OS-T：1510 追従荷重、非線形適応基準、非線形中間結果

本チュートリアルは、追従荷重のセットアップ、非線形適応基準（NLADAPT）の使用、および、非線形解析ランについて中間結果をどのようにリクエストし得るかについて説明します。

ユーザーは、追従荷重のアクティブ化がモデルの挙動に重大な差異をもたらし、追従荷重のメカニズムが考慮に入れられない場合、いかに不正確な結果が出力されるかということについて確認します。集中荷重である追従荷重（梁モデル）と圧力である追従荷重（ラバーディスク）のアクティブ化に着目します。

os_1510_models
図 1. モデルのイラスト：追従荷重. 集中荷重 - 梁（左）、圧力 - ラバーディスクモデル（右）

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。

梁モデルのセットアップ

モデルは湾曲した鉄骨で、CHEXA要素で構成されています。梁の上部断面に100Nの荷重がかかっています。梁の下部は、単点拘束（SPC）により拘束されています。

モデルの読み込み

  1. File > Import > Solver Deckをクリックします。
    Importタブがタブメニューに追加されます。
  2. File typeにOptiStructを選択します。
  3. Filesアイコンfiles_panelを選択します。
    Select OptiStruct Fileブラウザが開きます。
  4. 自身の作業ディレクトリに保存したbeam_fllwer.femファイルを選択します。モデルファイルへのアクセスをご参照ください。
  5. Openをクリックします。
  6. Import、続いてCloseをクリックし、Importタブを閉じます。

ジョブのサブミットwithout Follower Loads Activation

The imported model already contains the material, the property, the boundary conditions, activation of large displacement, and the loadstep. In this step, you will run the model directly to generate results.
  1. AnalysisページからOptiStructパネルに入ります。

    OS_1000_13_17
    図 2. OptiStructパネルへのアクセス
  2. input file欄に続くsave asをクリックします。
    Save Asダイアログが開きます。
  3. OptiStructモデルファイルを書き出すディレクトリを選択し、File name欄にモデルの名称beam_fllwer.femを入力します。
    OptiStruct入力ファイルには、拡張子 .femが推奨されます。
  4. Saveをクリックします。
    input file欄には、beam_fllwer.femファイルの名称と位置が表示されるようになりました。
  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をクリックします。これでOptiStructジョブが起動します。
    ジョブが成功した場合、beam_fllwer.femが選択されたディレクトリに新しい結果ファイルが現れます。何らかのエラーがある場合、beam_fllwer.outファイルはデバッグを手助けするエラーメッセージを探すのに良い場所です。

モデルのセットアップ

追従荷重のアクティブ化

集中荷重の追従荷重は、グリッドが適用される要素表面積に依存しません。したがって、FLLWERバルクデータエントリまたはPARAM,FLLWERエントリのいずれにアクティブ化オプションを選択しても、結果は同じになります。ここではサブケースが１つのみであるため、このモデルの追従荷重のアクティブ化には、パラメータPARAM,FLLWERを選択します。
  1. ModelブラウザのCardsフォルダーで、PARAMをクリックします。
    コンポーネントのエントリがエンティティエディターに表示されます。
  2. 追従荷重をアクティブ化します。
    1. FLLWERの横のボックスにチェックを入れます。
    2. VALUEを1に設定します。
    要素表面積は含まれていないため、オプション1、2、3のいずれも、その効果は同じです。バルクデータエントリに代わってパラメータを使用し、モデル内のすべてのサブケースについて、追従荷重をアクティブ化します。特定のサブケースの追従荷重のみをアクティブ化したい場合は、FLLWERバルクデータおよびSubcaseエントリを使用できます。

    os_1510_fllwer
    図 3.

非線形適応基準のアクティブ化

非線形適応基準を定義するためのパラメータは、NLADAPTバルクデータおよびSubcaseエントリを介して利用できます。非線形解析については、収束の問題に遭遇した場合、タイムステップと収束条件を指定することが可能です。本演習内のNCUTSパラメータの項をご参照ください。同様に、DTMINおよびDTMAXパラメータを定義でき、NOPCLやNSTSLといったその他のパラメータの一部は、接触を含まないモデルを対象としています。
  1. 荷重コレクターを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
      デフォルトの荷重コレクターテンプレートがエンティティエディターに表示されます。
    2. NameにNLADAPTと入力します。
    3. Card ImageをNLADAPTに設定します。
    4. NCUTSの横のボックスにチェックを入れ、VALUE欄に5（デフォルト）と入力します。
      これは、時間インクリメントの削減が可能なカットバックの数の最大値が5であることをOptiStructに示します。反復収束について特定の時間インクリメントに、さらに大きいカットバック数が要求される場合、OptiStructはエラーを出します。

      os_1510_ee_nladapt
      図 4.
  2. 非線形静的荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、Nonlinear Staticをクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. NLADAPTに、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでNLADAPTを選択し、OKをクリックします。

      os_1510_dialog_loadcol
      図 5.

非線形中間結果のアクティブ化

非線形中間結果をアクティブ化するためのパラメータは、NLOUTバルクデータおよびSubcaseエントリを介して利用できます。中間結果が出力されるインターバルの数は、NINTパラメータによってコントロールされます。SVNONCNVパラメータを使って、非収束解に関する結果の出力をアクティブ化 / 非アクティブ化することが可能です。これは現時点では、デフォルトでオン（YESに設定）となっています。
  1. 荷重コレクターを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
      デフォルトの荷重コレクターテンプレートがエンティティエディターに表示されます。
    2. NameにNLOUTと入力します。
    3. Card ImageをNLOUTに設定します。
    4. NINTの横のボックスにチェックを入れ、VALUE欄に10（デフォルト）と入力します。
      これは、中間結果がリクエストされるインターバルの数の最大値が10であることをOptiStructに示します。任意の荷重“n”から荷重“n+1”への増分が1/NINT（この場合、1/10は0.1）より大きい場合、荷重レベル“n+1”に対応した結果が出力用に保存され、そうでない場合は保存されません。
      注: このパラメータは、増分-反復ソリューションプロセス中の適応荷重サイズ選択には影響を及ぼしません。ソリューションプロセス中に出力用として結果を保存する際に、インターバルの数を指定するだけです。
  2. 非線形静的荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、Nonlinear Staticをクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. NLOUTで、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでNLOUTを選択し、OKをクリックします。

      os_1510_dialog_nlout
      図 6.

ジョブのサブミットwith Follower Loads Activation

The model now consists of loads which have been identified as follower loads. Additionally, you have learned how to activate adaptive criteria for nonlinear analysis, and request results at intermediate increments.
  1. AnalysisページからOptiStructパネルに入ります。

    OS_1000_13_17
    図 7. OptiStructパネルへのアクセス
  2. input file欄に続くsave asをクリックします。
    Save Asダイアログが開きます。
  3. OptiStructモデルファイルを書き出すディレクトリを選択し、File name欄にモデルの名称beam_fllwer_ON.femを入力します。
    OptiStruct入力ファイルには、拡張子 .femが推奨されます。
  4. Saveをクリックします。
    input file欄には、beam_fllwer_ON.femファイルの名称と位置が表示されるようになりました。
  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をクリックします。これでOptiStructジョブが起動します。
    ジョブが成功した場合、beam_fllwer_ON.femが選択されたディレクトリに新しい結果ファイルが現れます。何らかのエラーがある場合、beam_fllwer_ON.outファイルはデバッグを手助けするエラーメッセージを探すのに良い場所です。

結果の表示

変位と要素の応力がデフォルトにより計算され、HyperViewのContour panelを用いてプロットすることができます。

追従荷重のアクティブ化なしのモデル間の変位結果の比較

  1. HyperViewを起動します。
  2. pageLayout2Vertical-24をクリックし、ページを２つのウィンドウに分割します。
  3. fileImportModel-24をクリックして結果ファイルを読み込み、作業ディレクトリに移動します。
    1. １つ目のウィンドウにbeam_fllwer.h3dファイルを読み込みます。
    2. ２つ目のウィンドウにbeam_fllwer_ON.h3dファイルを読み込みます。
  4. 各ウィンドウについてコンターをセットアップします。
    1. ウィンドウをクリックしてアクティブ化し、続いてツールバーのresultsContour-16をクリックします。
    2. Result typeをDisplacement (v)に設定します。
    3. Applyをクリックします。
    注: NLOUTを介して中間反復計算についての結果をリクエストしているので、全ての中間反復計算の結果が確認できます。
  5. ResultsブラウザでLoad Factorをクリックし、、最終増分Load Factor = 1.000000E+00を選択します。

    os_1510_load_factor
    図 8.
変位のコンター結果が表示されます。追従荷重のアクティブ化が変位のプロファイルを大きく修正したことが見てとれます。

os_1510_contour_plot
図 9.

ラバーディスクモデルのセットアップ

モデルはラバー（ゴム製）ディスクで、MATHE要素で構成されています。1 N/mm2の荷重がラバーディスクに付与されます。ディスクの円周は、単点拘束（SPC）により拘束されています。

モデルの読み込み

  1. File > Import > Solver Deckをクリックします。
    Importタブがタブメニューに追加されます。
  2. File typeにOptiStructを選択します。
  3. Filesアイコンfiles_panelを選択します。
    Select OptiStruct Fileブラウザが開きます。
  4. 自身の作業ディレクトリに保存したdisk_fllwer.femファイルを選択します。モデルファイルへのアクセスをご参照ください。
  5. Openをクリックします。
  6. Import、続いてCloseをクリックし、Importタブを閉じます。

モデルのセットアップ

追従荷重のバルクデータエントリの作成

Beamモデルでは、集中荷重の追従荷重は、グリッドが適用される要素表面積に依存しません。したがって、FLLWERバルクデータエントリまたはPARAM,FLLWERエントリのいずれにアクティブ化オプションを選択しても、結果は同じになります。また、サブケースが１つのみであるため、このモデルの追従荷重のアクティブ化には、パラメータPARAM,FLLWERを選択します。

このディスクモデルでは、荷重は圧力荷重であり、それは、それらがかかる要素表面積に左右される可能性があります。また、異なるFLLWERオプションの効果を示すために、複数のサブケースを有しています。OptiStructヘルプ内のFLLWERバルクデータエントリで、追従荷重の計算のための下記のオプションを含んだOPTを見ることができます：
= -1, 0
追従荷重の計算はアクティブになりません。
= 1（デフォルト）
追従効果がアクティブになります。圧力荷重の場合は、要素表面積と荷重方向の両方が、実行中に更新されます。集中荷重の場合は、荷重方向のみが更新されます。
= 2
追従効果がアクティブになります。圧力荷重の場合は、要素表面積のみが、実行中に更新されます（荷重方向は更新されません）。集中荷重の場合は、荷重方向のみが更新されます（OPT = 1と同じ）。
= 3
追従効果がアクティブになります。圧力荷重の場合は、荷重方向のみが更新されます（要素表面積は更新されません）。集中荷重の場合は、荷重方向のみが更新されます（OPT = 1と同じ）。
  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターテンプレートがエンティティエディターに表示されます。
  2. NameにFLLWER_1と入力します。
  3. Card ImageをFLLWERに設定します。
  4. OPTを1に設定します。

    os_1510_ee_fllwer_1
    図 10.
  5. FLLWER_2およびFLLWER_3の名称で、荷重コレクターをあと２つ作成します。
    1. Card ImageをFLLWERに設定します。
    2. FLLWER_2についてOPTを2に、FLLWER_3についてOPTを3に設定します。

FLLWERバルクエントリの参照

ここで、作成されたFLLWERバルクデータエントリをSubcaseセクションで選択する必要があります。

  1. fllwer_1荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、fllwer_1をクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. FLLWERの横のボックスにチェックを入れます。
    3. IDで、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでFLLWER_1を選択し、OKをクリックします。

      os_1510_dialog_loadcol_fllwer_1
      図 11.
  2. fllwer_2荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、fllwer_2をクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. FLLWERの横のボックスにチェックを入れます。
    3. IDで、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでFLLWER_2を選択し、OKをクリックします。
  3. fllwer_3荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、fllwer_3をクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. FLLWERの横のボックスにチェックを入れます。
    3. IDで、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでFLLWER_3を選択し、OKをクリックします。

非線形中間結果のアクティブ化

非線形中間結果をアクティブ化するためのパラメータは、NLOUTバルクデータおよびSubcaseエントリを介して利用できます。

中間結果が出力されるインターバルの数は、NINTパラメータによってコントロールされます。SVNONCNVパラメータを使って、非収束解に関する結果の出力をアクティブ化 / 非アクティブ化することが可能です。これは現時点では、デフォルトでオン（YESに設定）となっています。

  1. 荷重コレクターを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
      デフォルトの荷重コレクターテンプレートがエンティティエディターに表示されます。
    2. NameにNLOUTと入力します。
    3. Card ImageをNLOUTに設定します。
    4. NINTの横のボックスにチェックを入れ、VALUE欄に10（デフォルト）と入力します。
      これは、中間結果がリクエストされるインターバルの数の最大値が10であることをOptiStructに示します。任意の荷重“n”から荷重“n+1”への増分が1/NINT（この場合、1/10は0.1）より大きい場合、荷重レベル“n+1”に対応した結果が出力用に保存され、そうでない場合は保存されません。
      注: このパラメータは、増分-反復ソリューションプロセス中の適応荷重サイズ選択には影響を及ぼしません。ソリューションプロセス中に出力用として結果を保存する際に、インターバルの数を指定するだけです。

      os_1510_ee_nlout
      図 12.
  2. fllwer_1荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、fllwer_1をクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. NLOUTで、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでNLOUTを選択し、OKをクリックします。

      os_1510_dialog_nlout2
      図 13.
  3. fllwer_2、fllwer_3、およびNO_fllwer荷重ステップを編集します。
    1. ModelブラウザのLoad Stepsフォルダーで、編集する荷重ステップをクリックします。
      荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
    2. NLOUTで、Unspecified > Loadcolをクリックします。Select LoadcolダイアログでNLOUTを選択し、OKをクリックします。

ジョブのサブミットwith the Disk Model

The model now consists of loads which have been identified as follower loads. Additionally, you have learned how to request results at intermediate increments.
  1. AnalysisページからOptiStructパネルに入ります。

    OS_1000_13_17
    図 14. OptiStructパネルへのアクセス
  2. input file欄に続くsave asをクリックします。
    Save Asダイアログが開きます。
  3. OptiStructモデルファイルを書き出すディレクトリを選択し、File name欄にモデルの名称disk_fllwer.femを入力します。
    OptiStruct入力ファイルには、拡張子 .femが推奨されます。
  4. Saveをクリックします。
    input file欄には、disk_fllwer.femファイルの名称と位置が表示されるようになりました。
  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をクリックします。これでOptiStructジョブが起動します。
    ジョブが成功した場合、disk_fllwer.femが選択されたディレクトリに新しい結果ファイルが現れます。何らかのエラーがある場合、disk_fllwer_ON.outファイルはデバッグを手助けするエラーメッセージを探すのに良い場所です。

結果の表示

変位と要素の応力がデフォルトにより計算され、HyperViewのContour panelを用いてプロットすることができます。

追従荷重のアクティブ化あり / なしのモデル間の変位結果の比較

  1. HyperViewを起動します。
  2. pageLayout2Vertical-24をクリックし、ページを２つのウィンドウに分割します。
  3. Subcase 1からの荷重結果は1つ目のウィンドウに。
    1. 1つ目のウィンドウをクリックしてアクティブ化します。
    2. fileImportModel-24をクリックし、結果ファイルを読み込みます。パネル領域でdisk_fllwer_ON.h3d結果ファイルを読み込み、Applyをクリックします。
    3. Resultsブラウザで、Subcase 1 (fllwer_1)とLoad Factor = 1.000000E+00を選択します。

      os_1510_results_hv
      図 15.
  4. 残りのサブケースから結果を読み込みます。
    1. 2つ目のウィンドウをアクティブ化し、disk_fllwer_ON.h3d結果ファイルを読み込みます。Resultsブラウザで、Subcase 2 (fllwer_2)を選択します。
    2. 3つ目のウィンドウをアクティブ化し、disk_fllwer_ON.h3d結果ファイルを読み込みます。Resultsブラウザで、Subcase 2 (fllwer_3)を選択します。
    3. 4つ目のウィンドウをアクティブ化し、disk_fllwer_ON.h3d結果ファイルを読み込みます。Resultsブラウザで、Subcase 2 (NO_fllwer)を選択します。
  5. 各ウィンドウについてコンターをセットアップします。
    1. ウィンドウをクリックしてアクティブ化し、続いてツールバーのresultsContour-16をクリックします。
    2. Result typeをDisplacement (v)に設定します。
    3. Applyをクリックします。
    注: NLOUTを介して中間反復計算についての結果をリクエストしているので、全ての中間反復計算の結果が確認できます。
変位のコンター結果が表示されます。追従荷重のアクティブ化が変位のプロファイルを大きく修正したことが見てとれます。また、Subcase 3（OPT=3）は面積ではなく荷重方向を更新し、グリッドポイントにおける強制荷重（Pressure*Area）の分布はSubcase 3については低く、OPT=1および2と比較すると、変位の結果はこれを反映していることが分かります。

os_1510_contour_plot2
図 16.