 |
33.1.1 아바쿠스에서의 접촉거동 적용기법
제품군 : Abaqus/Standard Abaqus/CAE
접촉면의 이산화
스탠다드에서는 접촉면들사이에서 다양한 조건의 구속들이 있다.
이러한 구속의 위치와 조건은 전반적인 접촉조건에서 사용되는 접촉면의 이산화를 바탕에두고 있다.
스탠다드에서는 두가지의 접촉면 이산화옵션을 제공한다. 오래전부터 사용된 '노드-서피스' 와 '서피스 - 서피스' 접촉 이산화이다.
노드 - 서피스 접촉 이산화
슬레이브에 속한 노드가 마스터에 속한 서피스에 수직으로 투영되면서 접촉이 형성된다.
각 접촉조건들은 하나의 슬레이브 노드와 투영된 면주변에 있는 마스터 노드들의 그룹사이에서 형성된다.
그림 33.1.1–1 노드 - 서피스 접촉 이산화
일반적인 노드 - 서피스 이산화는 아래의 특성들을 지니고 있다.
슬레이브 노드들은 마스터면으로 침투하지 못한다.
- 마스터면의 노드들은 슬레이브로 침투할 수 있다. (아래 그림의 우상단 예시 참조.)
그림 33.1.1–2 마스터와 슬레이브 설정시 각각 침투조건이 달라지는 것이 확인가능하다.
접촉은 마스터면의 수직방향으로 이루어진다.
슬레이브면에 필요한 정보는 면의 위치와 각노드와의 연결관계이다.
노드 - 서피스 이산화는 접촉쌍에서 정의되지 않은 면이라도 사용이 가능하다.
서피스 - 서피스 접촉 이산화 (면대면접촉)
서피스 - 서피스 (면대면접촉) 접촉 이산화는 마스터와 슬레이브의 양쪽 접촉면을 다 고려한다.
아래와 같은 특성들이 있다.
면대면 접촉공식은 슬레이브의 개별노드가 아니라 주변의 영역에 평균적인 영향을 미치는 것으로 조건을 설정한다.
즉 접촉하는 노드를 중심으로 인접한 노드들을 포함해서 접촉조건을 계산하는 것이다.
개별노드에서 침투현상이 관찰될 수도 있으나 이산화과정에서 마스터면과 슬레이브면사이에서 크게 볼 경우
침투는 거의 없다고 볼 수 있다.
접촉방향은 면의 노말방향으로 설정되어 있다.
면대면 이산화는 접촉조건에서 노드기반의 접촉쌍을 만들었을 경우 적용할 수 없다.
접촉 이산화 정하기
일반적으로 면대면 이산화는 더 정확한 응력과 압력결과를 얻을 수 있다.
아래의 예에서 살펴볼 수 있는데 면대면 접촉이 실제 계산한 결과와 더 동일한 응력을 보여주는 것을 알 수 있다.
그림 33.1.1–3 노드 - 면 접촉과 면 - 면 접촉 이산화 비교.
이러한 응력의 집중은 접촉부분에서 부드러운 결과가 아니라 뾰족한 형상의 응력분포를 나타나게되며 결국 면대면 접촉보다 부정확한
결과를 나타나게 된다. 위의 그림의 예에서도 볼 수 있듯이 노드 - 면 이산환는 부드럽지 않은 응력분포를 보임을 알 수 있다.
하단의 블럭은 지면에 고정되어 있고 100 파스칼의 압력을 상단의 블럭에서 받는 모델이다.
상단블럭의 전면에 동일한 압력이 가해진다고 가정하고 아바쿠스에서 해석을 돌리면 아래와 같은 결과가 나온다.
표33.1.1–1 슬레이브 면설정시 이산화 에러율
| 접촉 방식 | 슬레이브 면 | 최대응력에러 |
|---|---|---|
| 노드 - 면 |
상단블럭 | 13% |
| 하단블럭 | 31% | |
| 면 -면 |
상단블럭 | ~1% |
| 하단블럭 | ~1% |
면형상이 거칠게 되어있다면 노드 - 면, 면 - 면 접촉과 상관없이 부정확한 결과를 나타내게 될 것이다.
면대면 이산화는 일반적으로 구속하는 노드가 더 많아지게 되면 해석비용이 증가한다. (시간의 증가로 인한 비용증가등을 의미)
대부분의 경우에 추가적인 비용은 매우 작지만 어떤 경우에 비용이 크게 증가할 수 도있다.
다음 사실들은 면대면 접촉에서 비용을 증가시키는 요인이 될 수 있다.
접촉시 모델이 크게 쪼개지는 경우
마스터 면이 슬레이브 면보다 더 조밀한 경우
접촉면에 여러개의 면이 있을 경우. (한쪽에서는 마스터 면이고 다른쪽에서는 슬레이브 면인 경우)
마스터 - 슬레이브 면을 정하는 방법
스탠다드에서는 아래의 규칙에 따라 마스터 - 슬레이브 면을 정하는 것을 권장합니다.
Analytical rigid surfaces 나 Rigid 엘리먼트 면은 무조건 마스터가 되어야함
노드 기반의 면은 노드 - 면 접촉조건을 사용해야함
슬레이브 면은 변형이 가능한 물체로 설정이 되어야 함.
두면이 Rigid 여서는 안됨. (변형가능한 면은 제외)
접촉에 영향을 미치는 기본요소의 고려
아래의 표를 참조.
표 33.1.1–2 접촉공식 특성에대한 비교
| 특징 | 접촉 방법 | |||
|---|---|---|---|---|
| Node-to-surface | Surface-to-surface | |||
| Finite-sliding | Small-sliding | Finite-sliding | Small-sliding | |
| 재료 두께 고려 |
고려안함 |
고려함 |
고려함 |
고려함 |
| 자가접촉(셀프컨택) |
고려함 |
고려안함 | 고려함 | 고려안함 |
| Surface 양면접촉 (접촉조건이 Surface의 앞,뒤에 있는경우) |
고려안함 | 고려안함 | 고려함1 | 고려함 |
| Surface 완화조건 | 마스터면에 대한 약간의 완화조건 |
Anchor Points에대해 가능 마스터면에 대해 평평함을 가정하고 해석진행 |
안함 | Anchor Points에 대해 불가능 역시 마스터면에 대해 평평함을 가정하고 해석을 진행한다. |
| 기본 구속력 계산법 | 3차원 자가접촉에 대해서는 Augmented Lagrange 기법 그외에는 Direct 기법 |
Direct 기법 |
Penalty 기법 | Direct 기법 |
| 마찰이 있는 면에서의 모멘트 평형 계산 | 고려안함 | 고려안함 | 고려함 | 고려함 |
| 1 양면접촉은 2개의 마스터면에대해서만 허용되며 Finite Sliding 조건을 사용해야한다. Surface to Surface 기법은 Path-Based Tracking Algorithm이 사용되어햐 한다. 슬레이브면에 대해서는 마스터면이 사용자정의조건을 사용하지 않았다면 Tracking Algorithm을 사용하여도 된다. | ||||
Surface 양면접촉 (접촉조건이 Surface의 앞,뒤에 있는경우)
노드 - 면 접촉은 단면접촉에서만 사용가능하다. 그러나 Finite - Sliding, 면대면 접촉의 경우는 Path Based 알고리즘을 따르므로 Small - Sliding, 면대면 접촉을 사용하는 것이 양면접촉에 있어서 더 유리할 것이다.
Finite-Sliding 접근방식
예제
ASURF 가 슬레이브이고 BSURF가 마스터이며 FINITE -SLIDING, 노드 - 면 접촉쌍인 경우
슬레이브 노드인 101은 마스터 면 어디에서나 접촉이 가능하다.
접촉이 일어나는 과정에서 101노드는 BSURF에 구속되어 있으며 면을 따라서 변형이 일어난다.
아래의 그림에서는 101노드와 마스터면간의 가능한 접촉거동에 대해서 묘사하고 있다.
'2FeRed`s 공돌이생활 > ABAQUS' 카테고리의 다른 글
| [ABAQUS] 접촉조건에서 마스터와 슬레이브 결정하는 방법 (3) | 2011.12.05 |
|---|---|
| [아바쿠스] Displacement를 나누어서 입력하는 방법 (0) | 2011.01.03 |
| [아바쿠스] *SURFACE SMOOTHING 기법 정의하기 (0) | 2010.10.19 |
| [아바쿠스] *GAP 엘리먼트(ELEMENT) 접촉(CONTACT) (0) | 2010.08.10 |
| [아바쿠스] 접촉거동 설정방법 -Surface Behavior- (0) | 2010.08.10 |
