Element Birth and Death for Contact Elements

اگر در حین تحلیل، موادی به سیستم افزوده شده یا از آن حذف شوند، المان‌های خاصی در مدل باید به وجود آیند و یا از بین بروند.

در چنین مواردی، گزینه تولد و مرگ المان (Element Birth and Death) به ترتیب برای فعال یا غیرفعال کردن المان‌ها استفاده می‌شود و از جمله کاربردهای آن می‌توان به مدل‌سازی فرآیند جوش‌کاری اشاره کرد. المان‌های جوش به تدریج در حین فرآیند جوش‌کاری به مدل اضافه می‌شوند. مرگ المان (Death) به این معنی نیست که المان از بین می‌رود بلکه نرم‌افزار سختی المان را تا نزدیکی صفر کاهش می‌دهد که در پاسخ مسئله تاثیرگذار نباشد. این ویژگی از ورژن ANSYS 19 در محیط Mechanical اضافه شده است.

در این مقاله قصد داریم با استفاده از یک مثال ساده، المان‌های ناحیه تماس (Contact) را با استفاده از Command APDL در طول حل مسئله از بین ببریم (Kill) و سپس تغییرشکل را بررسی کنیم. این مثال شامل دو حلقه نیم‌کروی است که مطابق شکل زیر در دو ناحیه با یکدیگر در تماس هستند. در یک ناحیه، تماس Bonded (جوش) و در ناحیه دیگر تماس Frictionless (بدون اصطکاک) ایجاد می‌کنیم وسپس حلقه‌ها را تحت بار فشاری قرار می‌دهیم.

مسئله در دو حالت مختلف حل می‌شود و تماس Bonded در هر دو حالت فعال است. تماس Frictionless در حالت اول فعال است و در حالت دوم حذف می‌شود. در حالت دوم ابتدا تماس‌ Frictionless را بین دو حلقه ایجاد می‌کنیم و سپس با نوشتن یک Command، المان‌های ناحیه تماس را حذف (Kill) می‌کنیم.

گام‌های حل مسئله عبارتند از:

بعد از ترسیم هندسه، وارد محیط مدل (Model) می‌شویم. مش مسئله بسیار ساده است، مش بندی باید با توجه به دقت مورد نیاز مسئله انجام شود.

برای مطالعه  بیشتر در این زمینه به مقاله ارزیابی کیفیت مش در Workbench  مراجعه کنید.

بررسی ناحیه تماس

در این مثال دو مدل تماس تعریف می‌کنیم.

1.  Bonded  (اجازه لغزش و جدایش ندارد)

2.  Frictionless (اجازه لغزش و جدایش دارد)

در حالت اول، بعد از مشخص کردن نواحی تماس،حلقه‌ها را تحت بار فشاری قراری می‌دهیم و مسئله را حل می‌کنیم.

در حالت دوم قصد داریم المان‌های ناحیه تماس Frictionless را از بین ببریم.

می‌توان با انتخابGeometry  یا تعریف Named Selection المان‌های یک ناحیه را Kill یا Alive کرد.

برای تولد و مرگ المان‌های ناحیه تماس می‌توان از قابلیت جدید ANSYS 19 استفاده کرد.

در این نسخه نرم‌افزار، گزینه Element Birth and Death در محیط Mechanical اضافه شده است.

یک راه دیگر برای اعمال تولد و مرگ المان‌ها، استفاده از Command APDL است.

با کمک یک Command APDLالمان‌های سطح Contact و Target را مانند دستور زیر نام‌گذاری می‌کنیم:

بعد از اعمال شرایط مرزی و بارگذاری:

1. در قسمت Static Structural، یک Command APDL ایجاد می‌کنیم
2. المان‌های سطح My contact و My target را با دستور ekill حذف و مسئله را حل می‌کنیم.

نتایج:

طبق نتایج بدست آمده، در حالت دوم که المان‌های تماس Frictionless حذف می‌شوند، دو حلقه در محل تماس در هم نفوذ می‌کنند.