MV-1012：MotionViewとMotionSolveを用いた解析的接触のシミュレーション

このステップでは、MotionViewでボールベアリングモデルを読み込みます。

玉軸受は、内輪と外輪の間に位置する玉で構成される軸受の１つのタイプです。玉は内輪と外輪の両方と接触しています。玉の目的は主に、摩擦によるロスを最小限にしながら、２つの軌道輪の間の放射状荷重を支持することにあります。玉は２つの軌道輪の間で回転するため、互いにスライディングする２つのサーフェスと比較すると、摩擦が大幅に小さくなります。

図 1. 玉が６個の典型的な玉軸受の形状。切断面は、玉が内輪と外輪に接触している様子を示している。

玉以外のすべてのサーフェスについて、形状はメッシュ化されており、６個の玉のみが、プリミティブ球体として定義されています。

1. mbd_modeling\contactsフォルダーにあるファイル Ball_Bearing.mdlおよびbearing_graphic.h3dを、自身の<作業ディレクトリ>にコピーします。
2. 新しいMotionViewセッションを開始します。
3. Ball_Bearing.mdlモデルを<作業ディレクトリ>から開きます。

   
   
   図 2. 玉軸受機構のMotionViewモデル

   図 2 は、MotionViewでセットアップされている状態のモデルを示しています。このモデルは、続いてユーザーが設定するいくつかを除き、必要な接触をすべて有しています。 表 2 は、本モデル内に存在するコンポーネントを説明しています：

   表 2.

   成分名	コンポーネントの種類	詳細
   Ground Body	剛体	グラウンドボディ
   Outer Race	剛体	外輪ボディ
   Inner Race	剛体	内輪ボディ
   Ball 1, , Ball 6	剛体	玉のボディ
   Rim	剛体	玉を所定位置に保持するリムのボディ
   Ball1_inter、…、Ball5_inter	3D剛体接触	玉とリムの間の接触力要素
   Ball1_upper、… Ball5_upper	3D剛体接触	玉と外輪の間の接触力要素
   Ball1_inter、…、Ball5_inter	3D剛体接触	玉と内輪の間の接触力要素
   Solver Units	Data Set	このモデルのためのソルバーの単位。ニュートン、ミリメーター、キログラム、秒にセットされている
   Gravity	Data Set	本モデルに指定されている重力。重力はアクティブにされており、負のZ方向にかかる
   Outer Race Graphic	グラフィック	外輪のボディを表すグラフィック。これは、メッシュ化されたグラフィックです
   Inner Race Graphic	グラフィック	内輪のボディを表すグラフィック。これは、メッシュ化されたグラフィックです
   Rim Graphic	グラフィック	リムのボディを現すグラフィック。これは、メッシュ化されたグラフィックです
   Ball1 - primitive、… Ball6 - Primitive	グラフィック	玉のボディを表すグラフィック。これらは、プリミティブ形状です
   Inner RaceRev	回転ジョイント	内輪とグラウンドボディの間に定義される回転ジョイント
   Outer Race Fixed	固定ジョイント	外輪とグラウンドボディの間に定義される固定ジョイント
   Input Motion to Inner Race	Motion	この機構を作動させる内輪回転ジョイント上に定義される強制運動

このステップでは、Ball 6とOuter Raceの間、Ball 6とRimの間、Ball 6とInner Raceの間の接触を定義します。

1. 新しい接触エンティティを追加するために、Force EntityツールバーからContactボタンを右クリックします。

   
   
   図 3.

   Add Contactダイアログが表示されます。
2. ダイアログで、LabelをBall6_inter、Variableをcon_ball6_interと指定します。
3. ドロップダウンメニューで3D Rigid To Rigid Contactが選択されていることを確認し、OKをクリックします。

   
   
   図 4.

   これで、Contactパネルが表示されます。
4. Connectivityタブで、I BodyをBall 6、J BodyをRimとします。
   これで自動的に、それらのボディに付加されているグラフィックが選択されます。

   
   
   図 5.

5. 形状が接触について正しく定義されているためには、サーフェスメッシュの法線が接触の方向に沿っており、形状内に開いたエッジやT接合が含まれないことが必要です。法線が正しい方向を向いていることを確実にするには、 Highlight contact sideボックスをアクティブにします。
   これにより、サーフェス法線の方向に従って、この接触力について指定されている形状が色づけされます。両方の形状が完全に赤色であること、すなわち、両形状に青色のパッチが存在しないことを確実にしてください。

   注: これをはっきり確認するには、Outer Raceのグラフィックを非アクティブにする必要があるかもしれません。

   
   
   図 6. 正しくないサーフェス法線のチェック

   
   
   図 7.

6. オープンエッジまたはT接合をチェックするには、Highlight mesh errorsオプションがアクティブになっているかどうかを確認します。
   1. オプションがアクティブである場合、Highlight mesh errorsボックスをアクティブにします。
      これにより、形状内のオープンエッジまたはT接合がハイライト表示されます。この接触エンティティ内の関連するグラフィックには、メッシュのエラーはありません。したがって、Highlight mesh errorsは薄い灰色で表示（グレイアウト）されています。
7. 接触のプロパティを指定します。
   1. Propertiesタブをクリックします。
   2. Normal ForceおよびFriction Forceのプロパティタブで、図 8のプロパティを指定します。

      
      
      図 8.

8. ステップ1から3までを繰り返し、Ball 6ボディとOuter Raceの間、Ball 6ボディとInner Raceの間の接触を作成します。これらの設定には表 3の詳細を使用します。

   表 3.

   ラベル	Ball6_outer	Ball6_inner
   Varname	con_ball6_outer	con_ball6_inner
   I Body graphic	Ball 6 – Primitive	Ball 6 – Primitive
   J Body graphic	Outer Race Graphic	Inner Race Graphic
   Normal Force Model	Impact	Impact
   Stiffness	1000.0	1000.0
   Exponent	2.1	2.1
   Damping	0.1	0.1
   Penetration Depth	0.1	0.1
   Friction Force Model	Static and Dynamic	Static and Dynamic
   Mu Static	0.4	0.5
   Mu Dynamic	0.2	0.3
   静摩擦遷移速度	1.0	1.0
   Friction transition velocity	1.5	1.5

9. モデルを保存します。

このステップでは、このモデルについて過渡解析のセットアップを行う方法について学習します。

1. 過渡解析をセットアップするには、ツールバー（Run）ボタンでをクリックします。
2. Runパネルから、Simulation type をTransientに、end timeを2.0秒に変更します。
3. Simulation Settingsボタンをクリックし、Transientタブに進みます。
   1. Maximum step sizeを1e-5に設定し、1eをクリックします。

      
      
      図 9.

      デフォルトよりも小さいステップサイズを指定すると、より精確な結果が得られやすくなります。
4. XMLモデルに名称を指定し、Runボタンをクリックします。

   
   
   図 10.

   ポップアップするHyperWorks Solver Viewウィンドウに、この接触計算には半解析的接触法が使用されることを確認するソルバーからのメッセージが表示されます。

   
   
   図 11.

   注: ここでお気づきのとおり、使用される接触力の手法を明示的に指定する必要はありません。接触しているボディの一方または両方がプリミティブ球体であるか否かをMotionSolveは自動的に検知し、それに従って、使用される接触力の手法を変更します。

このセクションでは、シミュレーションの完了後にMotionViewが生成するレポートを閲覧、分析します。

シミュレーションが完了したら、MotionSolveは、最大貫通深さおよび最大接触力で順位付けされた上位5つの接触ペアをリストしたサマリーテーブルを画面上および生成されるログファイル内に出力します。これは、モデルが希望するとおりの挙動を示しているかどうかを、結果（ABF、MRF、PLTまたはH3D）ファイルを読み込む前に確認できるため、非常に役立ちます。またこのテーブルを用いて、貫通の深さと接触力が意図された制限内に収まっているかを確認することもできます。

図 12.

1. MotionViewでは、接触を含んだモデルについての自動化されたレポートが用意されます。このレポートは自動的に、アニメーションとプロットをセッションに追加します。レポートにアクセスするには、メニューバーからAnalysis > View Reportsをクリックします。
   View Reportsダイアログが表示されます。
2. ダイアログでContact Reportを選択し、OKをクリックします。
   注: 最後にサブミットされた実行についてのレポートアイテムが、一番上にリストされます。

   
   
   図 13.

   これで、追加のページがレポートに加えられます。
3. Page Navigationボタン（ウィンドウの上部右側角の、メニューバーの下、グラフィックス領域の上）を使用し、これらのページを確認します。
4. Contact Summaryを表示します。
   MotionSolveは、シミュレーションの全体を通して、接触しているすべての形状の最大貫通の確認に使用可能な静的荷重ケースを、H3Dファイルに書き出します。これによりユーザーは、結果をチェックして、最大貫通深さが形状内で発生しているか否かを知ることができます。これをモデリングウィンドウ内ではっきりと見るには、1つまたは複数のパートの表示をオフにしてもよいでしょう。

   注: グラフィックスがモデリングウィンドウに見当たらない場合は、領域をフィットさせると良いでしょう。
   1. Resultsブラウザで、Ball 1 – PrimitiveからBall 6 – Primitiveまでのコンポーネントを選択します。
   2. 右クリックし、続いてコンテキストメニューでHideをクリックします。

      
      
      図 14.

   3. HideでRimグラフィックとInner Raceグラフィックを非表示にし、Outer Raceグラフィック上にコンターが表示されるようにします。

      図 15.

5. Animation - Penetration Depthを閲覧します。
   1. 貫通の深さの時刻歴アニメーションを示す次のページに進みます。
   2. コンポーネントを隔離することにより、そのコンポーネント上でコンターを個々に見ることができます。例えば、Inner Raceグラフィック上のコンターを見るには、Resultsブラウザブラウザ内でそのコンポーネントを右クリックし、コンテキストメニューからIsolateを選択します。
   3. Start/Pause Animationボタン をクリックし、アニメーションを表示します。

      
      
      図 16.

6. 次のページに進みます。
7. 荷重ベクトルによる接触力の確認
   1. Fitでモデルをモデリングウィンドウにフィットさせます。
   2. ツールバーオプションから、Transparent Element and Feature Linesを選択します。

      
      
      図 17.

   3. （Vector）アイコンをクリックします。
   4. Displayタブをアクティブにし、Size ScalingオプションをBy Magnitudeに変更して、値1を使用します。
   5. Start/Pause Animationボタン をクリックし、アニメーションを表示します。

      
      
      図 18. 全接触力のアニメーション表示（視認性を高めるために、外輪のグラフィックスの表示がオフにされている）

8. 接触力をプロットします。
   1. すべての接触力の大きさのHyperGraphプロットを示す次のページに進みます。

   
   
   図 19.

   MotionViewで新しい接触エンティティが作成される度に、対応する出力荷重リクエストが生成され、これは、接触エンティティ内で指定されているグラフィック間の接触力のプロッティングに使用することができます。

   注: 個々の荷重のプロットを確認するために、Plotブラウザからカーブの表示をオフにしてもよいでしょう。

このステップでは、異なるベアリングでモデルの実行時間を比較します。