Soporte al Usuario de COSMOS/™ -- Nota Técnica Nº 71
Elementos GAP de Contacto/Fricción
Productos: COSMOS/M NSTAR
Versión: Todas las Versiones
Categoría: Preprocesado y Análisis
Ultima revisión: Agosto-2001
La resolución de problemas de contacto en COSMOS/M se realiza mediante el uso de elementos GAP en los módulos no lineal NSTAR y dinámico avanzado ASTAR. El usuario puede elegir entre elementos GAP de 1-nodo (contacto automático) ó elementos GAP de 2-nodos. A continuación explicamos las ventajas y limitaciones de ambas opciones:
Elementos GAP de 2-Nodos (Contacto
Nodo-a-Nodo)
Los elementos GAP de 2-nodos se usan cuando dos cuerpos entran en contacto debido a la aplicación de fuerzas externas (ver Fig.1). El supuesto de partida es que se conoce la posición y dirección de las fuerzas de contacto, y que ésta no cambian durante la aplicación de la carga externa. En este caso, los elementos GAP de 2-nodos se colocan entre los cuerpos en contacto, de tal forma que la dirección del elemento GAP (ver Fig.2) representa la dirección de la fuerza de contacto (normal a la superficie en el punto de contacto).
Fig. 1: Definición del Elemento GAP de 2-Nodos
Fig. 2: Dirección del Elemento GAP de 2-Nodos
Dependiendo del tipo de problema de contacto (ver Fig. 3), los elementos GAP pueden trabajar tanto a tracción (para limitar la expansión relativa entre los dos nodos) como a compresión (para limitar la compresión relativa entre los dos nodos). Además, este tipo de elementos soportan tanto el rozamiento estático como el dinámico.
Fig. 3: Elemento GAP de 2-Nodos
Para más información sobre el elemento GAP de 2-nodos puedes consultar los siguientes manuales de COSMOS/M y sus correspondientes "Ejemplos de Verificación":
- Elemento GAP Contacto/Rozamiento: Análisis Estático y Dinámico No Lineal NSTAR
- Definición del Elemento:
- "COSMOS/M 2.0 Advanced Modules - PART1: NSTAR Cap. 4"
- Ejemplos:
- Problemas de Verificación: NS13 a NS18, NS30, NS31, ND2 a ND6, ND12 y ND13
- Elemento GAP Contacto/Rozamiento: Análisis Dinámico Avanzado Modal ASTAR
- Definición del Elemento:
- "COSMOS/M 2.0 Advanced Modules - PART1: ASTAR Cap. 2"
- Ejemplos:
- Problemas de Verificación: D9 a D12
Elementos GAP de 1-Nodo (Contacto Nodo-a-Línea y Nodo-a-Superficie)
Un problema de contacto puede considerarse como un caso general de los elementos GAP nodo-a-nodo cuando:
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La dirección de la fuerza normal del GAP no es fija |
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El punto de contacto es cambiante, por ejemplo, el GAP está originalmente entre los nodos "i" y "j", pero por efecto de las cargas externas la estructura se desplaza y el punto "i" pasa al "i´" y entra en contacto con el "k" (ver Fig.4). |
Fig. 4: Cambio del punto del contacto
Debido a estos factores, al revés que los elementos GAP simples nodo-a-nodo, la
convergencia y precisión del problema de contacto dependerá de una solución incremental
donde las fuerzas se aplican de forma gradual para permitir al nodo moverse lentamente
sobre la superficie.
Para considerar el contacto entre dos cuerpos, un cuerpo se declara arbitrariamente como "contactor" (origen del contacto), mientras que el otro se designa como "target" (destino del contacto). La región de contacto entre los dos cuerpos está gobernada por la geometría total del problema, cargas aplicadas, propiedades del material, y otras condiciones relevantes (ver Fig.5)
Fig. 5: Definición del problema de
Contacto General
En COSMOS/M, el problema de contacto se define de acuerdo con el siguiente procedimiento:
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La región de contacto del "contactor body" se establece por una serie de nodos a los cuales se les asigna un elemento GAP de 1-nodo. |
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La región de contacto del "target body" se define por una serie de líneas de contacto (para contacto 2D) o superficies de contacto (en el caso de contacto en 3D) |
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La extensión del área de contacto entre los dos cuerpos está limitada a la zona definida por los elementos GAP de 1-nodo. Una vez eliminada la restricción de pequeños desplazamientos, cada GAP puede entrar en contacto con cualquier superficie de contacto del mismo grupo. |
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Cada superficie (o línea) del "target body" tiene asignada una cara positiva y negativa de acuerdo con la conectividad de los nodos. La cara negativa es donde los elementos GAP tienen prohibido penetrar |
Las principales ventajas de los elementos GAP de 1-nodo sobre los elementos GAP de 2-nodos
son las siguientes:
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El usuario no necesita conocer por adelantado la situación exacta del área de contacto. El programa determina internamente dicha zona y aplica las fuerzas de contacto que correspondan. |
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La dirección y situación de las fuerzas de contacto son calculadas por el programa en función de la forma que adopte la superficie deformada en los puntos de contacto (normal a la superficie). |
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La distancia inicial entre los cuerpos en contacto la calcula directamente el programa. |
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Los nodos de las superficies de contacto de ambos cuerpos no tienen por qué ser coincidentes. |
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Los problemas tipo "shrink fit", es decir, cuando una parte del modelo es forzada a asumir una nueva posición, pueden ser manejados por este tipo de elementos GAP |
La definición del "Element Group" para los elementos GAP de 1-nodo es la misma que los elementos GAP regulares 2-nodos, excepto en las opciones 4 y 5. La Opción4 se usa para definir el tipo de contacto (2D ó 3D, es decir, GAP nodo-a-línea o nodo-a-superficie), y la Opción5 se usa para definir el nº de nodos que se van a utilizar para construir la línea (2 ó 3 nodos) o superficie de contacto (de 4 a 9 nodos) del "target body"
La entidad de contacto de destino (línea o superficie), definida mediante un conjunto de sub-entidades (sub-líneas y sub-superficies) mediante la orden NL_GS (menú Analysis > NONLINEAR > CONTACT > Contact Surface), está asociada con el Grupo de Elementos GAP activo. Si el problema tiene más de un "contactor body", entonces hay que definir un nuevo Grupo de Elementos GAP, y nuevos "contactor" y "target" deben definirse para cada cuerpo de contacto potencial.
Para más información sobre el elemento GAP de 1-nodo puedes consultar los siguientes manuales de COSMOS/M y sus correspondientes "Ejemplos de Verificación":
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Elemento GAP
Contacto/Rozamiento: Análisis Estático y Dinámico No Lineal NSTAR
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