Wskazówki przy analizie kontaktu Użytkownicy systemów obliczeniowych (CAE) często potrzebują analizować scenariusze, gdzie pewne części wchodzą ze sobą w kontakt. Takimi przykładami mogą być formowanie materiału, uderzenie, ciasne pasowanie. Symulacja tego zjawiska nie jest jednak zawsze prosta. Za tą analizą stoi często wiele parametrów, które trzeba w sposób właściwy zdefiniować, by zadanie znalazło rozwiązanie. Wiele nowoczesnych systemów CAE automatyzują określanie tych parametrów, niektóre jednak modele wymagają ingerencji użytkownika i odpowiedniego dopasowania pewnych wartości.
Ogólne problemy w analizie kontaktu - Brak gładkiej powierzchni � Kiedy powierzchnie mają nieregularne kształty, brak gładkości może prowadzić do nie zbiegania się zadania (gdzie solwer nieustannie próbuje rozwiązać problem kontaktu przez zmianę wartości parametrów do momentu, kiedy zostanie osiągnięte kryterium zbieżności). Dodatkowo, nie gładkie powierzchnie prowadzą do niedokładnych rozwiązań (np., kołowy pierścień wewnątrz większego kołowego pierścienia powinien produkować jednolite naprężenia wzdłuż powierzchni kontaktu; jednakże, jeśli powierzchnie nie są wystarczająco gładkie mogą wystąpić różnice w naprężeniach).
- Twardy i miękki materiał � Kiedy bardzo miękki materiał jest w kontakcie z materiałem twardym (jak np. gąbka i metal), standardowe obliczenia sztywności kontaktu mogą prowadzić do braku zbieżności lub niechcianej penetracji.
- Szybkie uderzenie � Kiedy szybko poruszająca się część wchodzi w interakcję z inną dochodzą do głosu obciążenia o wysokich częstotliwościach (wymagające od solwera przyjmowania małych kroków czasowych); może nastąpić utrata energii (wchodząc w zjawisko nadtłumienia); i części mogą się penetrować (gdyż część ruszała się zbyt szybko, by solwer zobaczył zjawisko kontaktu).
- Duże deformacje ? Kiedy powierzchnie w kontakcie ulegają duże przemieszczeniom lub odkształcenia (powyżej 50% odkszt.), podstawowe ząłożenia przy obliczaniu parametrów kontaktu nie są już aktualne.
Podstawowe kroki w analizie kontaktu Poniżej kilka parametrów kontaktu, które użytkownik może zdefiniować - na podstawie systemu ALGOR:
Sztywność kontaktu - automatycznie obliczana z geometrii i własności materiałowych danych części; wartość jest automatycznie dopasowywana bazując na aktualnym statusie kontaktu (np., penetracja lub brak penetracji); polepsza dokładność i zbieżność.
Tolerancja kontaktu - odległość pomiędzy dowolnymi węzłami na powierzchni, w których kontakt występuje; jeśli te dwa węzły są bliżej sztywność kontaktu zostanie włączona.
Odległość interakcji kontaktu - kontakt jest tylko wtedy rozważany, jeśli dwie powierzchnie są bliżej niż zadana wielkość.
Maksymalna długość penetracji - kontakt nie jest wymuszany , jeśli punkt na drugiej powierzchni jest odległy więcej niż ta wartość.
Maksymalna wstępna odległość - jeśli wstępna odległość pomiędzy elementami jest większa niż ta wartość, kontakt nie jest realizowany; ogranicza liczbę kontroli kontaku a przez to przyspiesza analizę.
Rozszerzenie brzegów elementów kontaktowych - określenie długości dla rozszerzenia brzegów elementów kontaktowych; unikanie niewłaściwej penetracji. | Aby ominąć opisane problemy należy zrozumieć podstawowe kroki przy wykonywaniu analizy kontaktu: - Stworzenie geometrii i siatki � Najbardziej gładka jak to możliwe powierzchnia z wyrównaną siatką. Ważna jest przy tym znajomość narzędzi do generacji i zagęszczania siatki.
- Zdefiniowanie możliwych obszarów kontaktu � Zanim przystąpimy do analizy kontaktu, często jest potrzeba określenia, gdzie kontakt może wystapić. W skomplikowanych systemach wiele powierzchnii może wchodzić w interakcję a nawet jedna powierzchnia może stykać się ze sobą (w przypadku dużych przemiszczeń, np. elementów gumowych). W tym przypadku, należy określić te obszary wyczerpując możliwie wszystkie potencjalne sytuacje kontaktu.
- Określenie parametrów kontaktu � Systemy MES często same obliczają parametry kontaktu bazując na geometrii, siatce i stałych materiałowych. Można je dostosowac do danego przypadku analizy takiego jak np. analizy dużych deformacji.
- Określenie metody rozwiązania � Systemy CAE posiadają różne opcje przy rozwiązywaniu liniowych i nieliniowych zadań kontaktu. (Analiza liniowa symuluje deformacje w obszarze sprężystym poniżej granicy plastyczności, nieliniowa natomiast poza tą granicą). Dla scenariuszu zadań nieliniowych należy określić jak często solwer powinien aktualizować rozwiązanie kontaktowe.
- Definicja obciążeń i warunków brzegowych � Analiza kontaktu może zostać znacznie uproszczona poprzez nałożenie pewnych warunków brzegowych , które w żaden sposób nie zmieniają charakteru pracy danych konstrukcji. .
- Wykonanie analizy � Większość procesorów informuje o aktualnym stanie obliczeń podczas analizy kontaktu. Długie obliczenia wymagają czasami naszej ingerencji zwłaszcza wtedy, gdy zauważymy, że nasze zadanie nie znajduje rozwiązania. Można obliczenia zatrzymać, zmienić niekóre parametry i uruchomić ponownie obliczenia.
- Przeglądanie wyników � Kiedy dwa ciała wchodzą w kontakt rozkład naprężeń powinien mieć gładki charakter. Jednakże dla niegładkich powierzchni, rozkład naprężeń nie będzie tak równomierny. W takich przypadkach uzytkownik powinien zmodyfikować siatkę i zanalizować zadanie ponownie.
Resolving Contact Problems Nie ma jednego zbioru parametrów, które doprowadzają do rozwiązania dokładnego dla wszystkich modeli. Wiele modeli poddanych analizie kontaktu znajduje swoje rozwiązania bez żadnych problemów stosując standardowe ustawienia, podczas gdy niektóre wymagają pewnej naszej ingerencji. Właściwe zrozumienie funkcjonalności każdego parametru pozwoli dobrać odpowiedni ich zbiór dla konkretnego zadania. Kiedy wystąpią jakiekolwiek problemy ze zbieżnością lub rozwiązania okażą się neiprawdopodobne sprawdź ponownie geometrię, siatkę, własności materiałowe i wszystkie parametry kontaktu. Tam, gdzie to możliwe uprość model. Więcej informacji można znaleźć na stronie producenta Technical Tips for Surface-to-Surface Contact Analysis in MES. |
