RD-E：0500 ビームフレーム
ビームフレームが初速度を持つ質量から衝撃を受けます。
端部を固定されたビームフレームが、その中心点に、初速度を持つ点の質量からの衝撃を受けます。材料はJohnson-Cookの弾塑性則です。モデルはビーム要素でメッシュ化されます。衝撃を受ける節点を含む1つのセカンダリ節点のみの無限剛壁に初速度が与えられます。この例題は動的問題として考慮され、非線形陽解法ソルバーが用いられます。
図 1.
図 1.
陽解法アプローチで衝撃後の構造の準-静的つり合いを見つけます。
使用されるオプションとキーワード
- Beam
- 塑性とJohnson-Cook材料（/MAT/LAW2 (PLAS_JOHNS)）
- 境界条件（/BCS）
- 初速度（/INIVEL）
- ビーム要素（/PROP/TYPE3 (BEAM)）
- 剛壁（/RWALL）
衝突する質量はスライドする平面剛壁（/RWALL）でシミュレートされ、初速度10 ms-1と質量3000 gを持ちます。1つのセカンダリ節点（ポイント衝突をシミュレートするための節点O）のみが存在します。
点A、F、F'、D、E、E' は完全拘束されます。
図 2. 境界条件
図 3. 剛壁タイプ無限平面
図 2. 境界条件
図 3. 剛壁タイプ無限平面
入力ファイル
必要なモデルファイルのダウンロードについては、モデルファイルへのアクセスを参照してください。
本例題で使用されるモデルファイルは下記のとおり：
FRAME_*.rad
モデル概要
この例題の目的はビーム要素を用いた静解析を実行することです。
点の質量（3 kg）がビームフレームの点O（図 4の形状参照）に速度10 ms-1でZ方向に衝突します。ビームはスチール製で、それぞれの断面は（それぞれの側面の長さが6 mmの）正方形断面です。
図 4. フレームの形状
図 4. フレームの形状
寸法は： AB = BC = CD = BE = BF = E’C = CF’ = 90 mm
点 A,、D、E、F、E’、F’が拘束されます。
- ビームプロパティ
- 断面積
- 36 mm2
- YおよびZ方向の慣性モーメント
- 108 mm4
- X方向の慣性モーメント
- 216 mm4
用いられるスチール材料は以下の特性です：
- 材料特性
- 密度
- 0.0078
- ヤング率
- 200 000
- ポアソン比
- 0.3
- 降伏応力
- 320
- 硬化パラメータ
- 134.65
- 硬化指数
- 1.0
他の全ての係数はデフォルト値に設定されます。塑性はLAW2を用いて破断なしで考慮されます。
モデリング手法
メッシュは規則的なビームメッシュで、それぞれのビームは9 mmの長さ（トータル = 70 ビーム）です。
図 5. 節点の位置を示すフレームのメッシュ
図 5. 節点の位置を示すフレームのメッシュ
結果
曲線とアニメーション
点BとOの変位と速度に関する時刻歴を参照する主な結果を示します。
図 6. 点 BとOの変位
図 7. 点 BとOの速度（安定化）
図 8. ビーム要素15（Oの近く）の法線方向とせん断力
図 9. エネルギー評価（6 msで安定化に到達）
図 10. 節点変位（最大 = 30.96 mm）
図 11. 塑性ひずみ（最大 = 20.1%）
図 6. 点 BとOの変位
図 7. 点 BとOの速度（安定化）
図 8. ビーム要素15（Oの近く）の法線方向とせん断力
図 9. エネルギー評価（6 msで安定化に到達）
図 10. 節点変位（最大 = 30.96 mm）
図 11. 塑性ひずみ（最大 = 20.1%）