Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

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Efficient Finite Element Analyses of Contact Problems by Domain/Boundary Decomposition Method

영역/경계 분할법을 이용한 저복 문제의 효율적인 유한요소 해석

  • 류한열 (전북대학교 대학원) ;
  • 신의섭 (전북대학교 기계항공시스템공학부)
  • Published : 2007.05.31
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Abstract

new domain/boundary decomposition method is suggested to perform efficient finite element analyses of contact problems. A penalty method is used for connecting an interface or contact interfaces with neighboring subdomains that satisfy continuity conditions. As a result, the derived effective stiffness matrices are always positive definite, and computational efficiency can be improved to a considerable degree. Moreover, any complex-shaped domain can be divided into independently modeled subdomains without considering the conformity of meshes along the interface. Using a computer code based on the present method, these advantageous features are confirmed through a set of numerical examples.

접촉 문제의 효율적인 유한요소 해석을 위하여 부영역, 공유면 및 접촉 공유면의 개념에 근거한 영역/경계 분할법을 제시하였다. 부영역과 공유면 또는 접촉 공유면을 결합하기 위한 등식 적합 조건을 벌칙 함수로 처리함으로써 모든 유효 강성 행렬이 양 정치화되므로, 역행렬과 같은 각종 행렬의 연산이 매우 간편해진다. 또한 전체 영역 형상이 복잡하더라도, 임의의 부영역으로 분할한 후 공유면에서의 절점 연속성을 고려하지 않고 각각의 부영역을 독립적으로 이산화할 수 있다. 간단한 수치 예제 해석을 통하여 본 기법의 기본적인 특성을 고찰하였다.

Keywords

References

  1. Zhong, Z. H. and Mackerle, J., 'Contact-Impact Problems: A Review with Bibliography', Applied Mech. Review, Vol. 47, 1994, pp. 55-76 https://doi.org/10.1115/1.3111071
  2. Oden, J. T. and Kikuchi, N., 'Finite Element Methods for Constrained Problems in Elasticity', Int. J. Numer. Meth. Eng., Vol. 48, 1982, pp. 701-725
  3. Kim, S. J. and Kim, J. H., 'Finite Element Analysis of Laminated Composites with Contact Constraint by Extended Interior Penalty Methods', Int. J. Numer. Meth. Eng., Vol. 36, 1993, pp. 3421-3439 https://doi.org/10.1002/nme.1620362003
  4. Ransom, J. B., McCleary, S. L., Aminpour, M. A., 'A New Interface Element for Connecting Independently Modeled Substructures', AIAA Paper, 1993, No. 93-1503
  5. Aminpour, M. A., Ransom, J. B., and McCleary, S. L., 'A Coupled Analysis Method for Structures with Independently Modelled Finite Element Subdomains', Int. J. Numer. Meth. Eng., Vol. 38, 1995, pp. 3695-3718 https://doi.org/10.1002/nme.1620382109
  6. Dureisseix, D. and Farhat, C., 'A Numerically Scalable Domain Decomposition Method for the Solution of Frictionless Contact Problems', Int. J. Numer. Meth. Eng., Vol. 50, 2001, pp. 2643-2666 https://doi.org/10.1002/nme.140
  7. Pantano, A. and Averill, R. C., 'A Penalty- Based Finite Element Interface Technology', Compu. & Struct., Vol. 80, 2002, pp. 1725-1748 https://doi.org/10.1016/S0045-7949(02)00056-1
  8. Cho, M. H. and Kim, W. B., 'A Coupled Finite Element Analysis of Independently Modelled Substructures by Penalty Method', KSME Int. J., Vol. 16, 2002, pp. 1201-1210 https://doi.org/10.1007/BF02983826
  9. Bourel, B., Combescure, A., Valentin, L. D., 'Handling Contact in Multi-Domain Simulation of Automobile Crashes', Finite Element in Analysis and Design, Vol. 42, 2006, pp. 766-779 https://doi.org/10.1016/j.finel.2006.01.003
  10. Shin, E. S. and Kim, S. J., 'Finite Element Analysis of Pin-load Composite Laminates by Connecting Independently Modeled Subdomains', Composites B: Eng., Vol. 31, 2000, pp. 47-56 https://doi.org/10.1016/S1359-8368(99)00056-6
  11. 신의섭 '유한요소 부영역의 결합을 통한 복합재료 구조물의 동적 접촉 해석', 한국항공우주학회지, 제31권, 제5호, 2003, pp. 55-62
  12. 류한열, '효율적인 접촉 해석을 위한 유한 요소 영역/경계 분할법의 제안', 전북대학교 석사학위 논문, 2007