Marc混合接觸算法基本原理

傳統(tǒng)的點(diǎn)面接觸算法，主要是基于主從探測(cè)法則，其基本原理如下圖所示。

當(dāng)boyd1和body2接觸時(shí)，將body1的節(jié)點(diǎn)位移描述為body2的節(jié)點(diǎn)位移的約束函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了body1上節(jié)點(diǎn)的接觸約束關(guān)系。但現(xiàn)有復(fù)雜的接觸情況下可能會(huì)存在主面穿透從面的情況（比如：body1的點(diǎn)3穿透body2的面5-6）；同時(shí)在具有自接觸的模型或使用全局網(wǎng)格重構(gòu)的模型中，會(huì)存在接觸穿透導(dǎo)致不收斂的情況。

針對(duì)如上缺陷，Marc軟件引入了最新的混合接觸算法。其基本思路是，在傳統(tǒng)接觸算法基礎(chǔ)上，針對(duì)可能穿透的節(jié)點(diǎn)施加額外的罰函數(shù)，通過(guò)罰函數(shù)來(lái)消除穿透。

針對(duì)體網(wǎng)格，在接觸探測(cè)方法上進(jìn)行了提升，尤其是對(duì)于邊緣上的節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化了該節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)面的探測(cè)向量，減少不良接觸探測(cè)。

針對(duì)殼網(wǎng)格，采用擴(kuò)展單元技術(shù)，使得殼網(wǎng)格可以分別在殼體的頂面、底面、側(cè)面進(jìn)行接觸，大大提高了接觸的精確性、穩(wěn)健性和魯棒性。

需要注意的是，由于混合接觸采用了額外的罰函數(shù)來(lái)控制穿透，可能會(huì)出現(xiàn)微弱的穿透現(xiàn)象。另外，由于混合接觸算法引入了新的約束方程，可能會(huì)導(dǎo)致在非線性計(jì)算中總時(shí)長(zhǎng)和迭代次數(shù)會(huì)增加。

在Marc軟件中，混合接觸的定義界面如下圖所示。在點(diǎn)面接觸頁(yè)面選擇混合接觸算法即可。

Marc混合接觸應(yīng)用場(chǎng)景及案例介紹

Marc在橡膠、密封行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在橡膠件的仿真中，接觸分析是必然遇到的；在一些極限工況，由于橡膠的極限形變經(jīng)常導(dǎo)致接觸會(huì)產(chǎn)生穿透，從而導(dǎo)致計(jì)算的無(wú)法完成。

涉及到如下分析情況的，可以嘗試采用混合接觸進(jìn)算法行分析：

? 結(jié)構(gòu)自生有復(fù)雜的自接觸

? 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大滑移，大變形

? 接觸體使用了全局網(wǎng)格重構(gòu)

以如下的橡膠襯套為例，其完全采用六面體網(wǎng)格進(jìn)行建模，單元類(lèi)型采用Hermmann單元。

首先對(duì)襯套進(jìn)行過(guò)盈裝配安裝分析，然后在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)側(cè)向極限剛度的分析工況（通過(guò)位移邊界條件施加）。

在計(jì)算過(guò)程中開(kāi)啟點(diǎn)面接觸中的混合接觸算法，以便更好的建立襯套單元之間的自接觸，保證網(wǎng)格直接不發(fā)生穿透。計(jì)算結(jié)果如下圖所示：

可以看出，通過(guò)合理的建模和參數(shù)設(shè)置，可以比較容易的在Marc中進(jìn)行襯套的極限剛度計(jì)算；且計(jì)算的結(jié)果是連續(xù)光順的，也更加容易與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。

通過(guò)使用混合接觸算法，我們可以更好的建立網(wǎng)格的接觸關(guān)系?？梢钥吹剑词乖谙鹉z襯套的邊緣，Marc也能夠很好的建立接觸關(guān)系，并在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中接觸不發(fā)生穿透、失效等導(dǎo)致計(jì)算無(wú)法完成的現(xiàn)象。

小結(jié)

采用Marc的混合接觸算法，將更加容易進(jìn)行接觸分析，保證接觸分析的收斂性。從而幫助客戶提升CAE仿真計(jì)算效率，提升分析的一次成功率。