09 Oct General contact vs contact pairs en Abaqus/Standard
En el post de hoy vamos a ver las diferencias entre general contact (contacto general) y contact pairs (pares de contactos) en Abaqus/Standard.
Tras la serie de 3 post donde vimos cómo solucionar problemas de convergencia, cómo evitar problemas de convergencia y herramientas para problemas de convergencia, hoy volvemos con un post más técnico donde vemos las diferencias entre dos tipos de soluciones para definir contactos en tu simulación.
Pónte en contacto con contacto@4realsim.com para obtener más información sobre los servicios de Abaqus y/o FEA.
Capacidades de simulación de contactos en Abaqus/Standard
Recordemos antes de empezar que Abaqus ofrece dos tipos de solvers o solucionadores integrados dentro del software, Abaqus/Standard para análisis implícitos y Abaqus/Explicit para análisis explícitos. Hoy vamos a poner atención en las capacidades de simulación de contactos en Abaqus/Standard.
Abaqus/Standard proporciona los siguientes enfoques para definir las interacciones de los contactos: general contact, contact pairs y contact elements (elementos de contacto). El general contact y contact pair utilizan superficies para definir el contacto; las comparaciones de estos enfoques lo explicaré más adelante. Los contact elements se proporcionan para ciertas interacciones que no se pueden modelar ni con el general contact ni con los contact pairs; sin embargo, generalmente se recomienda utilizar el general contact o los contact pairs si es posible.
Principales características de General contact en Abaqus/Standard
De una manera resumida, las principales características del algoritmo general contact en Abaqus/Standard son:
- Se especifica como parte de la definición del modelo
- Permite definiciones de contactos muy simples con muy pocas restricciones sobre los tipos de superficies involucradas
- Utiliza algoritmos de seguimiento para garantizar que las condiciones de contacto se cumplan de forma eficaz
- Puede utilizarse simultáneamente con el algoritmo de contact pair (es decir, algunas interacciones pueden modelarse con el algoritmo de contacto general, mientras que otras se modelan con el algoritmo de contact pair)
- Puede utilizarse con superficies bidimensionales o tridimensionales
- Utiliza la formulación de contacto de deslizamiento finito (finite-sliding) y superficie a superficie (surface-to-surface) como formulación de contacto principal, complementada por las formulaciones de contacto de borde a superficie (edge-to-surface), de borde a borde (edge-to-edge) y de vértice a superficie (vertex-to-edge).
La formulación de contacto superficie a superficie (surface-to-surface) es la formulación principal para el general contact. Ésta formulación trata principalmente casos con contacto sobre las caras de la superficie.
El general contact utiliza las otras formulaciones de contacto como formulaciones suplementarias. Por ejemplo, el segundo, tercer y cuarto caso serían tratados con las formulaciones de borde a superficie (edge-to-surface), de borde a borde (edge-to-edge) y de vértice a superficie (vertex-to-edge)., respectivamente.
Las formulaciones suplementarias también se utilizan por el general contact para tratar el contacto entre elementos de vigas y cerchas.
Las formulaciones de superficie a superficie, de borde a superficie y de vértice a superficie pueden tratar interacciones de contacto en las que una superficie (que no representa un borde o un vértice) es una superficie rígida. El general contact no considera el contacto entre dos superficies rígidas analíticas.
Principales características de Contact pairs en Abaqus/Standard
Para definir un par de contactos, debes indicar qué pares de superficies pueden interactuar entre sí o qué superficies dentro de una misma parte pueden interactuar consigo mismas.
Las superficies de contacto deben extenderse lo suficiente para incluir todas las regiones que pueden entrar en contacto durante un análisis; sin embargo, incluir nodos de superficie adicionales y caras que nunca experimentan contacto puede resultar en un coste computacional adicional significativo.
Por ejemplo, extender una superficie esclava (slave surface) de tal manera que incluya muchos nodos que permanecen separados de la superficie maestra (master surface) a lo largo de un análisis puede aumentar significativamente el uso de la memoria, a menos que se utilice la aplicación de penalización por contacto (penalty contact).
De la misma manera, las principales características del algoritmo contact pairs en Abaqus/Standard son:
- Puede ser usado para definir interacciones entre cuerpos en simulaciones del tipo mecánicas, acopladas de desplazamiento de temperatura, acopladas térmico-eléctricas-estructurales, acopladas de desplazamiento de presión de poros, acopladas térmico-eléctricas y de transferencia de calor
- Son parte de la definición del modelo
- Puede formarse utilizando un par de superficies rígidas o deformables o una sola superficie deformable
- No es necesario utilizar superficies con mallados iguales
- No puede formarse con una superficie bidimensional y una tridimensional
- No se puede formar con superficies agrietadas para elementos enriquecidos.
En Abaqus/Standard se puede definir el contacto en términos de dos superficies que pueden interactuar entre sí como un «par de contacto» o en términos de una sola superficie que puede interactuar con sí misma en «autocontacto». Abaqus/Standard refuerza las condiciones de contacto formando ecuaciones que involucran grupos de nodos cercanos de las superficies respectivas o, en el caso del autocontacto, de regiones separadas de la misma superficie.
Elección entre general contact o contact pairs en Abaqus/Standard
Si tuviéramos que definir de una manera simple y rápida cual es la diferencia a la hora de elegir entre los dos enfoques se podría decir que, a la hora de definir una interacción de contacto, elegiríamos general contact cuando tengamos un modelo donde se pueden producir muchos contactos entre diferentes superficies y, en principio, no sabemos donde pueden ocurrir. En cambio, elegiríamos contact pairs cuando queremos definir la interacción de contacto solo entre dos superficies.
Por supuesto, esto hay que tomarlo con matices, ya que general contacts se puede definir solo para dos superficies y no tener en cuenta el resto del modelo, y con contact pairs podríamos definir todo el modelo, aunque costaría mas tiempo.
Para la mayoría de los problemas de contacto, puedes elegir definir interacciones de contacto utilizando el algoritmo de general contact o de contact pairs. En Abaqus/Standard, la diferencia entre contacto general y pares de contactos se encuentra principalmente en el interfaz de usuario, los ajustes numéricos por defecto y las opciones disponibles. Las implementaciones de contacto general y de pares de contacto comparten muchos algoritmos subyacentes.
El dominio donde ocurre la de interacción de contacto, las propiedades de contacto y los atributos de la superficie se especifican de forma independiente para el contacto general, lo que ofrece una forma más flexible de añadir detalles de forma incremental a un modelo.
El interfaz para especificar el contacto general es bastante sencilla y permite definir la interacción de contacto de una manera muy automatizada; sin embargo, también es posible definir el contacto para imitar los pares de contactos tradicionales.
Por el contrario, con el interfaz de usuario del par de contacto, la especificación del autocontacto de una superficie que abarca múltiples cuerpos imita el enfoque automatizado que se utiliza a menudo para el contacto general (si se utiliza la formulación de superficie-to-superficie).
Por otro lado, Abaqus/CAE proporciona una herramienta de detección de contactos que simplifica enormemente el proceso de creación de pares de contactos tradicionales para Abaqus/Standard.
Por lo tanto, a menudo hay que encontrar el equilibrio entre la facilidad de definir el contacto y el rendimiento del análisis.
¿Necesitas más información?
¿Te ha resultado interesante el post sobre general contact y contact pairs? ¿Te gustaría que escribieramos sobre algún tema en particular?
Pónte en contacto con contacto@4realsim.com para obtener más información sobre los servicios de Abaqus y/o FEA.
PD: Cover photo by Melinda Gimpel on Unsplash
