Force: FlexModal

Model ElementForce_FlexModalは、弾性体上の分布力を定義します。

説明

分布荷重には次の2つの成分があります：

剛体成分。これが作用する弾性体を加速させる傾向があります。
モード成分。これが作用する弾性体を変形させる傾向があります。

フォーマット

<Force_FlexModal
       Id                                   = "integer"
       flex_body_id                         = "integer"
       {
               case_idx | case_id           = "integer"
               scale_expr                   = "string"
               [
                       usrsub_dll_name      = "string"
                       usrsub_fnc_name      = "string”
                       usrsub_param_string  = "User(par_1, ... par_N)"
                       |
                       Interpreter          = { "PYTHON" | "MATLAB" }
                       script_name          = "string"
                       usrsub_fnc_name      = "string"
                       usrsub_param_string  = "User(par_1, ... par_N)"
               ]
               [
                       force_sub            = "TRUE" | "FALSE"
               ]
       }
/>

属性

id: Force_FlexModal要素の要素識別番号を指定します。この番号は、すべてのForce_FlexModal要素の中で一意である必要があります。このパラメータは必須です。; 範囲：整数 > 0
flex_body_id: この力が作用する弾性体のIDを指定します。このパラメータは必須です。; 範囲：整数 > 0
case_idx: 分布荷重の形状を定義するために使用されるモード荷重ケース番号を指定します。荷重ケースは、Reference_FlexDataモデリング要素内のXML入力デックに格納されます。Reference_FlexData内の別個のModeLoadブロックに、すべての荷重ケースが含まれています。; 範囲：整数 >= 0
case_id: 分布荷重の形状を定義するために使用されるモード荷重ケースIDを指定します。荷重ケースは、Reference_FlexDataモデリング要素内のXML入力デックに格納されます。Reference_FlexData内の別個のModeLoadブロックに、すべての荷重ケースが含まれています。IDとインデックスの違いは、インデックスは連続している必要がありますが、IDはその必要がないことです。; 範囲：整数 > 0
scale_expr: スカラー量に評価される式を指定します。荷重ケースがこの式の実行時の値で乗算されることで、弾性体に作用する分布荷重が生成されます。scale_exprには、定数、時間の関数、または状態の関数を指定できます。これは連続している必要があります。
usrsub_param_string: このキーワードは、データファイルからユーザー作成サブルーチンに渡されるパラメータのリストを定義します。このキーワードは、ユーザー作成サブルーチンを定義する場合にのみ使用します。
usrsub_fnc_name: このキーワードは、分布力の定義を含む関数の名前を指定します。この関数は､Fortran、C、C++、またはPythonで記述できます。
usrsub_dll_name: ユーザーサブルーチンを含むDLLまたは共有ライブラリのパスと名前を指定します。MotionSolveはこの情報を使用して、実行時にDLL内のユーザーサブルーチンを読み込みます。
force_sub: ユーザーサブルーチンが、実際の力を返すべきか（TRUE）、それともスケーリングされる形状を返すべきか（FALSE）を指定するブール値です。; 範囲："TRUE"または"FALSE"
interpreter: ユーザースクリプトが記述されたインタープリタ型言語を指定します。; 範囲："Matlab"または"Python"
script_name: usrsub_fnc_nameで指定されたルーチンを含むユーザー作成スクリプトのパスと名前を指定します。

例

ここでは、長方形プレートに作用する分布荷重を例として使用し、図 5で示しているプロセスの実装方法を説明します。図 1 は、解析対象システムの概略図です。

このプレートと分布荷重に対応するFE入力ファイルを図 2に示します。

5つの取り付け節点、4つのコーナー節点（1、11、111、121）、および1つの中心節点（61）が定義されています。
```
ASET1     123        111     121       1      11
ASET1     123456      61
```

次のようにポイント荷重がすべての節点に適用されます。

コーナー節点上の負のZ軸に沿って、253.36Nの力が適用されます。
プレートのエッジ上の節点に沿った負のZ軸に沿って、506.72Nの力が適用されます。

すべての内部節点に対して、1013.4Nの力が適用されます。

FORCE          7      56       01.0     0.0     0.0     -506.72 
FORCE          7      67       01.0     0.0     0.0     -506.72 
FORCE          7      78       01.0     0.0     0.0     -506.72 
FORCE          7      89       01.0     0.0     0.0     -506.72 
FORCE          7     100       01.0     0.0     0.0     -506.72 
FORCE          7      11       01.0     0.0     0.0     -253.36 
FORCE          7       1       01.0     0.0     0.0     -253.36 
FORCE          7     121       01.0     0.0     0.0     -253.36 
FORCE          7     111       01.0     0.0     0.0     -253.36

CMSMETHカードでCraig-BamptonのCMSオプションが選択され、力がLOADSETとして適用されます。
```
CMSMETH 8       CB              29           
LOADSET BOTH    7   
```
このケースで計算されるモードの総数は48になります。定義された2セットのASET1カードに対応する4*3 + 1*6個の静的モードが存在します。LOADSETに対応する1つの追加の静的モードと、CMSMETHカード内で要求された29個の動的モードがあります。

モード数= 4*3 + 1*6 + 1 + 29 = 48
CMSMETHカードのLOADSET部分で定義された荷重がモード空間に投影され、MBDソルバーで使用されるFlex H3Dファイルにモード荷重情報が書き込まれます。

OptiStructは解析を実行して、モード弾性体を定義するFlex H3Dファイルを生成します。Flex H3Dファイルには、標準のCMSデータに加えて、現在モード領域内で定義されている分布荷重も含まれています。MotionSolveはFlex H3Dファイルを読み取り、Reference_FlexDataブロックのModeLoadセクションにモード荷重定義を配置します。これを図 2に示します。

MotionSolve XML入力ファイルのReference_FlexDataブロック内のModeLoadセクションでは、使用できるさまざまな荷重ケースが指定されています。プレートモデルには3つの荷重ケースがあります。各荷重ケースには、IDまたはインデックスが割り当てられています。

ModeLoadデータがAdams MNFから取得された場合は、荷重ケースのインデックスを使用できます。
このデータがFlex H3Dファイルから取得された場合は、荷重ケースのIDを使用できます。この例では、荷重ケースはOptiStructから取得されたため、荷重ケースのIDを使用できます。

荷重ケースは荷重形状を表します。プレートにかかる実際の荷重を取得するには、これをスケールファクターによってスケーリングする必要があります。各荷重ケースは6+N個の数字からなります。

先頭の6個の数字（黄赤色でハイライト表示）は剛体の荷重です。プレートモデルでは、FZ、TX、TYはゼロでない値です。
続くN個の数字は、各モードの運動方程式に対する寄与度です。プレートは42個のモードによって表されていたため、この例ではN=42です。

図 3 は、プレートの中心に配置されている節点61のz方向の変位を示しています。一定の荷重がプレートに作用しており、減衰が含まれているため、どの節点の振動も最終的には消失することが予想されます。これは表示されているとおりです。

図 3. 基準結果と比較した節点61のZ方向の変位と速度

図 4 は、T=0.45sにおけるプレートの変形コンターを示しています。

Force_FlexModalを使用すると、弾性体に分布荷重を適用できます。この分布荷重となり得るのは、空力荷重、液体圧、熱荷重、電磁力、または弾性体全体に広がる任意の力生成メカニズムです（不均一な減衰や粘弾性など）。この要素を使用して、2つのボディ間の接触力をモデル化することもできます。最後のシナリオでは、Force_FlexModalは、接触に関わっている弾性体の1つに作用している分布力を表します。
力はモード領域内で定義されます。力を定義し、その影響を計算するには、この方法が効率的です。ただしこの場合は、有限要素パッケージ内で、分布荷重が物理領域（力が初期定義された場所）から実行されるモード領域に変換される必要があります。
弾性体の作成を担う有限要素パッケージは、区分モード合成として知られるプロセスを通じてモード形状を生成します。このパッケージは弾性体のモードについてわかっているため、NODAL荷重記述をMODAL荷重記述に変換できます。

HyperWorksで分布力を作成するプロセスを図 5に示します。

図 5. HyperWorksで分布荷重を作成し、解析するプロセス
弾性体のモード形状としてを定義し、弾性体に作用する節点荷重としてを定義した場合、弾性体上の等価モード荷重は次のように定義されます：
には、弾性体を記述するモード一式の一部しか含まれていないため、で表される量は、節点からモードへの変換時に失われます。CMS手法が正しく使用された場合、残差は少量です。
節点からモードベースへの変換を行っても、弾性体に作用する合成力は失われません。この合成力は、通常剛体のモーションを弾性体に与えます。
ユーザーサブルーチンによって返される荷重ケースまたは荷重ベクトルの最初の6つの成分には、この剛性力が含まれています。これらは次のように定義されます：
- 1 = 弾性体のLPRFマーカーのX軸に沿って作用する力
- 2 = 弾性体のLPRFマーカーのY軸に沿って作用する力
- 3 = 弾性体のLPRFマーカーのZ軸に沿って作用する力
- 4 = 弾性体のLPRFマーカーのX軸周りに作用するトルク
- 5 = 弾性体のLPRFマーカーのY軸周りに作用するトルク
- 6 = 弾性体のLPRFマーカーのZ軸周りに作用するトルク
分布力が熱荷重やモード減衰力などの内部荷重を表している場合、荷重ケースの最初の6つの成分（剛体成分）はゼロです。
Force_FlexModalは非常に多くの用途に適用できます。これは、分布荷重を定義するための多くのオプションを提供します。これらについて以下に説明します。
- オプション1：時間または状態に依存する式で定義されたスケールファクター
  この方法は、モード荷重形状がマルチボディモデルで使用できる値としてパラメータ化されている場合に使用できます。このシナリオでは、指定する必要があるのは、モード力が作用する弾性体、使用する荷重ケース、およびスケールファクターを定義する式だけです。次の例は、このオプションを示しています。
```
<Force_FlexModal
     id           = "101" 
     flex_body_id = "34" 
     case_idx     = "4"
     scale_expr   = "Pi*Pitch(1015)*Vx(1015)*Vx(1015)"
/> 
```
- オプション2：ユーザーサブルーチンで定義されたスケールファクター
  この方法は、スケールファクターがオプション1のようにシンプルな式ではない場合に使用されます。このケースでは、スケールファクターを決定するための複雑な計算を、PythonスクリプトやコンパイルされたFortran/C関数に埋め込むことができます。次の例は、PythonスクリプトでForce_FlexModalを指定する方法を示しています。
```
<Force_FlexModal
     id                    = "101"
     flex_body_id          = "34"
     usrsub_param_string   = "User(1015)"
     interpreter           = "Python"
     usrsub_fnc_name       = "Lift_and_Drag"
     script_name           = "/Users/MotionSolve/Example/lift.py"     
     force_sub             = "FALSE"
/> 
```
  ユーザーサブルーチンは次の2つの値を返します：
  - 荷重ケースのインデックス
  - スケールファクター
    MotionSolveは上記の情報を使用して、分布荷重を弾性体に適用します。SYSFNCとSYSARYを使用して、システムの瞬間的な状態にアクセスし、これを使用してスケールファクターを定義できます。
- オプション3：ユーザーサブルーチンでの分布荷重の形状とスケールの定義
  この方法は、荷重形状がFlex H3Dファイルに含まれていない場合に使用されます。これにはさまざまな理由が考えられますが、理由の1つとしては、お使いの有限要素ソルバーがFlex H3Dファイルの生成方法を知らないことが挙げられます。分布荷重は次の式によって計算されます：
  - 。ここで、qはシステム状態、xは分布荷重が作用する空間領域、tは独立変数である時間です。
    ユーザーサブルーチンは次の2つの値を返します：
  - スケールファクター、Scale(q,t)。SYSFNCとSYSARYを使用して、システムの瞬間的な状態にアクセスし、これを使用してスケールファクターを定義できます。
  - 荷重形状、Shape(x,t)。これは、システム状態の関数にはできません。これは、空間領域と時間のみの関数である必要があります。
    MotionSolveは上記の情報を使用して、分布荷重を弾性体に適用します。次の例は、ユーザーサブルーチンがFortran、C、C++のようなコンパイルされた言語で記述されている場合に、Force_FlexModalを指定する方法を示しています。
```
<Force_FlexModal
     id                    = "101"
     flex_body_id          = "34"
     usrsub_param_string   = "User(1015)"
     usrsub_fnc_name       = "Lift_and_Drag"
     usrsub_dll_name       = "/Users/MotionSolve/Example/lift.so"     
     force_sub             = "FALSE"
/>
```
    MotionSolveは上記の情報を使用して、分布荷重を弾性体に適用します。次の例は、ユーザーサブルーチンがPythonで記述されている場合に、Force_FlexModalを指定する方法を示しています。
```
<Force_FlexModal
     id                    = "101"
     flex_body_id          = "34"
     usrsub_param_string   = "User(1015)"
     interpreter           = "Python"
     usrsub_fnc_name       = "Lift_and_Drag"
     script_name           = "/Users/MotionSolve/Example/lift.py"     
     force_sub             = "FALSE"
/>
```
- 結果はH3Dファイルに書き込まれ、HyperViewで可視化できます。

Force: FlexModal

説明

フォーマット

属性

例

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