접촉 유한요소의 구성과 그 특성

Abstract

대부분의 기계 구조물에 존재하는 접합부에서는 마찰과 높은 응력이 발생하여 피로 파손이나 표면 마멸의 원인이 된다. 따라서 접합부의 접촉 해석은 합리적인 구조물 설계를 하기 위해 반드시 선행되어야 한다. 그러나 접촉 응력의 불연속 거동과 접촉면의 비선형성 때문에 접촉특성을 정확하게 해석하기에 어려움이 많다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 접촉요소를 유한요소법으로 수식화 하고, 그 특성을 검토하여 접촉특성에 따른 합리적인 접촉요소를 제안하고자 한다. 연구 결과로 얻은 결론은 다음과 같다. 1)선형 상보성 이론을 적용한 접촉요소는 비교적 정확한 값을 제시하며 마찰력을 편리하게 고려할 수 있다. 그러나 접촉 초기 조건에 민감하게 반응하여 수렴이 되지 않는 경우도 발생한다. 2)계면요소와 벌칙함수를 이용한 접촉요소는 수렴성이 우수하고 계산과정이 간단하여 마찰이 없는 단순한 접촉 문제에 대해 적용이 가능하다.; Local stress concentrations occurring on the contact surface become a direct cause to the wear and failure of mechanical structures. So it is necessary to predict contact actions and stresses in order to design structure with contact surface effectively. But it is quite difficult to analyze exactly the contact stress on the joint, because of the behavior of discontinuous and nonlinearity of the contact surface. To overcome this problem, three contact elements are formulated using the finite element method and then their characteristics are definitely suggested by studying the analysis results of some typical contact problems. As a result of this study, following conclusions are obtained. 1) The contact elements, which are applied to linear complementary theory, ensure comparatively accurate results and are useful to consider frictional force. However, its convergence depends sensitively on the initial contact conditions. 2) The interface element and the contact elements using penalty method are able to deduce good results and have good convergence. So, it is possible to apply it to simple contact problem without friction.