In Abaqus, “Abaqus normal behavior” defines how surfaces interact perpendicularly when they come into contact, focusing on pressing together, separating, and resisting penetration. A specific type of normal behavior, “hard contact,” (hard contact Abaqus) ensures surfaces do not penetrate each other and no tensile stress is transmitted across the interface, akin to a rigid interaction like a brick on a table. This ideal interaction can be challenging for calculations.
Conversely, “soft contact” allows a small degree of penetration, governed by various pressure-overclosure relationships (such as linear, exponential, or tabular), akin to placing a spring between the brick and the table. This makes calculations easier while still capturing the essential pressing and separation behaviors. Both hard and soft contact fall under the broader category of pressure-overclosure relationships, which define how contact pressure and surface separation are managed in simulations.
이 블로그 게시물에서는 Abaqus의 일반적인 동작인 하드 접촉, 소프트 접촉이 무엇인지 알아보고, 이를 Abaqus에 적용하고 사용하는 방법을 알아보겠습니다.
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이 패키지는 유사한 문제를 찾고 이를 실행하는 데 도움이 되는 도움말, 이론, 스크립트 및 서브루틴 등을 사용하여 사용자 지정 문제를 시뮬레이션하는 방법을 알려줍니다.
What is Hard Contact Abaqus? | Contact Pressure Overclosure
Abaqus의 하드 접촉은 두 표면이 서로 관통할 수 없는 상황을 시뮬레이션하여 실제 상황을 재현합니다. 이는 접촉 표면 사이에 간격이 없어야 하는 상황에 이상적입니다.
Imagine a block resting on a table. In hard contact, the block won’t sink into the table (no penetration), representing a stiff interaction. This represents real-world situations where surfaces shouldn’t interweave. But here is the thing that the Hard contact can be tricky for numerical analysis software to handle.
그림 1: 하드 컨택트와 소프트 컨택트
Abaqus의 하드 접촉은 제한 위치에서 슬레이브 표면(2차 표면)이 마스터 표면(주 표면)으로 침투하는 것을 최소화하고 인터페이스를 통해 인장 응력이 전달되는 것을 허용하지 않는 접촉 압력-과폐쇄 관계입니다(하드 접촉 Abaqus).
강한 접촉이 이상적이지만 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 수렴 문제 시뮬레이션에서. 바로 이 부분에서 소프트 접촉이 등장하여 소량의 침투를 허용하여 이러한 수치적 어려움을 해결합니다.
Difference between Hard contact and pressure-overclosure
The term “pressure overclosure” encompasses both hard contact and other softened contact behaviors.
아바쿠스에서:
- 하드 컨택트: 슬레이브 표면이 마스터 표면으로 침투하는 것을 최소화하고 계면을 가로지르는 인장 응력 전달을 방지합니다. 표면이 접촉 시 상호 침투하지 않고 접촉 압력이 0에 도달하면 분리되지 않도록 합니다.
- 압력 오버클로저: 강접촉과 다양한 유형의 연화 접촉(예: 선형, 지수, 표 형식)을 포함하는 더 광범위한 접촉 압력 관계 범주를 지칭합니다. 연화 접촉 관계는 어느 정도의 침투를 허용하고 인장 응력을 전달하여 수치적 수렴을 용이하게 합니다.
그림 2: 하드 접촉 및 소프트 접촉, 압력 오버클로저 옵션
Relations and formulas
강접촉의 기본 원리는 표면이 접촉할 때 접촉 압력이 전달되고, 접촉 압력이 0일 때 분리가 발생한다는 것입니다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
- 표면이 접촉하는 경우(오버클로저 = 0): 모든 접촉 압력은 표면 사이에 전달될 수 있습니다.
- 표면이 분리된 경우(간격 > 0): 접촉 압력이 전달되지 않습니다.
이는 수학적으로 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
h>0의 경우 p=0
p>0의 경우 h=0
어디:
p = 접촉 압력
h = 표면 사이의 간격
그림 3: 접촉 압력 과폐쇄 [참고: Abaqus 문서]
About the formulas and relations you can find more info in the Abaqus documentation. You don’t know how to use the documentation?! Don’t worry! We are here to help you out. The “Abaqus 문서 사용 방법” tutorial is the guide you need.
Abaqus Normal Behavior
Abaqus의 정상 거동은 표면 간의 접촉 상호작용을 의미하며, 표면이 서로 접촉할 때 어떻게 반응하는지를 정의합니다.
그림 4를 보면, 질량 M인 물체가 오른쪽으로 수평 이동하려고 합니다. 기억을 되살리기 위해, 아래쪽으로 작용하는 질량 힘(Mg)과 반력(N)이 있습니다. 따라서 이 반력이 ABAQUS에서 나타나는 "정상 거동"입니다. 이는 정상 거동을 이해하는 가장 간단한 설명이지만, 수치 해석에서 보는 것만큼 간단하지는 않습니다.
그림 4: 정상적인 동작
Abaqus에서 일반적인 동작을 정의하려면 Interaction 모듈로 가서 접촉 속성을 정의해야 합니다(그림 5 참조).
그림 5: Abaqus 정상 동작 정의
그 다음에는 Abaqus의 정상적인 동작에 대한 압력 과폐쇄 옵션 중 하나인 하드 접촉 또는 소프트 접촉을 선택해야 합니다(그림 2 참조).
How to Apply Hard Contact and Soft Contact in Abaqus?
소프트 접촉과 그 생성 방법을 더 자세히 이해하려면 그림 1을 참조하세요. 보시다시피 마스터와 슬레이브 표면이 접촉하면 슬레이브는 마스터 표면을 관통하지 않습니다(실제로는 하드 접촉). 하지만 계산하기 어려우므로 관통을 허용합니다. 하지만 슬레이브 표면은 얼마나 관통할 수 있을까요? 마스터 표면 아래에 스프링이 있다고 상상해 보세요. 스프링은 선형, 지수, 표 및 축척 계수 강성을 가질 수 있습니다(그림 2). 따라서 스프링 강성에 따라 슬레이브는 수렴 문제를 피하기 위해 마스터 표면을 관통할 수 있습니다. 따라서 소프트웨어는 정확한 결과에서 약간 벗어나지만 더 쉽고 짧은 시간에 모델을 분석합니다. 또한 입력 파일에서 키워드 "*SURFACE BEHAVIOR, PRESSURE-OVERCLOSE=EXPONENTIAL..."을 사용하여 소프트 접촉을 삽입할 수 있습니다.
그림 6: 소프트 접촉, 지수적 강성
중요한 질문 하나: 그렇다면 연락처 자체를 어떻게 정의해야 할까요? 이 글을 읽고 답을 찾아보세요.
표면 상호작용 Abaqus | 일반 접촉 VS 표면 간 접촉
결론
Now let’s wrap it up, the Hard and the Soft contact. See figure 4 again; as you see, you have to define contact if you want to analyze this model in the ABAQUS. The bottom of the mass is the slave surface, and the top side of the ground will be the master surface and make tangential behavior for them. If you remember, the slave surface cannot penetrate the master surface. This is the reality in physics and is called the Hard contact (see figure 2); however, you may encounter convergence problems in your modeling because it’s challenging in numerical analysis model the Hard contact. Therefore, you have to allow the mass to penetrate a little bit in the master surface to avoid convergence issues. This is called Soft contact and has several ways to create that in the software (see figure 2).
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