表面間接触

要素間で荷重を転送するために、通常は節点が接続されています。たとえば、節点は直接接着することができ、多点拘束(MPC)方程式または 1D 要素に接続することができます。分離した解析を開始する 2 つのボディについて考えてみましょう。さらに、接続の方法が定義されていないと仮定します。解析中に相互作用は発生せず、ボディが互いを通過することができます。

線形解析では、表面接触は 1D ギャップまたは接触要素を持つ隣接する部品上の節点を接続することで実現します。非線形解析では、一般的な表面間接触は、部品または表面の間で定義されます。ソルバーは接触表面の動きを追跡し、表面が同時に移動する場合は抵抗力を生成します。複雑なアルゴリズムにより接触剛性が決定され、接触チャタリングおよび表面浸透を最小化します。

メカニカル イベント シミュレーションおよびその他の非線形応力解析で、表面間接触を定義できますが、非線形材料による固有値解析(初期応力考慮)を除きます。解析中に表面が相互に接触する可能性がある場合、または最初に接触しているがスライドまたは分離が可能である場合に、表面間接触ペアを作成します。プロセッサが表面上の節点と隣接する表面上の要素面の間の距離を定義します。距離は、解析の時間ステップごとに評価されます。表面の相互作用を示すほど、節点が相互に十分に近接している場合は、浸透を防止するために力が適用されます。

接触解析を開始する前に、解析中に接触相互作用が生じる可能性のある場所を特定する必要があります(他の全部品の全表面と接触する、全部品の全表面を定義するのは可能ですが、非常に効率が悪くなります)。複数の対象の表面を 1 つのマスター表面と相互作用させるだけでなく、大きな変形の問題の場合は自己接触もあり得ます。部品が大きく変形してそれ自体が接触する場合があります(ベローズの軸圧縮中に閉じた、ゴム製ベローズの折り曲げなど)。その場合は、考えられるすべての接触相互作用を範囲に含める複数の接触のペアを定義する必要があります。

接触ペアは、任意の 2 つの表面で構成できます。表面間接触によって、1 つの表面上の節点と他の表面の要素面間の相互作用を生成できます(その逆も選択できます)。ただし、接触の検索をすばやく行うには、特定のイベント接続時間内に明確な相互作用を起こす接触のぺアのみを指定する必要があります。特に小さな領域のスライド接触に関係する問題で、潜在的な接触要素数が最小化されている場合は、解析はより短時間で収束します。

ヒント: 接触領域が複数の表面で構成されている場合(歯車の一組の歯に多くの表面があるなど)、選択グループを作成して、それらを結合することができます。 次に、選択グループ、または 1 つの表面と選択グループの間で接触ペアを定義します。このテクニックは、個々の表面接触ペアを多数定義するよりもはるかに便利です。また、接触の対象が特定の表面に限定され、それ以外のパーツ表面は無視されるため、パーツ間の接触よりも、ソルバーにとって効果的です。

手動で作成したモデルで作業する場合は、特に注意する必要があります。接触が発生する場所を定義するには、接触予定の表面に沿ったラインに一意の表面番号属性を割り当てます。要素面が異なる表面番号のラインによって囲まれている場合、決定ルールがどの表面番号が面に適用されるか決定するために使用されます。ブリック要素の 6 つの面のうち、どれを接触させるかを決める際は、ソルバーによって要素を構成する各ラインの表面番号がチェックされます。最大の表面番号上で、境界線の大部分(4 つの内の 3 つのライン、3 つの内の 2 つのライン)を有する各面が接触に関与します。ラインが要素の最大の表面番号上にない面は、接触に関与しません。したがって、接触面に沿ったラインは、接触する要素を構成するすべてのラインで最大の表面番号を持つ必要があります。

CAD ベースのソリッド メッシュでは、すべての内部メッシュ ラインが表面 0 (ゼロ)上にあります。したがって、外側(接触)表面は、常に他の要素面よりも大きい表面番号上にあります。例外として、ブリックの複数面が外側表面上にある外側コーナーを除きます。さらに、CAD 表面番号は、各面の周囲の個別ラインの表面属性ではなく、接触面を識別するために使用されます。そのため、CAD ベースのメッシュを使用する場合(手動でメッシュが変更されていると仮定して)、決定ルールについて心配する必要はありません。

CAD ベース モデルのメッシュを変更すると(線分の表面番号属性の再割り当て、節点の移動など)、CAD 表面番号は使用されなくなります。CAD 表面データは信頼性が高いとみなされなくなり、決定ルールが代わりに使用されます。つまり、修正された CAD ベースのメッシュは手動で作成したモデルと同じように処理されます。このため、CAD ベースのメッシュを修正しようとすると、警告がポップアップ表示されます。

一部のケースでは、接触ペアの相対運動をユーザが予測するのは難しいため、拡大の可能性がある接触領域を考慮する必要があります。プロセッサでは、そのような解析の効率を向上させるため、自動更新のスキームが用意されています。ただし、3D 解析で想定される接触領域を完全に追跡するために大量のメモリが必要になる場合があります。メモリが不足している場合は、大きな接触表面をいくつかの小さな接触表面に分割する必要があります。

表面間接触を適用する

いくつかの要素タイプは他の接触タイプとの間の接触を計算できない場合があるため、表面間接触を適用する前にブラウザ(ツリー表示)の[要素タイプ]と[要素定義]を定義する必要があります。

非線形解析の表面間接触のペアを定義するには、次の方法を使用します。

  1. 接触ペアの基礎として 2 つのエンティティを選択します。次の組み合わせをサポートしています。
    • 2 つの表面
    • 2 つのパーツ
    • 1 つのパーツと 1 つの表面(ブラウザで選択する必要があり、混合タイプをキャンバス内で選択することはできません)
    • 2 つの選択グループ(パーツまたは表面でグループが構成されている必要があります)
    • 1 つのサーフェスと 1 つの選択グループ(パーツまたは表面で構成)
    • 1 つのパーツと 1 つの選択グループ(パーツまたは表面で構成)
  2. 表示される右クリック メニューに応じて、右クリックして次のオプションの 1 つを選択します。
    • [接触] [表面接触]
    • [サーフェス接触]
      注: 接触ペアがパーツおよび表面の組み合わせで構成されている場合、唯一の有効なアクションは接触タイプを設定することです。したがって、右クリックしたときに表示される右クリック メニューにはフライアウト サブメニューではなく、接触オプションが直接表示されます。
  3. 新しい接触ペアの見出しがブラウザに表示され、新しいペアの既定名が編集のために選択された状態になります。必要に応じて、別の名前を入力することもできます。[Enter]キーを押して接触ペアの名前を適用します。
    注: 表示領域またはブラウザ内の任意の場所をクリックすると、接触ペアの見出しが受け入れられ、編集モードが終了します。このアクションは、[Enter]キーを押すことに相当します。
  4. ブラウザで先ほど作成された接触ペアの見出しを右クリックし、[設定を編集]を右クリック メニューから選択して、接触の詳細を設定することができます。 この設定は、「表面接触の設定」トピックとそのサブトピックで説明されています。
    重要: 選択した最初のパーツ、表面、選択グループが、接触ペアの 1 次メンバーになります。2 番目に選択したものが 2 次接触メンバーになります。選択の順序は、接触タイプが点から面である場合に重要になります。 明示的にこの接触タイプを定義できるほか、[自動]接触タイプを指定している場合はプロセッサがジオメトリに基づいて点から面を適切なタイプとして選択します。 ([自動]が既定の設定です。)2 次メンバーの節点が 1 次メンバーの面に干渉すると、点から面接触が検出されます。逆に、1 次節点は 2 次メンバーの面を通過することができます。「Simulation Mechanical の表面間接触オプション(非線形)」ページの図 1 を参照してください。
    ヒント: ペアを作成した後、接触エンティティの順序を入れ替えることができます。接触ペアの見出しを選択し、右クリック メニューから[1 次と 2 次を反転]を選択します。 接触ペアの既定名を変更した場合は、ブラウザの見出しが 2 つのパーツ/表面が切り替えられたことを反映して変更されることに注意してください。
注: ブラウザの[接触(既定:)]の見出しを右クリックすると、次の 3 つのオプションのいずれかを選択できます。接着、溶接、または自由/無接触。既定の接触タイプとして表面接触を定義できません。 非線形解析では明示的に表面接触ペアを定義する必要があります。

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親トピック: 非線形解析