Fläche-Fläche-Kontakt

Damit Lasten zwischen Elementen übertragen werden, sind die Knoten in der Regel miteinander verbunden. Knoten können beispielsweise entweder direkt verbunden werden, oder sie können über Mehrpunktabhängigkeitsgleichungen (MPC) oder 1D-Elemente verbunden werden. Betrachten Sie zwei Körper, die zu Beginn einer Analyse getrennt sind. Gehen Sie außerdem davon aus, dass Sie keine Möglichkeit definiert haben, diese zu verbinden. Während der Analyse tritt keine Interaktion auf, und die Körper können sich gegenseitig durchdringen.

In linearen Analysen wird der Flächenkontakt durch Verbinden der Knoten auf angrenzenden Bauteilen mithilfe von 1D-Lücken- oder Kontaktelementen erreicht. In nichtlinearen Analysen wird der Fläche-Fläche-Kontakt zwischen Bauteilen oder Flächen definiert. Der Solver verfolgt die Bewegung der Kontaktflächen und generiert Widerstandskräfte, wenn die Flächen zusammengeführt werden. Komplexe Algorithmen bestimmen die Kontaktsteifheit und versuchen, Kontakt-Chatter und Flächendurchbruch zu minimieren.

Sie können den Fläche-Fläche-Kontakt im mechanischen Ereignissimulator und anderen nichtlinearen Spannungsberechnungen, jedoch nicht in der Eigenfrequenzanalyse (Modal) mit nichtlinearen Materialien definieren. Erstellen Sie Fläche-Fläche-Kontaktpaare, wenn Flächen möglicherweise während der Analyse miteinander in Kontakt kommen könnten oder bereits am Anfang in Kontakt stehen, jedoch gleiten oder sich trennen können. Der Gleichungslöser bestimmt den Abstand zwischen den Knoten auf einer Fläche und den Elementflächen auf der angrenzenden Fläche. Der Abstand wird für jeden Schritt der Analyse ermittelt. Wenn die Knoten ausreichend nah zueinander sind, um auf eine Flächeninteraktion schließen zu lassen, wird eine Kraft angewendet, um den Durchbruch zu verhindern.

Bevor Sie mit einer Kontaktanalyse beginnen, müssen Sie eindeutig kennzeichnen, wo die Kontaktinteraktion während der Analyse auftreten kann. (Es ist auch möglich, aber sehr ineffizient, jede Fläche eines jeden Bauteils als mit jeder Fläche jedes anderen Bauteils in Kontakt stehend zu definieren.) Es können nicht nur mehrere Flächen mit einer Masterfläche interagieren, bei einem großen Verformungsproblem ist auch Eigenkontakt möglich. Ein Bauteil kann sich derart verformen, dass es mit sich selbst in Kontakt gerät (z. B. die Falten von Gummibälgen, wenn sie während der Einwirkung von Axialdruck geschlossen werden). In solchen Fällen muss der Benutzer mehrere Kontaktpaare definieren, die alle möglichen Kontakteinteraktionen abdecken.

Die Kontaktpaare können aus zwei beliebigen Flächen bestehen. Der Fläche-Fläche-Kontakt führt zu Interaktion zwischen den Knoten auf einer Fläche und den Elementflächen der anderen Fläche (und optional auch umgekehrt). Um jedoch die Kontaktsuche zu beschleunigen, sollte der Benutzer nur die Kontaktpaare angeben, die definitiv innerhalb der angegebenen Ereignisdauer interagieren. Die Analyse konvergiert schneller, wenn die Anzahl der potenziellen Kontaktelemente minimiert wird, besonders bei Problemen mit kleinen Bereichen mit gleitendem Kontakt.

Tipp: Wenn ein Kontakt aus mehreren Flächen besteht (z. B. den vielen Flächen auf einem Satz von Zahnrädern), können Sie diese kombinieren, indem Sie eine Auswahlgruppe erstellen. Definieren Sie anschließend Kontaktpaare zwischen Auswahlgruppen oder zwischen einer Fläche und einer Auswahlgruppe. Diese Technik ist deutlich komfortabler als die Definition von Dutzenden von einzelnen Flächenkontaktpaaren. Außerdem kann der Solver dabei auch effizienter als beim Bauteil-Bauteil-Kontakt vorgehen, weil die Berücksichtigung von Kontakt auf bestimmte Flächen beschränkt ist und der Rest der Bauteilflächen ignoriert wird.

Bei der Arbeit mit manuell erstellten Modellen muss besonders sorgfältig vorgegangen werden. Um mögliche Kontaktpunkte zu definieren, weisen Sie den Linien entlang den Flächen, zwischen denen der Kontakt auftreten wird, ein eindeutiges Flächennummernattribut zu. Wenn eine Elementfläche durch Linien mit unterschiedlichen Flächennummern verbunden ist, wird anhand einer Abstimmungsregel bestimmt, welche Flächennummer auf die Fläche angewendet wird. Um zu bestimmen, welche der sechs möglichen Flächen eines Quaderelements in Kontakt sind, überprüft der Solver die Flächennummer der Linien des Elements. Jede Fläche, die über einen Großteil der Begrenzungslinien auf der höchsten Flächennummer (3 von 4 Linien oder 2 von 3 Linien) verfügt, kann am Kontakt beteiligt sein. Flächen, deren Linien sich nicht auf der höchsten Flächennummer des Elements befinden, können nicht am Kontakt beteiligt sein. Die Linien entlang der Kontaktfläche müssen daher die höchste Flächennummer aller Linien aufweisen, die die in Kontakt kommenden Elemente enthalten.

Bei CAD-basierten Volumennetze sind alle inneren Netzlinien auf der Fläche 0 (null). Die äußeren (Kontakt-)Flächen befinden sich daher immer auf höheren Flächennummern als die anderen Elementflächen, außer eventuell an äußeren Ecken, wo sich zwei oder mehr Flächen eines Quaders auf äußeren Flächen befinden. Darüber hinaus werden CAD-Flächennummern verwendet, um die Kontaktflächen anstatt die Flächenattribute der einzelnen Linien um jede Fläche zu identifizieren. Daher müssen Sie sich beim Arbeiten mit CAD-basierten Netzen keine Gedanken über die Abstimmungsregel machen (sofern Sie das Netz nicht manuell geändert haben).

Wenn Sie das Netz eines CAD-basierten Modells ändern (z. B. durch eine Neuzuordnung von Flächennummernattributen von Linien oder eine Verschiebung von Knoten), werden die CAD-Flächennummern nicht mehr verwendet. Die CAD-Flächendaten werden nicht mehr als zuverlässig betrachtet, und es wird stattdessen die Abstimmungsregel verwendet. In anderen Worten: Geänderte CAD-basierte Netze werden wie manuell erstellte Modelle behandelt. Aus diesem Grund wird eine Warnung eingeblendet, wenn Sie versuchen, CAD-basierten Netze zu ändern.

In einigen Fällen kann es schwierig für den Benutzer sein, die relative Bewegung von Kontaktpaaren vorherzusagen, und es müssen große mögliche Kontaktbereiche berücksichtigt werden. Der Gleichungslöser liefert ein automatisches Aktualisierungsschema, um die Effizienz dieser Lösungen zu verbessern. Möglicherweise wird jedoch für das Verfolgen aller möglichen Kontaktbereiche in einer 3D-Analyse weiterhin viel Speicherplatz benötigt. Wenn der erforderliche Speicher nicht verfügbar ist, muss der Benutzer die großen Kontaktflächen in mehrere kleinere Kontaktflächen teilen.

Anwenden von Fläche-Fläche-Kontakten

Da es unter Umständen nicht möglich, den Kontakt zwischen einigen Elementtypen und anderen zu berechnen, sollten Elementtyp und Elementdefinition im Browser (Strukturansicht) definiert werden, bevor Fläche-Fläche-Kontakte angewendet werden.

Verwenden Sie die folgende Methode zum Definieren von Fläche-Fläche-Kontaktpaaren in nichtlinearen Analysen:

  1. Wählen Sie zwei Objekte als Grundlage für das Kontaktpaar aus. Die folgenden Kombinationen werden unterstützt:
    • Zwei Flächen
    • Zwei Bauteile
    • Ein Bauteil und eine Fläche (muss im Browser ausgewählt werden; die Auswahl gemischter Typen im Ansichtsbereich ist nicht möglich)
    • Zwei Auswahlgruppen (Gruppen müssen aus Bauteilen oder Flächen bestehen)
    • Eine Fläche und eine Auswahlgruppe (bestehend aus Bauteilen oder Flächen)
    • Ein Bauteil und eine Auswahlgruppe (bestehend aus Bauteilen oder Flächen)
  2. Klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie eine der folgenden Optionen aus, abhängig vom Kontextmenü, das angezeigt wird:
    • Kontakt Flächenkontakt
    • Flächenkontakt
      Anmerkung: Wenn das Kontaktpaar aus einer Kombination von Bauteilen und Flächen besteht, ist es nur möglich, den Kontakttyp festzulegen. Daher werden die Kontaktoptionen in dem Kontextmenü, das geöffnet wird, wenn Sie mit der rechten Maustaste klicken, direkt angezeigt anstatt in einem Flyout-Untermenü.
  3. Eine neue Kontaktpaar-Überschrift wird im Browser angezeigt, und der vorgegebene Name des neuen Paars ist aktuell für die Bearbeitung ausgewählt. Sie können einen anderen Namen eingeben, falls gewünscht. Drücken Sie die EINGABETASTE, um den Namen des Kontaktpaars zu übernehmen.
    Anmerkung: Wenn Sie auf eine beliebige Stelle in der Anzeige oder im Browser klicken, wird die Kontaktpaar-Überschrift übernommen und der Bearbeitungsmodus beendet. Diese Aktion entspricht dem Drücken der EINGABETASTE.
  4. Sie können die Kontaktinformationen festlegen, indem Sie mit der rechten Maustaste auf die soeben erstellte Kontaktpaar-Überschrift im Browser klicken und Einstellungen bearbeiten aus dem Kontextmenü wählen. Die Einstellungen werden im Thema Flächenkontakteinstellungen und den dazugehörigen Unterthemen beschrieben.
    Wichtig: Das erste Bauteil, die erste Fläche oder Auswahlgruppe, die Sie wählen, wird zum primären Element des Kontaktpaars. Die zweite Auswahl wird zum sekundären Kontaktelement. Die Reihenfolge der Auswahl ist wichtig, wenn als Kontakttyp Punkt zu Fläche festgelegt ist. Sie können diesen Kontakttyp explizit definieren, oder der Gleichungslöser kann basierend auf der Geometrie Punkt zu Fläche als den geeigneten Typ wählen, wenn Sie den Kontakttyp Automatisch angeben. (Automatisch ist die Vorgabeeinstellung.) Der Kontakt Punkt zu Fläche erkennt, wenn die Knoten auf dem sekundären Element eine Fläche auf dem primären Element durchdringt. Umgekehrt dürfen primäre Knoten durch sekundäre Flächen verlaufen. Siehe Abbildung 1 unter Flächenkontaktoptionen (nichtlinear) in Simulation Mechanical.
    Tipp: Sie können die Reihenfolge der Kontaktobjekte nach dem Erstellen des Paars ändern. Wählen Sie die Kontaktpaar-Überschrift aus, und wählen Sie Primäre und sekundäre umkehren aus dem Kontextmenü. Beachten Sie: Wenn Sie den vorgegebenen Namen des Kontaktpaars überschrieben haben, ändert sich die Überschrift im Browser nicht, um anzuzeigen, dass die beiden Bauteile/Flächen vertauscht wurden.
Anmerkung: Sie können mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Kontakt (Standard:) im Browser klicken und eine von drei Optionen auswählen: Verklebt, Verschweißt oder Frei/Kein Kontakt. Sie können den Flächenkontakt nicht als Standardkontakttyp festlegen. Sie müssen Flächenkontaktpaare in nichtlinearen Analysen explizit definieren.

Themen in diesem Abschnitt
Übergeordnetes Thema: Nichtlineare Analysen