OS-T：1394 軸対称ボールジョイント

本チュートリアルでは、引き荷重が10,000Nの場合の軸対称ボールジョイントについてOptiStructで非線形解析を実行する方法を学習します。

Figure 1は、本チュートリアルに用いられる構造モデルを示しています。簡易化されたモデルは、ボールスタッド、ボールジョイントハウジングおよびボルトで構成されています。このモデルは、2次元の軸対称モデルとして表されます。


図 1. モデルと荷重の詳細
軸対称境界条件によるフルモデルの部分での解析。以下の演習が含まれます：
  • HyperMeshでのボールジョイント2次元軸対称解析のセットアップ
  • OptiStructでのジョブのサブミット
  • HyperViewでの結果の可視化

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

  1. HyperMeshを起動します。
    User Profilesダイアログが現れます。
  2. OptiStructを選択し、OKをクリックします。
    これで、ユーザープロファイルが読み込まれます。ユーザープロファイルには、適切なテンプレート、マクロメニュー、インポートリーダーが含まれており、OptiStructモデルの生成に関連したもののみにHyperMeshの機能を絞っています。

モデルのオープン

  1. File > Open > Modelをクリックします。
  2. optistruct.zipファイルから自身の作業ディレクトリに保存したBall_Joint_2D_Axisymmetry.hmファイルを開きます。モデルファイルへのアクセスをご参照ください。
  3. Openをクリックします。
    Ball_Joint_2D_Axisymmetry.hmデータベースが現在のHyperMeshセッションに読み込まれます。

モデルのセットアップ

CQAXI要素でのモデルのメッシング

メッシングされた2DパートにはCQUAD4要素が含まれていますが、軸対称モデルにCQAXI要素が使用されます。

  1. 2D panel > Element Typesを選択します。
  2. 2D&3Dパネルをアクティブにします。
  3. CQUAD4をクリックし、CQAXIを選択します。


    図 2. 要素タイプの変更
  4. elements > displayedをクリックします。
    表示されている要素がすべて選択されます。
  5. updateとreturnをクリックします。
  6. 2D&3Dパネルから、elements > displayedを選択します。
  7. reviewとreturnをクリックします。
    要素タイプが検証されます。


    図 3. CQAXI要素タイプ

セットセグメントの作成

本ステップでは、ボールスタッドについてメイン（旧称“マスター”）サーフェスを作成します。

  1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Set Segmentを選択します。
  2. Nameに、mainと入力します。
  3. エンティティエディターで要素上をクリックしてadd shell edges > free edgesを選択し、ハウジングと接触しているボールスタッドのエッジを選択します。


    図 4. 接触に2D要素を選択
  4. ハウジングと接触していない要素を接触解除し、reverse normalを選択してaddをクリックします。
    これで、メインサーフェスが作成されました。
  5. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Set Segmentを選択します。
  6. Nameに、secondaryと入力します。


    図 5. ハウジングのセカンダリ接触要素
  7. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Set Segmentを選択します。
  8. Nameに、Main_ball_Studと入力します。
  9. シェル要素を使ってボルトと接触しているボールスタッドの要素を選択します。
  10. 同様にしてボルト用の接触サーフェスを作成し、Secondary_boltと名称変更します。


    図 6. ボールスタッドとボルトのメインおよびセカンダリ接触要素
    ヒント: 要素の接触を解除するには、free edgesから要素に切り替え、Shiftとマウスの左ボタンを使って、接触していない要素の選択を解除します。
    ボールスタッドとボルトとの間の接触の接触サーフェスが作成されました。

接触の作成

まず、ボールスタッドとハウジングとの間の接触を、続いてボルトとボールスタッドとの間の接触を作成します。

  1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Contactを選択します。
  2. NameにCONTACT1と入力します。
  3. Property Optionに、エンティティエディターでstatic coeffic friction を選択します。
  4. MU1に0.2と入力します。
  5. SSID (Secondary)にドロップダウンメニューからContactsurfを選択し、Secondaryサーフェスを選択します。
  6. MSID (Main)にドロップダウンメニューからContactsurfを選択し、main（接触サーフェス）を選択します。
  7. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Contactを選択します。
  8. NameにTIEと入力します。
  9. Card Imageには、TIEを選択します。
  10. SSID (Secondary)に、ドロップダウンメニューからSecondary_boltを選択します。
  11. MSID (Main)に、ドロップダウンメニューからMain_ball_studを選択します。

材料の生成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Materialを選択します。
  2. NameにMAT1と入力します。
    新しい材料MAT1が作成されました。
  3. Card Imageには、MAT1を選択します。
  4. NU（ポワソン比）に0.3と入力します。
  5. 各欄の横に材料の値を入力します。


    図 7. 材料特性

プロパティの生成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Propertyを選択します。
  2. NameにPAXIと入力します。
  3. Card Imageには、PAXIを選択します。
  4. MaterialにMAT1を選択します。


    図 8. 要素のプロパティ
  5. Propertyタブでコンポーネントball_studをクリックし、続いてpropertyをクリックしてPAXIを選択します。
  6. Propertyタブでコンポーネントballをクリックし、続いてpropertyをクリックしてPAXIを選択します。
  7. Propertyタブでコンポーネントhousingをクリックし、続いてpropertyをクリックしてPAXIを選択します。


    図 9. コンポーネントへのプロパティの割り当て

荷重と境界条件の適用

SPC荷重コレクターの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターがエンティティエディターに表示されます。
  2. NameにSPC1と入力します。
  3. Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
  4. 2次元軸対称のボールスタッドのエッジを選択し、dof-1のみ（並進Xが固定）、0と入力します。
  5. Createをクリックします。


    図 10. ボールスタッドの拘束
  6. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  7. NameにSPC2と入力します。
  8. Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
  9. 図 11に示すように、ハウジングのfree edgesを選択し、すべての自由度1、2、3、4、5、6を選択して値0を入力します。
    すべての自由度が拘束されます。
  10. returnをクリックします。


    図 11. ハウジングの拘束
  11. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  12. NameにSPCADDと入力します。
  13. Card Imageには、SPCADDを選択します。
  14. SPCADD_NUM_SETに2と入力します。
  15. data setで、SPC1とSPC2を選択します。


    図 12. SPCADD
  16. 同様にして新規荷重コレクターを作成し、名称をNLPARM、NLADAPT、NLOUTと入力します。
  17. Card Imagesに、以下の値を入力します。


    図 13. NLPARM、NLADAPTおよびNLOUT

Force荷重コレクターの作成

本ステップでは、荷重を付与する方法を示します。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  2. NameにForceと入力します。
  3. BCs > Create > Forceをクリックし、Forceパネルを開きます。
  4. facesに切り替え、face of ball studを選択します。
  5. nodesに再度切り替え、nodesの選択を解除します。
    注: Shift + マウスの右ボタンを使用します。
  6. 図 14に示す節点群のみを選択します。
  7. Magnitudeに1000と入力し、y-axisを選択してcreateをクリックします。


    図 14. 荷重の付与（引き荷重）
    ヒント: 節点の選択を解除するために、nodesに切り替えて、荷重が付与されないnodesを選択解除します。

荷重ステップの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Stepを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターがエンティティエディターに表示されます。
  2. NameにBall_Jointと入力します。
  3. Subcase Definitionを展開し、Analysis typeにNon-linear staticを選択します。
  4. SPCに、SPCADDを選択します。
  5. LOADにForceを選択します。


    図 15. 荷重ステップの作成

出力コントロールパラメータの定義

  1. Analysisページからcontrol cardsをクリックします。
  2. GLOBAL_OUTPUT_REQUESTをクリックします。
  3. CONTF、DISPLACEMENT、STRAIN、STRESSの下で、OptionをYesに設定します。
  4. returnを２回クリックし、メインメニューに進みます。

ジョブのサブミット

  1. AnalysisページからOptiStructパネルをクリックします。

    OS_1000_13_17
    図 16. OptiStructパネルへのアクセス
  2. save asをクリックします。
  3. Save Asダイアログで、OptiStructモデルファイルを書き出す場所を指定し、ファイル名としてBall_Joint と入力します。
  4. Saveをクリックします。
    入力ファイル欄には、Save Asダイアログで指定されたファイル名と場所が表示されます。
  5. export optionsのトグルをallにセットします。
  6. run optionsのトグルをanalysisにセットします。
  7. memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
  8. OptiStructをクリックし、ジョブをサブミットします。

結果の表示

  1. コマンドウィンドウにProcess completed successfullyというメッセージが現われたら、 HyperViewをクリックします。
  2. 結果を開き、100%載荷における変位とフォンミーゼス応力コンターをプロットします。
  3. ツールバー上でresultsContour-16（Contour）をクリックします。
  4. Result typeの下で、１つ目のドロップダウンメニューからDisplacementを選択します。
  5. Applyをクリックします。


    図 17. Contourパネル
    変位のコンタープロットが確認できます。


    図 18. 変位のコンター
  6. element 2D & 3D stressesに切り替え、Applyをクリックします。
  7. 軸対称モデルからソリッドモデルの結果を見るには、パネルウィンドウからをクリックします。
  8. Specify axisymmetry axisにYを選択します。
  9. Countに20と入力します。
  10. Total angleに180と入力し、Applyをクリックします。


    図 19. 軸対称要素の回転


    図 20. 回転対称を用いた要素の応力結果