Penalty-Faktor
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engl: penalty factor Kategorie: Level 3 Theorie Mechanik
Im Allgemeinen tritt der Begriff bei wikipedia:Penalty-Methode im Bereich von Optimierungs-Algorithmen auf.
Simulation
Im Bereich der FEM-Simulation der Strukturmechanik ist der Penalty-Faktor eine Methode zur Berücksichtigung von Kontaktbedingungen zwischen Teilen des Modells (siehe auch Kontakt und Kontakt: Grundlagen). Dabei wird bei Berührung am Kontakt eine Element-Steifigkeitsmatrix erstellt und damit ein Beitrag in der Gesamt-Steifigkeitsmatrix eingefügt. Der geschlossene Kontakt wird damit wie ein Feder-Element zwischen den Teilen des Modells simuliert.
Damit ist es unumgänglich, eine geringe Eindringung in Kauf zu nehmen, also
- also eine geringe Eindringung in Normalrichtung, also beim Druckrichtung der Oberflächen aufeinander, und
- eine geringe Verschiebung in der Richtung parallel zu den Oberflächen, also in Schubrichtung).
Mit dieser Methode kann kein "perfekter", unendlich steifer Kontakt simuliert werden.
Ein Nachteil des Penalty-Faktors besteht darin, dass eine Neubildung der Gesamt-Steifigkeitsmatrix erforderlich ist und somit Rechenzeit für deren Invertierung erforderlich ist. Ein Vorteil besteht darin, dass weniger Gleichgewichtsiterationen und eine schnelle Konvergenz zu erwarten sind.
Sonstige Begriffe
Eine Alternative zum Penalty-Faktor ist die Verwendung von Lagrange-Multiplikatoren oder die Augmented-Lagrange-Methode.