Contact(접촉)해석은 어떤
하중이나 변위로 인해 발생하는 Surface들과
요소면들과의 접촉을
해석하는 테크닉으로 해석시 유용하게, 그리고
빈번히 사용됩니다. 이러한 Contact해석들의
예는 차량들의
충돌 해석, 다이와 펀치를 이용한 평판 성형
해석, 단조 해석등
많은 공학적해석에 사용되고 있습니다. 특히
공학 해석 방법은 적절한 이상화를 통한 짧은
시간에 문제를 푸는 방법과 동시에 최근의
컴퓨터 성능의 향상으로 일부에서는 최대한
실제와 유사한 해석을 수행하고 있으며 이에
따라 자연스럽게 많은 해석에서 Contact 해석을
하고 있습니다.
MARC를
이용한 충돌 해석 애니메이션
Contact해석을
하기위해서는 반드시 접촉하는 Surface들을
지정하고 Surface들을 짝지워주어야합니다.
이렇게 짝지위진 Surface들이 하중 조건에
의해 서로 만나게 되면 다음과 같은 조건이
됩니다.
Surface
contact은
대부분 Shell과
Solid를 이용하여 구현할
수 있으며 (보는 지원 하지 않는 상용 P/G이
많습니다.) 선형과
비선형에 모두 사용 가능하고
해석시
마찰을 포함하여야
합니다. 또한 Shell과 Shell끼리의 접촉시
접촉이 Shell의
두께로 인한 정확한 접촉면이 고려되어져야하는데
대부분 Shell의 두께를 고려하기 때문에 해석시
주의 하셔야합니다. 아울러 다른
형태의 요소 형상끼리의 접촉도 가능하여
삼각형요소로 구성된 Surface와 사각형 요소로
구성된 Surface끼리의 접촉도 가능합니다.
Contact조건을
구현하기 위해서는 우선 Surface들을 지정하여야
합니다. Surface 지정시 Shell은 Shell의
top과 bottom면중 어디를 할 것인지를 정해야하기
때문에 Shell로 모델링할 때에는 가능하면
같은
Normal방향을 가지도록 모델링하여야합니다.
Solid의 경우는 6개의 면에 대해 어느
면을 지정할 것인지를 정해주어야하는데 Shell과
마찬가지로 접촉하는
요소들은 같은 Node Connectivity를 가지도록
모델링하는게
번그럽지 않습니다.
Contact해석시
Contact면의 마찰을 고려해 주어야 하는데
보통 Coulomb마찰을
많이 사용하며
일부 상용 P/G에서는 다른 마찰 조건들을 입력할
수 있습니다. 이러한 마찰 계수들은
해석시 하중의 크기와 같이 계산되어져 마찰력을
유발시켜 Friction Traction이 마찰력보다
크면 Sliding이 발생하고 그렇지 않으면 Sliding이
발생하지 않습니다.
Contact해석은
몇가지 방법이 있는데 가장 많이 사용되고
있는 방법이 Augmented Lagrangian Method이며
충돌과 같은 Dynamic한 해석을 하는데 사용되는
Explicit Code의 경우 여러 가지 Method가
사용되고 있습니다.
끝으로
Augmented Lagrangian Method의 특징은 다음과
같습니다.
- Contact는
경계조건으로 고려되어진다.
- Contact되는
부분은 Surface나 요소면을 가진다.
- 접촉면끼리의
요소들의 형태는 같지 않아도 된다.
- Surface
contact는 절점과 절점간의 갭(Gap)으로
사용된다.
- Contact는
penalty factor에 영향을 받으나 Lagrange
Multiplier Method나 Penalty Method보다는
민감하지 않다.
- 비선형해석에서는
Adaptive Load Control과 Arc Length
Method는 사용하지 않아야 합니다.
