Lineare Verbindungen sind ideal steife Kopplungen. Sie kann man sich als Klebeflächen von nicht-verformbaren Elementen vorstellen.

In der Realität verhält sich nichts ideal steif. Daher sind hier Fehler vorprogrammiert. Sind die Stellen mit diesen Kontakten nicht interessant, so können diese Elemente eingesetzt werden. Sie benötigen keine Rechenzeit und werden behandelt als starre Kopplung von Bauteilen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften (Querkontraktion, E-Modul).

Interessiert dagegen die Stelle der Verbindung, so sollte auf starre Verbindungen verzichtet werden.

Kontakte stellen ein wichtiges Bindeglied zwischen Bauteilen in Baugruppen her. Möchte man ein bestimmtes Bauteil im Verbund in seiner Baugruppe berechnen und dabei keinerlei Fehler (grobe Vereinfachungen, die unrealistische Singularitäten erzeugen) bei der Einspannung und Ablagerung hinnehmen, so kann dies nur über Kontakte gelöst werden.

Im Prinzip verfolgt man dabei folgendes Vorgehen. Eine Baugruppe wird irgendwo mit vereinfachten Einspannungen zum raumfesten Koordinatensystem eingebaut. Nur an diesen Stellen sind Fehler im FE-Modell zulässig. Dabei achtet man darauf, dass die Bauteile mit diesen Einspannfehlern nicht bei der Berechnung interessieren. Diese dienen sozusagen nur dazu, die berechnungsmäßig interessierenden Bauteile realistisch einzuspannen - eben über Kontakte.

Kontakte sind nicht-linear, sie können abheben und sie können wahlweise sogar mit einem Reibwert in Flächenrichtung versehen werden. Technisch gehen alle FE-Programme so vor, dass sie kleine Durchdringungen erkennen und sofort Gegenkräfte aufbauen, bis sich ein stabiles Gleichgewicht bildet. Die Geometrie des Kontakts kann dabei beliebig komplex sein ... beispielsweise die Verzahnung einer Getriebestufe.

Leichte Feder als 0D-Gitter verhindert Starrkörperbewegung

(FEM-Datei als dargestellte Datei)

Bestimmte Freiheitsgrade möchte man prinzipiell unterbinden, allerdings soll eine gewisse Bewegung zugelassen werden. Würde er direkt unterbunden, könnten ungewollte Spannungsspitzen entstehen.

Solche Fälle lassen sich in der FEM sehr gut mit leichten Federn lösen. Eine Kante, Punkt oder Fläche bekommt eine Kopplung mit dem raumfesten Koordinatensystem mit federnden Eigenschaften. Dadurch ist eine Bewegung grundsätzlich möglich, im Betrag aber begrenzt. Eine Begrenzung wird benötigt, da der FE-Solver sonst eine Starrkörperbewegung feststellt und damit abbricht.

Fläche-zu-Fläche-Kontakt

Automatische Kontaktfindung

Wir möchten in einer Baugruppe alle möglichen Kontakte so schnell wie möglich und vollständig ermitteln. Anstelle der manuellen Kontaktflächenzuordnung kann man auch die automatische Kontaktfindung verwenden.

In diesem Beispiel möchten wir alle Kontakte eines Gleichlaufgelenks ermitteln. Dieses besteht aus 6 Kugeln, einem Käfig, einem inneren Topf und dem äußeren Topf der gleichzeitig der Flansch ist.

Wir wählen bei Typ die „automatische Kontaktfindung“ aus, anschließend klicken wir auf den kleinen Knopf bei Flächenpaare.

In diesem Fenster sollten alle Flächen von jedem Körper mit möglichen Kontakten angewählt werden. Es kann ein maximaler Suchabstand definiert werden, den potentielle Kontaktflächen haben können. Wenn beispielsweise 0,2 mm Suchabstand eingegeben wird, dann werden Flächen mit einem Abstand von 0,2 mm noch mit als Kontakt erkannt, Flächen die 0,3 mm oder mehr Abstand zueinander haben werden nicht gefunden. Diese Flächen ohne Kontakt können sich bei der späteren FE-Simulation durchdringen ohne dass es auffällt. Kommen gefundene Kontaktflächen nicht zu Anliegen so werden diese Kontakte im Laufe der Simulation abgeschaltet. Also im Zweifel lieber zu viele Kontaktflächen finden lassen als zu wenig.

Der Unterschied zur manuellen Kontaktfindung ist dass die korrekten Kontaktpaarungen automatisch auf einen Schlag erzeugt werden können. Muss man bei manueller Kontaktdefinition diese immer nacheinander erstellen.