OS-T：1315 モーダル法によるブラケットの過渡応答解析

本チュートリアルでは、既存のブラケットの有限要素モデルを用いて、OptiStructによるモーダル時刻歴動的応答解析の実行の仕方について実際に示します。時刻歴動的荷重の下でのブラケットの変形特性のポスト処理には、HyperGraphが用いられます。

ブラケットは２つの脚の底の部分が拘束されています。時刻歴動的荷重が上部の節点、穴の周りの平らな面に負のz-方向に作用します。荷重の時刻歴をFigure 2に示します。直接時刻歴解析は合計４秒間、800の増分に分割して（即ち、時間ステップは0.005）実行されます。全てのモードに臨界減衰の2%のモーダル減衰が定義されます。モードは、1000 Hzまでが考慮されます。集中質量要素がスパイダー部分の中心に定義され、穴の中心の集中質量の場所でz方向変位がモニターされます。

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

HyperMeshを起動します。
User Profilesダイアログが現れます。
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

File > Open > Modelをクリックします。
optistruct.zipファイルから自身の作業ディレクトリに保存したbracket_transient.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。
Openをクリックします。
bracket_transient.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

TABLED1カーブの作成

Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Curveを選択します。
Nameにtabled1と入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、ドロップダウンメニューからTABLED1を選択します。
ModelブラウザでTABLED1を右クリックしてEditを選択します。
Curve Editorで以下の値を入力します：

図 3.
Closeをクリックします。
荷重の時刻歴を定義する荷重コレクターTABLED1が生成されました。

TSTEP荷重コレクターの作成

Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
Nameにtstepと入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、ドロップダウンメニューからTSTEPを選択します。
TSTEP_NUMに1と入力し、Enterを押します。
Nに、タイムステップ数800を入力します。
DTに、時間の増分0.005を入力します。
荷重が作用する全時間は、800 x 0.005 = 4秒となります。これは、出力要求がされる時間ステップ数の間隔になります。NOはデフォルト値の1.0です。
Closeをクリックします。

DAREA荷重コレクターの作成

Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
Nameにdareaと入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、NONEを選択します。
BCs > Create > Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
nodes > by setsをクリックします。
2つのセットが表示されます。
forceを選択し、selectをクリックします。
セット force に属する節点が選択されます。

図 4.
dof3を除くすべての自由度を、それぞれの隣のボックスをクリックして選択解除し、dof3のみがアクティブな自由度になるようにします。
dof3に値-1500を入力します。
load types=にDAREAを選択します。
createをクリックします。
これで選択された節点の負の z 方向に 1500 ユニットの荷重が負荷されます。
returnをクリックし、メインメニューに戻ります。

TABDMP1荷重コレクターの作成

Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
Name欄に、tabdmp1と入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、ドロップダウンリストからTABDMP1を選択します。
TABDMP1_NUMに値2を入力し、 Enterを押します。
TABDMP1_NUMの下のをクリックし、ポップアップウィンドウで、図 5に示す数値を入力します。
下に示すように、周波数に0と1000 Hzを、減衰に0.02を入力し、周波数と減衰の関係を加えます。これにより、対象とする周波数域について減衰値の表が作成されます。

図 5.
Closeをクリックし、Entity Editorに戻ります。
TYPEをCRITに切り替え、臨界減衰を指定します。

EIGRL荷重コレクターの作成

Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
Nameにeigrlと入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、ドロップダウンメニューからEIGRLを選択します。
V1に0.0と入力します。
V2に1000と入力します。
ND欄は空白のままにして1000 Hzまでのモードを取り出します。

TLOAD1荷重コレクターの作成

Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
Nameにtload1と入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、ドロップダウンリストからTLOAD1を選択します。
EXCITEIDに、Unspecified > Loadcolをクリックします。
Select Loadcolダイアログで、荷重コレクターのリストから（ブラケット上面の力を定義する前のセクションで生成された）dareaを選択します。
OKをクリックして選択を完了します。
同様にして、TID欄に（荷重時刻歴を定義するために）tabled1荷重コレクターを選択します。
加振のタイプには、荷重（力またはモーメント）、強制変位、速度、または加速度を与えることができます。TLOAD1カードイメージの[TYPE]欄で、荷重のタイプを定義します。タイプはデフォルトでapplied loadにセットされます。

荷重ステップの作成

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 > Load Stepを選択します。
デフォルトの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。
Name欄に、transientと入力します。
Analysis typeをTransient (modal)に設定します。
SPCに、spcを選択します。
DLOADにtload1を選択します。
TSTEP(TIME)に、tstepを選択します。
METHOD (STRUCT)に、荷重コレクターeigrlを選択します。
SDAMPING (STRUCT)に、荷重コレクターtabdmp1を選択します。

モーダル時刻歴動的応答解析の荷重、境界条件と減衰を指定したサブケースが生成されます。

出力リクエストの作成

Analysisページからcontrol cardsをクリックします。
Card Imageダイアログで、GLOBAL_OUTPUT_REQUESTをクリックします。
DISPLACEMENTカードを定義します。
1. DISPLACEMENTを選択します。
2. FORMAT(1)欄は空白のままにしておきます。
3. FORM(1)にBOTHを選択します。
4. OPTION(1)にSIDを選択します。
5. SIDセレクターをダブルクリックし、centerを選択します。
6. returnをクリックします。
この center セットは、質量要素のあるスパイダー中心の節点、即ち、節点 395 を示します。
OUTPUTカードを定義します。
1. OUTPUTを選択します。
2. number_of_outputs欄に2と入力します。
3. KEYWORDにH3DとHGTRANSを選択します。
4. FREQに両方ともALLを選択します。
5. H3D KEYWORDで、別の欄はblankに設定します。
6. returnをクリックします。
returnをクリックし、ダイアログを終了します。

ジョブのサブミット

AnalysisページからOptiStructパネルをクリックします。

図 6. OptiStructパネルへのアクセス
save asをクリックします。
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bracket_transient_modalと入力します。
OptiStruct入力ファイルには、拡張子 .femが推奨されます。
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。
export optionsのトグルをallにセットします。
run optionsのトグルをanalysisにセットします。
memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
OptiStructをクリックし、OptiStructジョブを開始します。

ジョブが成功した場合、bracket_transient_modal.femが書き出されたディレクトリに新しい結果ファイルがあるはずです。何らかのエラーがある場合、bracket_transient_modal.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。

そのディレクトリに書かれるデフォルトのファイルは：

bracket_transient_modal.html: 問題の定式と解析結果のサマリーに関する解析のHTMLレポート。
bracket_transient_modal.out: ファイルの設定、最適化問題の設定、実行に必要なRAMおよびディスクスペースの推定量、各最適化反復計算の情報、解析時間等、特定の情報を含むOptiStructの出力ファイル。ワーニングおよびエラーに関しては、このファイルを確認すること。
bracket_transient_modal.h3d: HyperViewバイナリ結果ファイル。
bracket_transient_modal.res: HyperMeshバイナリ結果ファイル。
bracket_transient_modal.stat: 解析のプロセスの間のそれぞれのステップでのCPU情報を提供する、解析のプロセスの要約。

結果の表示

OptiStructパネルでHyperViewをクリックし、HyperViewを起動します。
メニューバーでFile > Open > Sessionをクリックします。
Open Session Fileダイアログで、入力ファイルが実行されたディレクトリからbracket_transient_modal_tran.mvwを開きます。
荷重がz-方向のみに作用していることから、節点 395のz-方向変位の時刻歴に着目することになります。

ファイルに含まれる変位の結果のプロットが生成されます。
Visualizationツールバーでをクリックし、Curves Attributesパネルを開きます。
Curvesの下で、X TransおよびY Transカーブを個別にせ選択し、Offをクリックします。

図 7.

X TransおよびY Transカーブの表示がオフになります。
をクリックし節点395のｙ軸(すなわちZ方向変位)を画面にフィットさせます。
必要な場合、色や線の属性も変更できます。

モーダル時刻歴動的応答解析でのスパイダー中心の集中質量のZ-方向変位の時刻歴

上のイメージで観察されるように、節点 395の変位は、負のz方向の荷重に伴い、変位も負のz方向になっています。変位は、モデルのモーダル減衰により、最終的には減衰しています。