuższy czas przetwarzania analizy.

Podsumowanie poprzednich przykładów 

• W ujęciu idealnym powierzchnia podporządkowana (slave surface) powinna być przypisana do powierzchni mniejszej, charakteryzującej się większą gęstością siatki elementów oraz należącej do ciała bardziej podatnego (biorąc pod uwagę zarówno sztywność strukturalną, jak i sztywność materiałową).
• Jeśli spełnienie wszystkich powyższych kryteriów jednocześnie nie jest możliwe, priorytetem jest przypisanie powierzchni slave do powierzchni mniejszej oraz posiadającej gęstszą siatkę.
• O ile to możliwe, dokładniejsze wyniki zapewnia wybór metody dyskretyzacji powierzchnia–powierzchnia (surface-to-surface) zamiast metody węzeł–powierzchnia (node-to-surface).
• Negatywne konsekwencje nieoptymalnego doboru relacji master–slave są mniej dotkliwe w przypadku typu kontaktu powierzchnia–powierzchnia; niemniej wciąż zaleca się przypisywanie powierzchni slave do mniejszej powierzchni o większej gęstości dyskretyzacji.