ABAQUS Contact Analysis (CAE)

이번 포스팅은 Contact Pair입니다. 일반적으로 Keyword를 사용하시는 분은 Contact Pair라고 하시면 알고 계신데, CAE를 쓰시는 분들은 Contact Pair라고 하시면 잘 모르시고, Surface to Surface Contact 기능이라고 해야지 인지를 하시더라구요.

아무튼 이번에는 CAE 대상으로 Contact Pair를 진행하려고 하기 때문에 Surface to Surface Contact이라고 말을 하겠습니다.

일반적으로 Contact의 방법에는 2가지가 있습니다.

Surface to Surface 와 Node to Surface 부분입니다. Surface to Surface는 두면이 접촉을 할 때, Slave면과 Master면의 구분을 두고 해석을 진행을 합니다.

이때, Slave의 면을 이루고 있는 다수의 절점의 평균 값을 통해서 서로 침투가 되지 않게 하는 Contact 방법입니다. 이와는 반대로 Node to Surface의 방법은 Slave의 절점이 Master의 면에 침투를 하지 못하게 하는 것을 말합니다.

위와 같이 Master와 Slave Surface의 정의에 따라서 Node to Surface, Surface to Surface 두개의 Contact 정의 모두 다 다른 결과 값을 가져오는 것은 맞습니다.

그 이유는 위에 사진에서 알 수 있습니다. 일반적으로 Mesh의 크기가 같다고 한다면 큰 차이가 안날 수도 있지만, 위와 같은 그림의 형태를 갖는다면 얘기가 달라집니다. 일단 그림에서는 Master Surface가 더 작은 Mesh size를 갖는 것으로 보이는데, 이렇게 되면 실제의 현상과 동떨어진 결과를 얻을 수 있습니다. 그렇다면 Master와 Slave는 어떤 기준으로 설정을 해야할까요?

먼저 Master의 Surface를 갖는 것은 강체를 우선적으로 선택해야 합니다. 또한, Master Surface가 Slave Surface의 침투를 막기 위해서는 Slave Surface의 Mesh Size를 상대적으로 더 작게 만들어줘야 과도한 침투를 막을 수 있습니다. 이런 간단한 이론만 기억하신다면, Contact을 잘 적용할 수 있을 것이라고 생각합니다.

CAE Media

앞의 Beam Analysis와 같이 Contact Option을 써서 해석할 수 있는 과정이 담긴 동영상을 첨부하였습니다. 아래 링크에 들어가셔서 아래 과정에 따라 선택을 해주시면 될 것 같습니다.

기존의 Beam Analysis에서 Part / Material / Assembly / Step에 대한 구성 정보는 모두 들어가 있지만, Interaction 부분이 설명이 안되어 있기 때문에 이에 대한 설명을 조금하겠습니다. 기본적으로 ABAQUS interaction property에서는 접선과 법선 방향에서의 조건을 부여합니다. 접선에서는 보통 마찰 계수에 대한 것을 도입할 수 있게 하고, 법선에서는 Normal 방향의 조건에 대해 부여를 합니다. 여기서 Normal 방향의 조건은 크게 Hard Contact과 Softened Contact으로 나뉘게 됩니다.

1. Hard Contact

Normal behavior에서 가장 default된 값으로 Clearance의 수치에 따라서 Contact Pressure가 달라지는 그래프를 보입니다.

일반적으로 접촉이 시작되면 Overclosure 부분으로 증가하지 않고, Clearance가 0까지로 설정이 되어서 Normal 방향으로 절대 침투를 허용하지 않는 조건입니다.

 

2. Exponential Contact

Hard Contact과 다르게 곡선을 그리면서 Overclosure의 어느 부분까지는 감안하는 그래프를 그립니다. 이 부분이 Softened Contact으로 어느정도 침투를 감안하는 내용을 포함하고 있다. 또한, 이것을 기본적으로 사용하는 상태는 Explicit에서 사용되어진다.

3. Linear

Linear은 Abaqus User's Guide에서도 참고할 수 있지만, Exponential과 다르게 곡선의 형상을 그리는것이 아니라 K의 값을 기울기를 유지하면서 Normal 방향의 Contact 옵션이 적용되어 진다.

4. Tabular

사용자가 지정한 몇개의 포인트를 바탕으로 점과 점 사이에 보간을 하여 아래와 같은 그래프를 Normal 방향의 특성에 적용하게 된다.

5. Scale Factor

Overclosure 상태가 되어지면서, Contact Stiffness는 증가되어진다. 이는 아래 그래프에 나온 변수에 따라서 K값을 결정하고 그에 따른 특성이 적용되어지는 것을 말한다.