OS-T：8000 航空機の翼のスティックモデルを使用したトリム解析

このチュートリアルでは、単純な航空機の翼のスティックモデルを使用したトリム解析について説明します。

スティックモデルは、一般に、空力弾性解析のための航空機の表現を簡素化するために使用されます。

前処理は、OptiStructユーザープロファイルで、Altair HyperWorksを使用して行います。既存のデータを含む構造スティックモデルがベースモデルとして使用されます。このチュートリアルでは、空力弾性ドメインでのエンティティの作成について説明します。

以下の演習が含まれます：
  • パネル（CAERO1）の作成
  • 補間スプライン（SPLINE2）の作成
  • 空力弾性TRIM変数（AESTAT）のための剛体運動の作成
  • TRIM変数の定義
  • ジョブのサブミット
  • 結果の確認

HyperWorksの起動とモデルの読み込み

  1. HyperWorksを起動します。
  2. メニューバーでFileをクリックします。
  3. optistruct.zipファイルから自身のディレクトリにコピーしたaeroelasticity_trim_wing_stick.bdf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。
  4. Openをクリックします。
  5. Solver Import Optionsダイアログで、ReaderでOptiStructを選択します。
    OptiStructユーザープロファイルが読み込まれます。HyperWorksの機能は、適切なテンプレート、マクロメニュー、インポートリーダなどを正しく設定することで、OptiStructモデルを作成することができます。
    図 1. HyperWorksでのベースモデルの読み込み
  6. Importをクリックします。
    ベース構造スティックモデルをHyperWorksに読み込みます。モデルはCBAR要素で構成されます。


    図 2. 航空機の翼のスティックモデルのベース構造モデル

Aeroelasticityブラウザを開く

Aeroelasticityブラウザ は、このチュートリアルの今後のタスクで利用します。

  1. メニューバーでView > Ribbons > 空力弾性をクリックします。
    メニューバーに空力弾性リボンが表示されます。
  2. 空力弾性リボン上で任意のツールグループにカーソルを合わせ、表示されるサテライトアイコンをクリックします。
    Aeroelasticityブラウザが開きます。


    図 3. Aeroelasticityブラウザへのアクセス

モデルのセットアップ

AEROSエントリの作成

このステップでは、AEROSを介してシミュレーションの基本 / 参照パラメータを定義します。

  1. Aeroelasticityブラウザで、AeroModuleを展開します。
  2. Controlsフォルダーを右クリックし、Create > AEROSを選択します。
    ControlsフォルダーにAEROS用のコレクターが作成されます。
  3. AEROSコレクターをクリックします。
  4. REFC（基準翼弦長）に0.1と入力します。
  5. REFB（基準翼幅）に0.55と入力します。
  6. REFS（基準翼面積）に0.055と入力します。


    図 4. AEROS Definition

スティックモデル周辺の節点の作成

ベースの構造モデルが固着表現であるため、スティックモデル周辺にパネルメッシュのコーナーポイントとして節点が作成されます。

  1. GeometryリボンのPointsツールグループから、Create Points and Nodesツールをクリックします。


    図 5.
  2. モデリングウィンドウ内の任意の場所を左クリックします。
    節点座標ウィンドウが開きます。
  3. X、Y、Zの節点座標欄に、0.0と入力します。Enterを押して確定します。


    図 6. 節点の作成
  4. 次の表にリストされている座標を使用して、さらに節点を作成します。
    表 1. 節点の座標
    節点 X Y Z
    2 0.1 0.0 0.0
    3 0.1 0.55 0.0
    4 0.0 0.55 0.0
  5. 右クリックしてツールを終了します。


    図 7. スティックモデル周辺の節点

空力弾性パネルの作成

CAERO1エントリを使用して、ベース構造モデルで空力弾性パネルメッシュを作成します。

  1. 空力弾性リボンのAero Meshingツールグループから、Panel Meshツールをクリックします。


    図 8.
  2. Transparentのチェックボックスを選択します。
    構造モデルを囲むポイントが表示されます。


    図 9. Panel Meshツールを開く
  3. 節点1と節点4が翼幅方向に沿い、節点1と節点2が翼弦方向に沿うように、CAERO1パネルメッシュの終端ポイントを選択します。詳細については、CAERO1をご参照ください。
    図 10 は、正しい選択順を示しています。


    図 10. CAERO1定義用の節点の選択
  4. 表示されるマイクロダイアログで、Spanに10と入力します。Enterを押して確定します。
  5. Chordに5と入力します。Enterを押して確定します。
  6. をクリックします。


    図 11. CAERO1定義での翼幅と翼弦の値の指定
    パネルメッシュが作成されます。


    図 12. 問題の空力弾性パネルメッシュ

補間SPLINESの作成

このステップでは、空力弾性ドメインと構造ドメイン間で運動や力を補間するためのSPLINE2エントリを作成します。SPLINE2エントリは、パネル（空力弾性ドメイン）、節点セット（構造ドメイン）、および対応するCAERO1エントリを参照します。構造ドメイン用の節点セットは、すでにベースモデルに用意されています。

  1. 空力弾性リボンでSplineツールをクリックします。


    図 13.
    SPLINE2作成ツールが開きます。
  2. アイコンをクリックします。
  3. Spline typeに、ドロップダウンメニューからLinear_Spline_2を選択します。


    図 14. 線形スプライン（SPLINE2）の選択
  4. 空力パネルを参照します。
    1. AeroドロップダウンメニューでElementsを選択します。


      図 15. Aeroドメインでの要素ベースの選択
    2. モデル上で空力パネルを選択します。


      図 16. モデル上での空力パネルの選択
  5. 節点セットを参照します。
    1. StructureドロップダウンメニューでSetsを選択します。


      図 17. Structureドメインでのセットベースの選択
    2. をクリックします。
    3. Advanced selectionダイアログで、SET1を選択します。


      図 18. 構造節点セットの選択
    4. OKをクリックします。
  6. CAERO1を参照します。
    1. Componentの横のをクリックします。
    2. ダイアログで、前に作成したCAERO1を選択します。


      図 19. CAERO1エントリの選択
    3. OKをクリックします。
  7. 表示されるマイクロダイアログで、任意の名前を入力します。このチュートリアルでは、名前はSPLINE2です。


    図 20. SPLINE2エントリの命名
  8. をクリックします。
    AeroelasticityブラウザのSplinesセクションの下にスプラインが表示されます。
  9. 既存の座標系を基準とします。
    1. CIDで、をクリックして選択します。
    2. ダイアログで、既存の座標系を選択します。
  10. 図 21に示されているようにその他のパラメータを指定します。


    図 21. SPLINE2の定義

AESTATエントリの作成

AESTATエントリは、空力弾性解析でトリム変数として使用される剛体運動を指定します。これは後で、TRIMバルクデータエントリでも参照されます。

  1. AeroelasticityブラウザでControlsを右クリックしてCreate > AESTATを選択します。
    AESTATコレクターが作成されます。
  2. NameにANGLEA_AESTATと入力します。
  3. LabelにドロップダウンメニューからANGLEAを選択します。
    アタック角の自由度（DoF）が作成されます。

TRIMエントリの定義

このステップでは、マッハ数、動圧、および空力トリム変数の制約値が定義されます。

  1. AeroelasticityブラウザでAero Loadsを右クリックしてCreate > TRIMを選択します。
  2. NameにTRIM ANGLEA 0.1 RAD1と入力します。
  3. Q（動圧）に1500.0と入力します。
  4. NUM_LABELに1と入力します。
  5. AESTATを参照します。
    1. TRIM1の下のLABELで、をクリックして選択します。
    2. Advanced Selectionダイアログで、ANGLEA_AESTATを選択します。


      図 22. TRIMエントリでのAESTATの参照
    3. OKをクリックします。
    4. UXに0.1と入力します。
      アタック角は0.1ラジアンに制約されます。

サブケースでのTRIMエントリの参照

このステップでは、サブケースでTRIMエントリが参照されます。

  1. Aeroelasticityブラウザで、SolutionJobSetup > Case Controls > Subcasesを展開し、TRIM_ANALYSISサブケースをクリックします。
  2. TRIMエントリを参照します。
    1. Subcase Definitionの下のAnalysis typeに、ドロップダウンメニューからStatic Aeroelastic Responseを選択します。
    2. TRIMで、をクリックして選択します。
    3. Advanced Selectionダイアログで、TRIM ANGLEA 0.1 RAD1を選択します。


      図 23.
    4. OKをクリックします。
  3. SUBCASE OPTIONSの下のAnalysis TYPEに、ドロップダウンメニューからSAEROを選択します。

入力ファイルのエクスポート

このステップでは、入力ファイルを作業ディレクトリにエクスポートします。このファイルは、後にソルバーOptiStructを使用した解析に使用されます。

  1. メニューバーでFile > Export > Solver Deckをクリックします。
  2. ファイル名を入力します。
  3. Saveをクリックします。
    Solver Export Optionsダイアログが開きます。
  4. ここでは、ダイアログのデフォルトのオプション設定をそのまま使用します。
  5. Exportをクリックします。
    これで、このファイルは、作業ディレクトリにエクスポートされます。

ジョブのサブミット

Altair Compute Console（ACC）を使用して、ジョブをサブミットします。

  1. WindowsのスタートメニューでStart > Altair 2022 > Compute Consoleを選択します。
  2. Input fileのを選択し、作業ディレクトリをブラウズして目的の入力ファイルを探します。
  3. Openをクリックします。
  4. Optionsのをクリックします。
    1. Select Solver Optionsダイアログで、-ntチェックボックスをクリックします。
    2. 引数に4を入力します。
    3. OK.をクリックします。
    4. -outのチェックボックスを有効にします。
  5. Apply Selectedをクリックします。
  6. Closeをクリックします。
  7. Runをクリックします。
    図 24. Altair Compute Console

    ジョブが成功した場合、作業ディレクトリに新しい結果ファイルがあるはずです。何らかのエラーが発生した場合は、aeroelasticity_trim_wing_stick.outファイルでエラーメッセージを確認し、入力デックのデバッグに役立ててください。

コンタープロットの表示

続くステップではHyperViewで結果を確認する方法について説明します。

HyperViewは有限要素解析（FEA）、マルチボディシステムシミュレーション、ビデオと工学データのための完全なポストプロセッシングと表示の環境です。

  1. 解析完了のメッセージが表示されたら、Resultsをクリックします。
  2. HyperViewでContour panelボタンをクリックします。
  3. Result typeに、最初のドロップダウンメニューからDisplacement (v)を選択します。
  4. 2番目のドロップダウンメニューからMagを選択します。
  5. 適用（Apply）をクリックします。
    結果として表示されるコンターは、空力弾性トリム解析の変位場を表しています。


    図 25. 翼の固着モデルの変位コンタープロット