/INTER/TYPE25

ソリッド要素は、ゼロ接触ギャップ板厚を擁します。単一サーフェス、サーフェス対サーフェス、または節点対サーフェスとして接触入力を定義できます。

この接触インターフェースは、インターフェースTYPE3、TYPE5、TYPE7、TYPE19またはTYPE24に代えて使用できます。

このオプションは陰解法解析では使用できません。

フォーマット

定義

境界条件の非アクティブ化フラグ：IBC

定義

コメント

1. 接触メイン / セカンダリペアは以下の3つの方法で定義できます：
   • 1つの自己接触サーフェスのみ：surf_ID₁ > 0,およびsurf_ID₂ = 0
   • 対称的なサーフェス対サーフェス：surf_ID₁ > 0およびsurf_ID₂ > 0
   • 節点対サーフェス：grnd_ID_s > 0、surf_ID₁ = 0、およびsurf_ID₂ > 0

   grnd_ID_s > 0は、節点対サーフェス接触タイプを定義するために使用されますが、他の接触タイプでも使用できます。その場合、節点グループは、単純に補足的セカンダリ節点として追加されます。これは、ユーザーがスプリング要素節点、剛体のメイン節点などを接触に（セカンダリ節点として）追加する場合に役立ちます。

   サーフェスがシェルを使用して定義されている場合は、反対の法線方向を持つ2つの接触セグメント（半分の板厚（t）でシフトされたもの）が生成されます：

   
   
   図 1.

   SPMDの場合、surf_ID （i=1, 2）によって定義される各メインセグメントを1つの要素に関連付ける必要があります（ボイド要素の場合もあります）。

   2次要素が使用されている場合は、2次要素の中間節点が接触処理で使用されるため、/SURF/PART/EXTを使用してサーフェスを定義することが推奨されます。

   サーフェス定義/SURF/PART/ALLは、TYPE25では使用できません。

2. 接触剛性 $K$ は以下のように計算されます：(1)
   $$K=\max \left[S{t}_{\min },\min \left(S{t}_{\max },K_n\right)\right]$$
   ここで、 $K_n$ はI_stfに依存：

   • I_stf = 1000、 $K_n=K_m$
   • I_stf = 2、 $K_n=\frac{K_m+K_s}{2}$
   • I_stf = 3、 $K_n=\max \left(K_m,K_s\right)$
   • I_stf = 4、 $K_n=\min \left(K_m,K_s\right)$
   • I_stf = 5、 $K_n=\frac{K_m\cdot K_s}{K_m+K_s}$
   • I_stf = 7, $K_n=K_{msdt}$ 。をご参照ください。
   $K_m$ ：メインセグメントの剛性で、次のように計算されます：

   • $K_m=\mathit{Stfac}\cdot 0.5\cdot E\cdot t$ 、メインセグメントがシェル上に存在する場合。
   • $K_m=\mathit{Stfac}\cdot B\cdot \frac{S^2}{V}$ メインセグメントがソリッド上に存在する場合。
   • $K_m=\max \left(\mathit{Stfac}\cdot 0.5\cdot E\cdot t,\mathit{Stfac}\cdot B\cdot \frac{S^2}{V}\right)$ 、メインセグメントがシェルとソリッドによって共有されている場合
   $K_s$ ：セカンダリ節点剛性は、インターフェースTYPE25として考慮される相当節点剛性で、次のように計算されます：

   • $K_m=\mathit{Stfac}\cdot 0.5\cdot E\cdot t$ 、節点がシェル要素に結合されている場合
   • $K_s=Stfac\cdot B\cdot \sqrt[3]{V}$ 、節点がソリッド要素に結合されている場合
   ここで、

   $S$

   セグメント面積

   $V$

   ソリッドの体積

   $B$

   体積弾性率

   $t$

   シェルの板厚

   Stfacの値は1.0より大きい値であることが可能です。剛性係数の値に制限はありません（値が1.0より大きいと、最初の時間ステップが短くなる場合があります）。

   /PROP/VOIDと/MAT/VOIDを使用する際、ボイド材料の材料プロパティと板厚が入力されなければなりません。そうしないと、ボイド要素の接触合成はゼロになります。シェル要素の剛性が接触計算に使用されるため、これは、ボイドシェル要素がソリッド要素と要素を共有する場合に特に重要です。

3. ギャップは衝撃のそれぞれに対して次のように自動的に計算されます：
   • I_gap = 1の場合、可変ギャップは次のように計算されます：(2)
     $$\min (g_s,Gap\_\max \_s)+\min (g_m,Gap\_\max \_m)$$
   • I_gap = 2の場合、可変ギャップは次のように計算されます：(3)
     $$\min (g_s,Gap\_\max \_s)+\min (g_m,Gap\_\max \_m)$$
     ここで、要素サイズがギャップ値よりも小さい場合、セカンダリ節点の非アクティブ化：

     
     
     図 2.

     自己接触では、Curvilinear Distance（メインセグメントの節点からセカンダリ節点まで）が $\sqrt{2}\cdot Gap$ よりも小さい場合（初期構成において）、このスセカンダリ節点はこのメインセグメントで考慮されず、他のメインセグメントの接触からは削除されません。

   • I_gap = 3の場合、可変ギャップは次のように計算されます：(4)
     $$\min \left[\min (g_s,Gap\_\max \_s)+\min (g_m,Gap\_\max \_m),\%mesh\_size\cdot \left(g_{s\_l}+g_{m\_l}\right)\right]$$
     ここで、

     • $g_m$ ： メイン要素のギャップ：

       $g_m=Gap\_scale*\frac{t}{2}$ 、ここで $t$ は、シェル要素に対するメイン要素の板厚

       $g_m=0$ 、3次元ソリッド要素の場合

     • $g_s$ ： セカンダリ節点のギャップ：

       $g_s=0$ 、セカンダリ節点がどの要素にも結合されていないか、3次元ソリッド要素またはスプリング要素にのみ結合されている場合

       $g_s=Gap\_scale*\frac{t}{2}$ 、セカンダリ節点がシェル要素に接続されている場合。ここで、 $t$ は、セカンダリ節点に結合されているシェル要素の最大板厚

       $g_s=Gap\_scale*\frac{\sqrt{S}}{2}$ 、セカンダリ節点がトラス要素またはビーム要素に結合されている場合。ここで、 $S$ は1次元要素の断面

       自由エッジ上のセカンダリシェル節点のギャップ修正フラグI_gap0が1に設定されている場合：セカンダリ節がセカンダリサーフェスの自由エッジ上にある場合、 $g_s$ は0にリセットされます。自由エッジ上のセカンダリシェル節点のギャップ修正フラグは、セカンダリ節点がオプションの節点グループ（grnod_ID）で定義されている場合は何の影響も及ぼしません。

       セカンダリ節点が複数のシェルおよび/またはビームまたはトラスに結合されている場合は、計算された中で最も大きいセカンダリギャップが使用されます。

   • $gm\_l$ ： メインセグメントの最も短いエッジの長さ
   • $gs\_l$ ： セカンダリ節点がメインサーフェスに属している場合、 $gs\_l$ はそのセカンダリ節点に結合しているメインセグメントの最も短いエッジの長さ、そうでない場合は $gs\_l$ =1E+30。

     いかなる場合でも、 $g_m$ と $g_s$ は、ギャップの計算前にGap_max_mとGap_max_sによって別々に制限されます。

     セカンダリ節点がメインサーフェスに属していない場合、ギャップは下記のままとなります (5)

     $$\min (g_s,Gap\_\max \_s)+\min (g_m,Gap\_\max \_m)$$
4. 節点-サーフェス接触の場合、ギャップがサーフェス外部境界からセカンダリ節点のギャップを超えて広がることはありません。I_shape は、このギャップの形状が正方形または円形で接触力（法線）方向であるかどうかを決定します。I_shape は、エッジ間接触の場合、ギャップとその形状には影響しません。
   I_shapeに応じた、メインサーフェス外部境界での接触に使用されるギャップと、結果として生じる力の方向。

   
   
   図 3. I_shape=1 （正方形ギャップ）

   
   
   図 4. I_shape=2（円形ギャップ）

   I_shape =1はI_gap =3とは使用できず、I_shape =2にリセットされます。

5. シェル要素のエッジ間接触の場合、ギャップは円形になります。エッジがシェルセグメントからはみ出さないように、自由エッジ上のメイン側接触ギャップがシフトされます。

   
   
   図 5. エッジ接触（メイン側）

   以下に示すように、自由エッジの動作におけるセカンダリ側の接触ギャップは、I_gap0の値に依存します。

   
   
   図 6. エッジ接触（セカンダリ側）

6. I_edge=11およびI_edge=13のソリッド要素の場合、セカンダリ側は、角度がEdge_angleよりも小さい鋭角エッジのみで構成されます。I_edge=22の場合、ソリッド要素のすべてのエッジがセカンダリ側で考慮されます。メイン側では、3つのI_edgeのケースすべてについて、ソリッド要素のすべてのエッジが含まれています。

   
   
   図 7. I_edge=11およびI_edge=13の場合のセカンダリ側のエッジ

7. fric_IDが定義されている場合、接触摩擦は/FRICTIONで定義され、この入力カード内の摩擦入力（I_fric、C₁など）使用されません。
   摩擦力は次のとおりです：(6)

   $$F_t^{new}=\min \left(\mu F_n,F_{adh}\right)$$

   このとき、粘着力は以下のように計算されます：

   $F_{adh}=F_t^{old}+\text{Δ}{F}_t$ ここで、 $\mathrm{\text{Δ}}{F}_t=K\cdot V_t\cdot dt$

   ここで、 $\mu$ はクーロン摩擦で、以下のように定義されます：

   • フラグI_fricの場合（デフォルト）：

     $\mu =Fric$ ここで $F_T\le \mu \cdot F_N$ （クーロン摩擦）

   • フラグI_fric > 1の場合、新しい摩擦モデルが導入されます。この場合、摩擦係数は次の関数によって設定されます：

     $\mu =\mu \left(p,V\right)$

     ここで、

     $p$

     メインセグメントの垂直抗力の圧力

     $V$

     メインセグメントに相対するセカンダリ節点の接線速度

   現在は、係数C₁～C₆を使用して、新しい摩擦定式化の可変摩擦係数 $\mu$ を定義しています。

   以下の定式化を使用できます：

   • I_fric = 1（汎用の粘性摩擦則）：(7)
     $$\mu =\mathit{Fric}+C_1\cdot p+C_2\cdot V+C_3\cdot p\cdot V+C_4\cdot p^2+C_5\cdot V^2$$
   • I_fric = 2（修正Darmstad則）：(8)
     $$\mu =Fric+C_1\cdot e^{\left(C_{2}V\right)}\cdot p^2+C_3\cdot e^{\left(C_{4}V\right)}\cdot p+C_5\cdot e^{\left(C_{6}V\right)}$$
   • I_fric = 3（Renard則）：

     $\mu =C_1+\left(C_3-C_1\right)\cdot \frac{V}{C_5}\cdot \left(2-\frac{V}{C_5}\right)$ の、 $V\in \left[0,C_5\right]$

     $\mu =C_3-\left(\left(C_3-C_4\right)\cdot {\left(\frac{V-C_5}{C_6-C_5}\right)}^2\cdot \left(3-2\cdot \frac{V-C_5}{C_6-C_5}\right)\right)$ 、右記の場合； $V\in \left[C_5,C_6\right]$

     $\mu =C_2-\frac{1}{\frac{1}{C_2-C_4}+{\left(V-C_6\right)}^2}$ 、右記の場合； $V\ge C_6$

     ここで、

     • $C_1={\mu }_s$ 、静摩擦係数、右記である必要があります； ${\mu }_{\min }<{\mu }_s<{\mu }_{\max }$
     • $C_2={\mu }_d$ 、動摩擦係数、右記である必要があります； ${\mu }_{\min }<{\mu }_d<{\mu }_{\max }$
     • $C_3={\mu }_{\max }$ 、最大摩擦係数
     • $C_4={\mu }_{\min }$ 、最小摩擦係数
     • $C_5=V_{cr1}\ne 0$ 、第1臨界速度、> 0である必要があります
     • $C_6=V_{cr2}$ 、第2臨界速度、右記である必要があります； $>V_{cr1}$

     • 第1臨界速度 $V_{cr1}=C_5$ は、第2臨界速度 $V_{cr2}=C_6\left(C_5<C_6\right)$ より小さくする必要があります。
     • 静止摩擦係数 $C_1$ と動摩擦係数 $C_2$ は、最大摩擦 $C_3$ より小さくする必要があります（( $C_1\le C_3$ かつ $C_2\le C_3$ ）。
     • 最小摩擦係数 $C_4$ は、静止摩擦係数 $C_1$ および動摩擦係数 $C_2$ より小さくする必要があります（ $C_4\le C_1$ かつ $C_4\le C_2$ ）。
   • I_fric = 4（指数関数的減衰摩擦則）：
     摩擦係数は、接触面の相対速度 $V$ に依存すると仮定し、次式に従う：(9)

     $$\mu =C_1+\left(Fric-C_1\right)\cdot e^{\left(-C_2\left|V\right|\right)}$$

   表 1. 摩擦定式化の単位

   Ifric	Fric	C1	C2	C3	C4	C5	C6
   1		$\left[\frac{1}{\text{P}\text{a}}\right]$	$\left[\frac{\text{s}}{\text{m}}\right]$	$\left[\frac{\text{s}}{\text{Pa}\cdot \text{m}}\right]$	$\left[\frac{1}{{\text{Pa}}^2}\right]$	$\left[\frac{{\text{s}}^2}{{\text{m}}^2}\right]$
   2		$\left[\frac{1}{{\text{Pa}}^2}\right]$	$\left[\frac{\text{s}}{\text{m}}\right]$	$\left[\frac{1}{\text{P}\text{a}}\right]$	$\left[\frac{\text{s}}{\text{m}}\right]$		$\left[\frac{\text{s}}{\text{m}}\right]$
   3						$\left[\frac{\text{m}}{\text{s}}\right]$	$\left[\frac{\text{m}}{\text{s}}\right]$
   4			$\left[\frac{\text{s}}{\text{m}}\right]$

8. 摩擦フィルタリング
   I_filtr = 1、2または3の場合は、接線力がフィルタを使用して以下のようにスムージングされます：(10)

   $$F_{Tf}=\alpha F_T(t)+\left(1-\alpha \right)F_{Tf}(t-dt)$$
   ここで、

   $F_{Tf}$

   フィルタリングされた接線力。

   $F_T(t)$

   フィルター前の時間 $t$ における計算された接線力。

   $F_{Tf}(t-dt)$

   前の時間ステップでフィルタリングされた接線力

   $t$

   現在のシミュレーション時間

   $dt$

   現在のシミュレーション時間ステップ

   $\alpha$

   フィルタリング係数

   ここで、 $\alpha$ 係数は、以下のように計算されます：

   • I_filtr =1の場合、 $\alpha =X_{freq}$ 、単純な数値フィルターで、値の範囲は0～1です。
   • I_filtr =2の場合、 $\alpha =\frac{2\cdot \pi }{X_{freq}}$ 、標準の-3dBフィルターで、フィルター処理する時間ステップ数は $X_{freq}=\frac{dt}{T}$ として定義されます。Tはフィルター処理周期です。
   • I_filtr = 3の場合、 $\alpha =2\cdot \pi \cdot X_{freq}\cdot dt$ カット周波数X_freqを使用する標準の-3dBフィルター

9. InactiおよびIpen_max、初期貫通の取り扱い：
   • Inacti = 1000：初期貫通が無視されます。接触力は加えられませんが、節点は接触から非アクティブ化されません。節点が接触しなくなり、後で接触し直した場合は、そのときに接触力が加えられます。

     
     
     図 8.

   • Inacti = -1：初期荷重はすべての貫通節点上に加えられます。高い初期貫通は回避する必要があります。これにより、大きな接触力が生じ、計算開始時に高エネルギーエラーとなる可能性があるからです。初期貫通による接触力は、T_startまたはsens_IDで定義される接触のアクティブ化時間においてゼロから増加され、接触のアクティブ化後の最大値Tpressfitまでに増加されます。初期貫通による接触力の増加により、モデルの圧入状態をシミュレートすることができます。動的効果を避けるため、Tpressfitを小さすぎる値に設定しないでください。デフォルトでは、Tpressfitは、10000サイクルに相当する時間です。

     剛性は、Inacti= -1で自動的に決定されます。 I_stf、St_min、St_maxは影響しません。 Stfac だけが剛性のスケーリングに使用できます。

   • Inacti = 5：= 5： メインセグメントは初期貫通値（ $P_0$ ）でシフトされるため、時間0においては初期荷重は付与されません。

   メインセグメントの位置が復元されるのは、 $P_0$ より大きい反発の場合のみです。

   逆に、セカンダリ節点が引き続き貫通する場合は、貫通は以下のように計算されます：(11)

   $$P\text{'}=P-P_0$$

   
   
   図 9.

   • 交差および大きい初期貫通（Inacti= -1および5）：

     シェル： 初期交差は回避する必要があります。これにより、接触力方向に誤りが生じ、セカンダリ節点の固定につながる可能性があるからです。

10. インターフェースのアクティブ化 / 非アクティブ化のためにsens_IDが定義されている場合、T_startおよびT_stopは考慮されません。
11. 出力される力について：

    接触タイプが非対称的なサーフェス対サーフェスの場合、これら2つのサーフェスが適切に分離されていれば、時刻歴内の出力法線接触力が正しく計算されます。

12. IVIS2=-1は、法線方向に接着を、接線方向に粘性抵抗力を加えるために用いられます。これは、熱塑性複合材成形のモデル化に使用できます。
    使用される際、接触ギャップの半分は接着領域、残りの半分は物理的な接触領域とみなされます。したがって、同じ物理的接触ギャップを保つには、接触板厚はGap_scaleを用いて2倍にされる必要があります。

    
    
    図 10.

    接着力は、セカンダリ節点が物理的接触領域に入り、接着領域に戻った後でのみ適用されます。接着力は、節点が接着領域からはみ出してしまうことを防ぐよう機能し、法線方向に適用されます。(12)

    $$F_N=\frac{SigMaxAdh\cdot Area}{\frac{1}{2}Gap}(\frac{1}{2}Gap-P_{adh})$$

    ここで、

    $Area$

    セカンダリサーフェスの面積

    $P_{adh}$

    接着領域への貫通

    $Gap$

    コメントにあるとおり計算された接触ギャップ 3

    接着スプリングは節点が接着領域から出ると破断し、節点が再度接着領域に入ると再生されます。

    粘性抵抗力は、セカンダリ節点が接着領域に入った際に、接線方向に適用されます。反接線方向の粘着力は摩擦力の代わりに適用され、次のように計算されます：(13)

    $$F_T=-(ViscAdhFact)\frac{ViscFluid\cdot Area}{\frac{1}{2}Gap}{V}_{rel}$$

    ここで、

    $Area$

    セカンダリサーフェスの面積

    $V_{rel}$

    接着領域への貫通

    $Gap$

    接触ギャップ

    
    
    図 11.

13. 熱交換
    I_the=1（熱伝導をアクティブ化）にすることで、接触の熱交換と熱摩擦を考慮します。

    • I_{the_form}=0の場合、熱交換はセカンダリ節点と一定温度接触T_intの間で行われます。
    • I_{the_form}=1の場合、熱交換はすべての接触片間で行われます。

    この場合、T_intはI_{the_form}=0の場合にのみ使用されます。メイン側の温度は一定（T_intに等しい）と想定されます。I_{the_form}=1の場合、T_intは考慮されません。このため、メイン側の節点温度が考慮されます。

    接触熱交換には、以下が含まれます：

    • 熱伝導

      I_the = 1の場合、セカンダリ側の材料は、熱伝導に有限要素定式化を使用する熱材料とする必要があります（/HEAT/MAT）。

      熱伝導は、セカンダリ節点がギャップ状態になった場合に計算されます。 (14)

      $$gap=\max \left[Ga{p}_{\min },\min \left(Fscal{e}_{gap}\cdot g_s,Ga{p}_{\max }\right)\right]$$
      熱交換係数

      • fct_ID_K = 0の場合、K_theは熱交換係数で、熱交換は熱交換サーフェスのみに依存します。
      • fct_ID_K ≠ 0の場合、K_theはスケールファクターで、熱交換は接触圧力に依存します： (15)
        $$\mathrm{K}=K_{the}\cdot {\mathrm{f}}_K\left(Ascal{e}_K,P\right)$$

        ここで、 ${\mathrm{f}}_K$ はfct_ID_Kの関数です。

    • 熱伝導と熱放射

      fct_ID_c ≠ 0の場合、 $Gap<d\le D_{cond}$ のときは、熱伝達係数は距離 $d$ の関数として変化することができます。この領域では、伝導性および放射性の熱伝達流束が考慮されます。

      この関数fct_ID_cの横軸と縦軸は0から1の間である必要があります。

      熱伝達係数は以下のように計算されます： (16)

      $$K=K_{the}\left(P=0\right)\cdot {\mathrm{f}}_c\left(\frac{d-Gap}{Dcond-Gap}\right)$$

      K_theが一定の場合、 $K$ の最大値はK_theの値と等しくなります。そうでなければ、K_theが圧力に依存する場合、接触圧力 $P=0$ に対して最大値はK_theの値に等しくなります。 $K$ は、距離がDcondに等しい場合、ゼロに低下します。

    • 熱放射
      放射が接触で考慮されるのは、 $F_{rad}\ne 0$ で、セカンダリ節点のメインセグメントまでの距離、 $d$ が次の場合です：(17)

      $$Gap<d<D_{rad}$$
      ここで、D_radは放射計算の最大距離です。D_radのデフォルト値は、以下の最大値として計算されます：

      • 全節点中のGapの上限値（時間0における）
      • セカンダリ要素の最小辺長

      注: D_radの値は、Radioss Engineのパフォーマンスの減少を引き起こすかもしれないため、高すぎる値に設定しないことを推奨します。
      熱伝導の放射は以下のように計算されます： (18)

      $$h_{rad}=F_{rad}\left(T_m{}^2+T_s{}^2\right)\cdot \left(T_m+T_s\right)$$
      ここで、(19)

      $$F_{rad}=\frac{\sigma }{\frac{1}{{\epsilon }_1}+\frac{1}{{\epsilon }_2}-1}$$
      ここで、

      $\sigma =5.669\times {10}^{-8}\left[\frac{W}{m^2{K}^4}\right]$

      シュテファンボルツマン定数

      ${\epsilon }_1$

      セカンダリサーフェスの輻射率

      ${\epsilon }_2$

      メインサーフェスの輻射率

14. 熱摩擦
    インターフェースでI_the > 0である場合、摩擦エネルギーを熱に変換できます。

    • Fheat_sは、熱に変換されてセカンダリ側に伝達される、このエネルギーの一部として定義されます。
    • Fheat_mは、熱に変換されてセカンダリ側に伝達される、このエネルギーの一部として定義されます。
    摩擦熱 $Q_{Fric}$ は、剛性定式化のために次のように定義されます： (20)

    $$Q_{Fric}=Fheat\cdot \frac{\left(F_{adh}-F_t\right)}{K}\cdot F_t$$
15. 安定性条件に基づく接触剛性。
    この方法は、特に剛性に大きな差がある材料に使う際に使用します。安定性条件の剛性は、質量と時間ステップから計算されます： (21)

    $$K_{msdt}=Sftacm\cdot \frac{m_m\cdot m_s}{m_m+m_s}\cdot {\left(\frac{1}{\text{Δ}{t}_c}\right)}^2$$
    ここで、

    $m_m$ および $m_s$

    メインおよびセカンダリの節点質量。

    $\text{Δ}{t}_c$

    初期の解析時間ステップまたはユーザー入力値 Dtstif。

    I_stf = 7の場合、接触剛性は安定性条件に基づいてのみ計算されます。

    $K_n=K_{msdt}$

    それ以外の場合、Ipstif > 0であれば、安定性条件の剛性 $K_{msdt}$ が使用され、 $K_n$ よりも大きければ、フラグI_stfで定義された剛性が使用されます（を参照）。(22)

    $$K=\max \left[S{t}_{\min },\min \left(S{t}_{\max },\max (K_n,K_{msdt})\right)\right]$$

    デフォルトでは、安定性条件に基づく接触剛性の場合（I_stf = 7 または Ipstif > 0の場合）、 $K_{msdt}$ に使用される節点質量は、材料密度と要素サイズを使用して初期計算されます。追加された質量を考慮しないため、剛性が低くなり、接触が不安定になる可能性があります。その場合、Ipstif= 2を使って、最初に加えられた質量の効果を考慮することができます。