Analiza kontaktu w MES – podstawy

Na Ziemi bardzo niewiele obiektów pozostaje w całkowitej izolacji — niemal zawsze wchodzą one w różne stany kontaktu z innymi ciałami. Stan kontaktu można ogólnie podzielić na:

• kontakt statyczny – brak względnego ruchu między powierzchniami,
• kontakt dynamiczny – kontakt zmieniający się w czasie, często związany z poślizgiem, tarciem i zużyciem.

Gdy dwa obiekty znajdują się w kontakcie, nie mogą przenikać przez swoje powierzchnie styku. Oznacza to, że w analizie należy uwzględnić zarówno warunki geometryczne, jak i właściwości mechaniczne materiałów. Badanie zachowania takich układów określa się mianem analizy kontaktu i obejmuje m.in. opis powierzchni styku, sił kontaktowych oraz sił tarcia.

Kluczowe zagadnienia w analizie kontaktu MES

Rozwiązanie problemów kontaktowych w metodzie elementów skończonych wymaga użycia specjalnych technik numerycznych. W szczególności należy uwzględnić:

• wyznaczenie potencjalnych obszarów kontaktu,
• spełnienie warunku nieprzbenikania,
• obliczenie sił wynikających z oddziaływania drugiego ciała,
• wyznaczenie i modelowanie sił tarcia,
• zastosowanie algorytmów iteracyjnych (np. metod kar) zapewniających zgodność warunków kontaktu.

Ze względu na obecność tarcia, zmianę obszaru styku oraz konieczność iteracji, analiza kontaktu jest problemem nieliniowym.