Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Computational Efficiency of 3-D Contact Analysis by Domain/Boundary Decomposition Formulation

영역/경계 분할 정식화에 의한 삼차원 접촉 해석의 효율성 검토

  • 김용언 (전북대학교 항공우주공학과) ;
  • 류한열 (전북대학교 항공우주공학과) ;
  • 신의섭 (전북대학교 기계항공시스템공학부)
  • Published : 2007.08.30
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Abstract

A domain/boundary decomposition technique is applied to carry out efficient finite element analyses of 3-D contact problems. Appropriate penalty functions are selected for connecting an interface and contact interfaces with neighboring subdomains that satisfy continuity constraints. As a consequence, all the effective stiffness matrices have positive definiteness, and computational efficiency can be improved to a considerable degree. If necessary, any complex-shaped 3-D domain can be divided into several simple-shaped subdomains without considering the conformity of meshes along the interface. With a set of numerical examples, the basic characteristics of computational efficiency are investigated carefully.

많은 계산량이 요구되는 삼차원 접촉 문제의 효율적인 유한요소 해석을 위하여 영역/경계 분할 기법을 적용하였다. 접촉 경계면의 부등식 적합 조건과 부영역, 공유면, 접촉 공유면의 등식 적합 조건을 모두 벌칙 함수로 처리하였다. 이에 따라 모든 유효 강성 행렬이 양 정치화되므로, 역행렬과 같은 각종 행렬 연산이 매우 간편해진다. 또한 전체 영역의 형상이 복잡하더라도, 임의의 부영역, 공유면, 접촉 공유면 단위로 쉽게 유한요소 모델링할 수 있다. 즉, 관련 지배 방정식은 물론 경계 조건도 독립적으로 이산화할 수 있으므로, 국부적인 비선형 접촉 조건에 대한 효율적인 해석이 가능하다. 간단한 수치 예제를 통하여 삼차원 접촉 해석의 효율성에 관한 기본적인 경향을 검토하였다.

Keywords

References

  1. 류한열 (2007) 효율적인 접촉 해석을 위한 유한요소 영역/경계 분할법의 제안, 전북대학교 석사학위논문
  2. 신의섭, 진지만 (2005) 유한요소 부영역 결합법을 이용한 열기계학적 접촉 해석, 한국항공우주학회지, 33(11), pp.7-14
  3. Bathe, K.J. (1982) Finite Element Procedures. Prentice-Hall. NJ. p.1039
  4. Bourel, B., Combescure, A., Valentin, L.D. (2006) Handling Contact in Multi-Domain Simulation of Automobile Crashes. Finite Element in Analysis and Design. 42. pp.766-779 https://doi.org/10.1016/j.finel.2006.01.003
  5. Cho, M.H., Kim, W.B. (2002) A Coupled Finite Element Analysis of Independently Modeled Substructures by Penalty Farme Method. KSME International Journal. 16(10). pp.1201-1210 https://doi.org/10.1007/BF02983826
  6. Dureisseix, D., Farhat, C. (2001) A Numerically Scalable Domain Decomposition Method for the Solution of Frictionless Contact Problems. Int. J. Numer. Meth. Eng., 50. pp.2643-2666 https://doi.org/10.1002/nme.140
  7. Farhat, C., Roux, F.X. (1991) A Method of Finite Element Tearing and Interconnecting and Its Parallel Solution Algorithm. Int. J. Numer. Meth. Eng., 32. pp.1205-1227 https://doi.org/10.1002/nme.1620320604
  8. Pantano, A., Averill, R.C. (2004) A Mesh-Independent Interface Technology for Simulation of Mixed-Mode Delamination Growth. Int. J. Solids and Structures. 41. pp.3809-3831 https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2004.02.018
  9. Ransom, J.B., McCleary, S.L., Aminpour, M.A. (1993) A New Interface Element for Connecting Independently Modeled Substructures. AIAA Paper. No.93-1503
  10. Shin, E.S., Kim, S.J. (2000) Finite Element Analysis of Pin-load Composite Laminates by Connecting Independently Modeled Subdomains. Composites B: Eng., 31. pp.47-56 https://doi.org/10.1016/S1359-8368(99)00056-6
  11. Zhong, Z.H., Mackerle, J. (1994) Contact-Impact Problems: A Review with Bibliography. Applied Mech. Review. 47. pp.55-76 https://doi.org/10.1115/1.3111071