接触の取り扱い

接触の取り扱いには2つのアプローチがあります:
  • ペナルティ法は陽解法コードで最も一般的な方法で、ほとんどの Radiossインターフェースで利用できます。
  • Lagrange乗数法(/LAGMULおよび/INTER/LAGMUL)は、特殊なケーススタディで使用されます。

ペナルティ法

ペナルティ法を用いたインターフェースは、メイン / セカンダリ処理に基づいています。接触は、セカンダリ節点セットとメインセグメントセットの間にのみ起こります。メインセグメントはその要素のタイプによって定義されます。3節点または4節点シェルの場合、セグメントは要素の表面となります。ソリッド要素の場合、セグメントはフェイスとして定義されます。2Dソリッド要素(Quad)の場合、セグメントは辺です。


図 1. セグメントの定義
ギャップ距離は節点がセグメントに接触しているかどうかを判定するために定義されます。


図 2. ギャップと貫通
節点がギャップ内に入るとすぐ、セカンダリ節点とメインセグメントの間に弾性スプリングが付加されます。これにより、抵抗力がセカンダリ節点を押し戻すようになります。


図 3. インターフェースの反力
時間ステップはインターフェース剛性に影響されることがあります。貫通の間、セカンダリ節点にスプリングが結合されるため、そのスプリング剛性が要素に作用する全ての剛性(この節点に結合されているすべての要素からの剛性)に付加される必要があります。節点の時間ステップはスプリング剛性を考慮して減少されなければならないことになります。(1)
d t = 2 M n o d e K n o d e + K s p r i n g

接触は貫通した節点がギャップの外側に完全に押し出されたときに終了します。したがって、弾性スプリングと反力は除去されます。

ペナルティ法の接触インターフェースは全ての運動条件(剛体、強制速度など)と完全に互換性があります。

Lagrange乗数法(/LAGMULおよび/INTER/LAGMUL

ペナルティ法とは異なり、Lagrange乗数法は純粋に数学的であるため、接触のモデル化に物理的な要素(スプリング)は必要としません。接触条件を計算するために非線形系の方程式が解かれます。このため、高い接触剛性による時間ステップの破壊は起こりません。しかし、新しい式が非線形ソルバーで解かれるために、1サイクルでより多くのCPU 時間を必要とします。この方法は接触面上でセカンダリ節点を止めること(接触条件が厳密に満足されます)に優位点があります。しかしながら、摩擦は計算できません。