伏图（Simdroid）结构分析功能接触分片测试

IBEsim

本案例基于Simdroid 5.1开发版测试。

问题描述

两个边长为12的正方体，上下两面施加边界约束，上立方体向下挤压，然后旋转90度，输出沿着z方向的总支反力随时间变化的曲线，该测试是一种接触的分片测试，正确的接触力应该随着接触面积的变化而平滑的变化。

有限元模型

几何：两立方体边长为12；

网格：上立方体包含 416 个一阶四面体Tet4单元，下立方体包含 571 个Tet4单元；

材料：弹性模量 1.0，泊松比  0.3；

接触：上立方体下表面为主面，下立方体上表面为从面，分别测试面对面接触和点对面接触；只考虑无摩擦接触；

连接：在上立方体上建立一个参考点，参考点与上表面建立运动耦合连接；

边界条件：下立方体下表面固定，参考点Ux=Uy=0, Rx=Ry=0；

分析步：

包含两个分析步，打开几何大变形

Step-1：参考点指定位移和旋转Uz=-2, Rz=0 deg；荷载随时间线性增加，初始增量步长0.05；

Step-2: 参考点指定位移和旋转 Uz=-2, Rz=90 deg；荷载随时间线性增加，初始增量步长0.05；

计算结果

面面接触（S2S）最后一步的等效应力云图：

考虑如下三种接触情况：

1）面-面接触，记作S2S；

2）面高斯点-面接触，记作G2S，考虑TwoPassContact；

3）点-面接触+面高斯点-面接触，记作N2S+G2S，其中N2S和G2S均考虑TwoPassContact；

分别绘制参考点z方向支反力（-Fz）随时间变化的曲线：

可以看到S2S得到一条非常光滑的曲线，说明了其分片测试的有效性。G2S在1.675时刻发散，G2S+N2S可以完成计算，但这两种情况得到的曲线上下波动比较严重，说明其无法通过此类分片测试。

本例由于旋转的发生，接触面积先逐渐减小然后在逐渐恢复，在旋转到45deg时面积最小，直接使用单边的N2S或G2S会在节点或积分点滑出主面时带来严重的不连续行为导致计算发散，采用双边接触（TwoPassContact），即设置一对接触主从，然后再设置一个新的接触并把主从互换，可以一定程度上增加收敛性，但由于其接触力是作用在节点/积分点上的，在滑出时仍然会导致总接触力的非平滑跳跃。

与N2S和G2S在点上施加接触约束不同，S2S算法是一种Mortar算法，它会精确的计算主从表面的重叠形状，并在重叠区对接触压力进行数值积分，可以较好的模拟本例的情况。

关于伏图

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。申请试用Simdroid：www.simapps.com/v2/tool/simdroid

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