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01 Tip&Solution ContactEnhacements
1 Tip&Solution ContactEnhacements...
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woongs73
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1
3DS_Document_2013 3DS.COM © Dassault Systèmes | Confidential 5/12/2014 | ref.: Information ||5/12/2014 3DS_Document_2013 3DS.COM © Dassault Systèmes | ConfidentialInformation | ref.:
다쏘시스템 SIMULIA Technical Roadshow
일시 및 장소:
2014년 5월 8일(목) 대전 컨벤션센터
2
3DS_Document_2013 3DS.COM © Dassault Systèmes | Confidential 5/12/2014 | ref.: Information ||5/12/2014 3DS_Document_2013 3DS.COM © Dassault Systèmes | ConfidentialInformation | ref.:
Contact Enhancements
다쏘시스템코리아㈜ SIMULIA 김영진 부장
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
순서
3
1 Contact 의 변화
2 Contact 해석과 관련된 이슈
3 Contact을 활용한 확장된 해석 기법
4 Abaqus 6.13의 개선 기능
5 향후 방향
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Contact 정의 방법 개선
4
Contact elements (e.g., GAPUNI):
Contact pairs:
General contact:
2
n
v 1
h
h d n u2 u1 0 접촉에 대한 거동 제한을 사용자가 개별적으로 정의
접촉에 대한 짝을 정의 (접촉면을 개별 정의)
시간에 따른 경향 변화
모델 전체에 대해 접촉 정의 (임의 면에 대해서)
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
적용 범위 확대
5
비물리적인 결과를 유도하는 과도한 가정의 회피 “Small-sliding” 접촉 수식의 사용 축소 Small-sliding 접촉 수식: 적용할 수 있는 거동에 제한 존재
Master surface
Finite-sliding 접촉 수식: 임의 거동에 적용 가능
Master surface Slave node 별 구성
시간에 따른 경향 변화
일반적인 경우
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
결과 안정성
6
“Surface to surface” 접촉 수식 적용을 이용한 master surface 침투 축소 Master node가 상대면에 침투 발생
Slave node에 침투 제한
접촉면 전반에 걸친 문제 해결
시간에 따른 경향 변화
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
정확도 개선
7
Node to Surface VS. Surface to Surface using C3D10 Uniaxial loading, s=5 Slave: C3D10 Master: C3D8
시간에 따른 경향 변화
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
강건성 개선
8
General Contact에 의해 보완적인 edge-to-surface 수식
시간에 따른 경향 변화
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
순서
9
1 Contact의 변화
2 Contact 해석과 관련된 이슈
3 Contact을 활용한 확장된 해석 기법
4 Abaqus 6.13에서의 접촉 기능 확장
5 향후 개선 방향
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
1. 요소 선택 관련 이슈
10
과거 : 접촉 설정을 위해서 C3D10 요소 대용으로 C3D10M요소를 권장 이유 : C3D10 요소에 대한 기존 방식 접촉 수식적 표현 한계 (그림 참조)
현재 및 이후 : surface-to-surface 접촉 수식을 바탕으로 C3D10 요소 활용 C3D10M은 접촉 조건에 따른 대안으로 여전히 존재 node-to-surface contact 등
q
q
q
q
1 pA 3
꼭지점 부근에서는 전달력이 0
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
1. 요소 선택 관련 이슈
목표 해: • 최대 접촉압=4.3
Hole-in-plate 예제 마찰 무시 (S-to-S) 접촉
C3D10M
단위 압력
7% 오차
대칭 경계 조건
Fine mesh
C3D10 2% 오차
11
3.5% 오차
0.5% 오차
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
2. Contact Pressure Error Indicator 활용
12
• 최대 CPRESS의 정확한 예측 • 변화가 크게 발생 하는 접촉 영역 끝에서 CPRESS는 불확실
Error indicator • 최대 CPRESS와 최대 CPRESSRI는 동일 차수 • Mesh가 조밀할 수록 CPRESS를 정확히 예측
Error indicator
C3D10 요소를 이용한 응력 집중 예 Error Indicator는 해 오차를 다소 과도하게 예측
Percent Error
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
2. Contact Pressure Error Indicator 활용 Estimated from CPRESSERI_max/CPRESS_max % deviation of CPRESS_max from reference solution of 4.3
|4.28-4.3|/4.3*100%
Course Mesh Fine Mesh 목표 해: • Peak stress=4.3
13
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
0.07/4.28*100%
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
3. Contact Pressure Noise 관련 이슈
14
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
3. Contact Pressure Noise 관련 이슈
수치적 noise는 아님; 물리적인 응력 집중 현상
15
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
3. Contact Pressure Noise 관련 이슈
16
Error indicator를 이용해서 확인
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
3. Contact Pressure Noise 관련 이슈
17
Surface-to-surface contact Slave surface는 2차 element 사용; Master는 rigid surface Curved surfaces
Noisy CPRESS
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
3. Contact Pressure Noise 관련 이슈
18
Master surface 묘사가 충분히 부드럽지 않음 제안 사항 복잡한 형상을 갖는 rigid surface를 모델링 할 때는 2nd Element 적용 양면의 요소에 따른 contact pressure 차이 Rigid master: Deformable slave:
First-order tri
Second-order tri
First-order hex
1.18
0.98
Second-order tet
1.43
1.00 CPRESS 최대값 대비 비율
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
3. Contact Pressure Noise 관련 이슈
19
Surface Correction 기능 활용 실제 형상(CAD 형상)과 초기 FE 형상(Mesh 형상) 차이를 보정 변형 후에도 효과적
예 : 원뿔 접촉
Master surface
Slave surface Correction factors *Surface Property Assignment, Property=Geometric Correction
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
4. Contact stabilization
20
Pin joint 예제 이 해석은 제대로 시작되지 않음 접촉이 발생되는 부분에서 과소 제한에 의한 강체 거동이 원인
status file에서:
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
4. Contact stabilization
21
Pin joint 예제
하중 제어는 강체 거동을 유발
Pin 주위로 간극이 존재
한 개의 초기 강체 거동 (병진 방향) Pin에서 초기 강체 거동이 5 방향으로 존재 (2개 병진, 3개 회전)
경계 조건이 하중 방향인 병진 방향을 제외하고는 모든 강체 거동을 제약 Pin이 공간에 뜬 상태에서 계산 시작 (축방향에 대한 경계조건은 제외)
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
4. Contact stabilization Pin joint 예제 과소 제한 모드는 “Numerical Singularity”를 유발 Pin을 5개에 , 하나는 plate우측에 부과 message file에서 :
경고 메시지는 회전과 병진 강체 거동 을 구분 불가 22
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
4. Contact stabilization
23
Pin joint 예제 *Contact Stabilization 추가 General contact와 연관된 새로운 keywords 수직 방향에 대해서만 적용 (정확도를 약화) 수렴된 최종 increment에서 적용 하중의 83% 완료 문제 미해결??
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
4. Contact stabilization
24
Pin joint 예제 마찰 계수를 미적용에서 0.1로 부여 Pin의 회전 거동 안정화에 효과적 Model
% 해석 진행율
# incrs.
# iters.
contact stabilization, no friction
83%
12
104
contact stabilization, Friction
100%
6
32
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
5. 그 외 Contact 수렴성 관련 이슈
25
Penalty enforcement를 사용하는 surface-to-surface contact를 사용, 해석은 미완료
Step 시작 • 경계조건을 설정한 수평변위 거동 • 마찰은 무시 • 정적 해석
수렴된 마지막 increment
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
5. 그 외 Contact 수렴성 관련 이슈
26
Unsymmetric equation solver를 설정하면, 해석은 좀더 진행
“UNSYMM=YES”
“UNSYMM=NO”
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
5. 그 외 Contact 수렴성 관련 이슈
27
Weather seal model Plane-strain, ½ 대칭 해석 순서 : 1. Seal을 Frame에 압입 2. 창문 닫기 : glass를 삽입 첫 번째 단계에서 수렴 문제 발생 조립 과정에서 Energy 이완 발생
glass surface rubber weatherseal vehicle window frame
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
5. 그 외 Contact 수렴성 관련 이슈
28
해석이 도중에 종료
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
5. 그 외 Contact 수렴성 관련 이슈
29
*Static, Stabilize 이용 “Minimum allowable increment size” 조정을 해야 할 경우도 존재
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
6. 동적 해석에서의 Contact 관련 이슈
30
관성으로 인해, 고정되지 않은 물체에 하중이 적용 되면, 순간적인 무한 변위가 발생 외력에 대해서 정적인 내력 만이 고려되는 것은 아님
“효과적인” 사용자 제어 인자를 설정 Moderate Dissipation APPLICATION = Transient Fidelity Quasi-static
접촉이 있는 경우 기본 설정 접촉이 없는 경우 기본 설정
준정적 모델을 위한 설정
Bouncing disc 예제 “Moderate Dissipation”
“Quasi-Static”
1500
# Increments
1000 500
Kinetic Energy Comparison
1
2 3
1
2
3
“Quasi-Static”
Rebound 후, 최대 높이
0
“Transient Fidelity”
접촉 전후
압축 31
“Transient Fidelity”
“Moderate Dissipation”
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
6. 동적 해석에서의 Contact 관련 이슈
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
순서
33
1 Contact의 발전
2 Contact 해석과 관련된 이슈
3 Contact을 활용한 확장된 해석 기법
4 Abaqus 6.13에서의 접촉 기능 확장
5 향후 개선 방향
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
손상 해석
34
모델링 방법에 따른 차이 Crack tip 주위에 특정한 Mesh 도입 확정된 균열의 SIF를 평가하기 위한 전통적인 방법 Cohesive element
Cohesive contact
XFEM Element 내 균열 발생 진전 균열 경로는 해에 따라 임의로 발생
Contact 모델에 대한 접촉 거동 정의
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Cohesive contact vs. cohesive elements
35
Cohesive contact는 간단하게 정의 연결 면 사이에 element 정의 불필요
Cohesive element는 접착제가 국부적으로 존재(그림 참조) Cohesive stress가 존재하는 동안, 접촉면의 수직 방향은 평행하지 않음
T-peel example with adhesive patches
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Cohesive approaches vs. XFEM
36
Cohesive elements/contact은 박리/균열 위치가 미리 정의된 경우 사용
XFEM
균열 경로가 정의 되지 않음
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Pressure-Penetration
38
접촉 면 사이에 유체가 흘러 들어가는 효과 묘사 3D 모델에서 구현 가능
“DLOAD”와 유사하지만, 하중 적용 시간에 대해 제어
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Pressure-Penetration
39
Air duct seal 예 Abaqus Example Problem Guide Section1.1.16
(유체를 모사한) 압력 하중이 접촉면 사이에 “침투(Penetration)”
강체 면 이동 후 변형 전
유체 유입에 의한 결과
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Pressure-Penetration
40
Air duct seal 예
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
순서
41
1 Contact의 발전
2 Contact 해석과 관련된 이슈
3 Contact을 활용한 확장된 해석 기법
4 Abaqus 6.13에서의 접촉 기능 확장
5 향후 개선 방향
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Abaqus/Standard의 General Contact
42
Edge Contact 기능 개선 Type of edges
Edge-to-Surface Formulation
Abaqus version 6.11
6.12
6.13
Solid
1
2
2
Shell
0
2
2
Beam
0
0
2
Edge-to-Edge Formulations Type of edges Beam
Contact direction
6.11
6.12
6.13
Radial
0
0
1
Cross product
0
0
1
0 = not available 1 = non-default 2 = default
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Edge Contact 사례
43
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
Contact Pressure에 따른 강성
44
*Contact Controls
Base state (General Step 결과)
설정을 조정한 경우, 2차 고유 모드; Frequency step; contact constraint는 설정된 기본 설정, 2차 고유 모드
동일 Contact State
임계값을 넘는 경우에만 적용
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
XFEM – 균열 면에 분포 압력 설정 XFEM surface에 분포 압력 적용 가능 초기 균열 면을 자동적으로 생성
압력은 현재 제한적 적용 3D Pressure Penetration 기능을 일반화 시킨 것
Newly created crack surfaces in a vessel subjected to pressure loadings
45
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순서
46
1 편의성 확대
2 Modeling issue
3 Contact을 활용한 유사 해석
4 Abaqus 6.13에서의 접촉 기능 확장
5 향후 개선 방향
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
지속적인 개발 : 강건성(Robustness)
47
Diagnostics 해석 과정에서 modeling과 관련한 issue와 문제에 대해 보다 많은 피드백을 제공
Convergence 기본 설정으로 보다 수월한 수렴이 이루어지도록
새로운 접근 방법 개발
지속적인 개발 : 성능
48
많은 영역 보다 큰 모델을 해석 수행하도록
보다 나은 병렬 처리 효과 빠른 알고리즘 적용 병목 발생 부분 제거
Batch Pre wall time (minutes)
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
150
Abaqus 6.10EF Abaqus 6.11
100
Abaqus 6.12
50
전/후처리, 해석 code 등
0
일반 목적 알고리즘에 대한 계산 시간 제거 General contact vs. contact pairs
Finite-sliding formulation vs. small-sliding formulation
0
60
120
Millions of DOF
180
3DS.COM/SIMULIA© Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2012
지속적인 개발 : 정확성
49
일반 곡면 형상에 대한 반영이 잘 이루어 지도록 Formulation & output refinement
Supplemental formulation 예 : Abaqus/Standard의 Beam-to-beam general contact
50
3DS.COM © Dassault Systèmes | Confidential Information | 5/12/2014 | ref.: 3DS_Document_2013
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