Add the NAFEMS CGS-4 contact patch test

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NAFEMS CGS-4 接触パッチテストの入力データと参照結果を追加します。 frontistr_documents の単純形状モデルによる検証ページには本問題の結果が掲載されていますが、対応する入力データがFrontISTR本体に存在せず、結果を再現できない状態だったため。

変更内容

  • tests/analysis/interaction/cgs4/ にCGS-4モデルを追加
  • 摩擦あり有限すべり接触について、以下の2ケースを追加
    • cgs4_alag: Augmented Lagrange法
    • cgs4_slag: Standard Lagrange法
  • 各ケースの最終ステップの参照結果を追加
  • 接触面を非適合メッシュとし、摩擦係数を 0.3 に設定
  • SLAGRANGEでは摩擦力がCoulomb限界に到達するよう、接線方向ペナルティ剛性を明示

妥当性確認

傾斜角を tan(alpha) = 0.1、摩擦係数を mu = 0.3 とした場合、すべり限界の解析解は次式で求められます。

\frac{F}{G} = \frac{\tan\alpha + \mu}{1 - \mu\tan\alpha} = 0.412371

最終ステップの計算結果は以下のとおりです。

接触アルゴリズム 解析解 FrontISTR 相対差
ALAGRANGE 0.412371 0.412168 -0.05%
SLAGRANGE 0.412371 0.412171 -0.05%

回帰テストには１ケースのみ残していますが、手元の検証では摩擦係数 0.0 / 0.1 / 0.2 / 0.3 の4水準を両アルゴリズムで確認し、すべて解析解との差が 0.06% 以内となることを確認しました。

Edited by inagaki

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