接触解析の収束失敗 — トラブルシューティング

.staファイル（Abaqus）や.f06ファイル（Nastran）の収束履歴を確認する:

• 残差ノルムが反復ごとに減少しているか → 減少していなければ接触状態が安定していない
• Severe Discontinuitiesの数 → 5以上なら接触定義の見直しが必要
• 最大残差の発生位置 → 問題のある接触ペアを特定

以下を順番に確認:

1. Master/Slave面の割り当ては適切か

2. 初期貫通がないか

3. 接触面のメッシュサイズは揃っているか

4. 摩擦モデルは適切か（Coulomb摩擦の場合、μが大きすぎると不安定に）

5. 接触検出アルゴリズム（node-to-surface vs surface-to-surface）は適切か

μ > 0.5 程度になると、接触のstick-slip遷移が急激になり収束が悪化する。Abaqusでは*FRICTION, SLIP TOLERANCE=0.005でslip toleranceを調整できる。

大きな荷重を一度に加えると収束しにくい。以下の工夫:

• 荷重を複数ステップに分割（接触確立→荷重負荷→追加条件）
• 初期ステップでは接触のみ確立（小さな法線方向変位）
• 摩擦はステップ2以降で有効化（step 1はfrictionless）

• 最大反復回数を増やす（Abaqus: *STEPのNLGEOM設定、Ansys: NEQIT）
• Line Searchを有効化
• 接触ペナルティ剛性を下げる（FKN=0.01〜0.1）
• 接触安定化を導入（STABILIZE）
• 準Newton法（Quasi-Newton/BFGS）をフルNewton法に切り替える

接触問題ではフルNewton法の方が安定することが多い。準Newton法は剛性マトリクスの近似更新を使うが、接触状態が急変する場合は近似が不正確になる。計算コストは増えるが、結果的に反復回数が減って効率的な場合もある。