自己接触（セルフコンタクト）
自己接触（セルフコンタクト）の理論基礎
自己接触とは
先生、自己接触って構造が「自分自身」に接触する問題ですか？
そう。大変形で構造の一部が別の部分に接触する問題。ゴムのOリング圧縮、板金の折り曲げ、タイヤの変形、風船の膨張等。
通常の接触は「2つの別々のボディ」だが、自己接触は「同じボディの異なる面」が接触する。接触検出が複雑。
FEMでの設定
まとめ
要点：
- 構造が自分自身に接触 — 大変形で発生
- 接触検出が複雑 — 同じボディ内で面の距離を監視
- General Contact（自動接触）が便利 — 自己接触も自動検出
自己接触の数学的定義
自己接触（self-contact）は、単一の物体の異なる部位が互いに接触する現象で、変形の自由度が通常の接触問題よりも高く、事前に接触ペアを特定できないという特殊性を持つ。数学的には、初期構成Ω上の写像φが単射でなくなる条件として定式化され、1987年にCiarlet & Nečasが「自己交差のない変形」の存在定理をSobolev空間で証明した。
自己接触（セルフコンタクト）の数値計算手法
自己接触の実装
```
*CONTACT, TYPE=GENERAL CONTACT
*CONTACT INCLUSIONS, ALL EXTERIOR
```
General Contact + ALL EXTERIORで全外表面の自己接触を自動検出。
```
*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE
1 $ パーツセットID
```
まとめ
バケツソートによる高速探索
自己接触検出でネックになるのはO(N²)の総当たりペア探索だ。LS-DYNA Version 930（1993年頃）が実装したbucket sort（空間ハッシュ）法では、計算領域をセルに分割し、同一セルまたは隣接セル内の節点のみをペア候補とすることでO(N logN)に計算量を削減した。現代でもGPU並列化と組み合わせたアダプティブバケットサイズが主流アルゴリズムの骨格となっている。
自己接触（セルフコンタクト）の実務適用
自己接触の実務
実務チェックリスト
自動車ドアクラッシュ解析
1990年代後半のFord Exploreのドアクラッシュ試験再現解析では、内張りパネルが折り畳まれる際に自己接触が発生し、これを考慮しない解析では侵入量が実測の2倍以上になっていた。LS-DYNAのSINGLE_SURFACE接触を適用したモデルでは侵入量誤差が±8%以内に収まり、ドアビーム形状の最適化が実験なしで可能になったとSAE Paper 1999-01-3155で報告されている。
自己接触（セルフコンタクト）のソフトウェア比較
自己接触のツール
選定ガイド
LS-DYNA自己接触の進化
LS-DYNA3Dの自己接触機能はJohn Hallquistが1987年にLLNL内部レポートで初めて公開した。当初はSINGLE_SURFACE接触と呼ばれ、薄板構造の折り畳みに特化していた。バージョン940（1994年）でsegment-based self-contactが追加され、厚肉物体の圧縮にも対応。現行R14版ではMPPP（Massively Parallel Processing）向けの非同期バケット再構築が実装され、10億要素規模の自己接触解析が現実的になっている。
自己接触（セルフコンタクト）の先端研究
自己接触の先端
生体組織自己接触の研究
2015年以降、脳外科手術シミュレーションや腸管折り畳みモデルへの自己接触適用が活発化している。Johns Hopkins大学の2020年研究では、軟組織の超弾性構成則とLS-DYNAの自己接触を組み合わせた腸閉塞シミュレーションにより、閉塞部位の予測精度が外科医の触診診断と90%一致する結果が得られた。形状の複雑さから、KD-treeベースの近接検索と再メッシュを組み合わせた手法が採用されている。
自己接触（セルフコンタクト）のトラブル対応
自己接触のトラブル
初期貫通による発散
自己接触解析での最頻出問題が「初期貫通（initial penetration）」だ。STLや外部CADデータから作成したメッシュでは、曲率の高い部位で接触サーフェスが数値的に重なることがある。この状態でステップ1から解析するとペナルティ力が無限大に発散する。対策はソフトウェアのgeometry check機能で初期浸透量を0.1mm以下に抑えるか、stress-free initial state（SFIS）オプションで初期浸透を吸収させることだ。
関連トピック
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