ビーム要素の更新

Section Propertyツールで、さまざまなエンティティ上の断面プロパティをソースとして使用し、bar2要素（ターゲット）に割り当てられたプロパティを更新します。

ソースとして使用できるのは以下のいずれかです：

ソリッドジオメトリの集合
サーフェスの集合
要素（2Dと3D）の集合

1Dリボンから Section Propertyツールをクリックします。

図 1.

ツールアイコンの右側にある矢印で、更新するビーム断面のタイプを選択します。
- 弾性断面（Elastic section）
- シェル断面（Shell section）
- ソリッド断面（Solid section）
- VABS断面（VABS section）
ガイドバーのドロップダウンからUpdate beamsを選択します。

弾性 / ソリッド断面

この構成では、交差する各エンティティのヤング率とポアソン比を考慮した材料を加味した慣性モーメントを計算します。現在、カードイメージMAT1を持つ等方性材料に限定してサポートされます。ドメイン間のギャップもサポートされ、切り離された領域間の接触の解析も可能です。

注: 弾性ビーム断面とソリッドビーム断面の挙動は似ていますが、ソリッドビームは材料分布を考慮しないメッシュされた断面です。また、断面の特性を評価するエンジンには溶接や接触を考慮しないため、断面は単一パートで作成されています。

更新する1D要素を選択します。

選択対象がフィルタリングされて、有効な要素（bar2）のみが保持されます。また、OptiStructとNastranの場合は、要素タイプがさらにフィルタリングされて、CBAR/CBEAM要素のみが保持されます。
ソース要素を選択します。
ソースとは、断面プロパティを計算するために使用される、平面と交差するエンティティです。有効なソースタイプは以下のとおりです：
- Solids
- Surfaces
- Elements要素
弾性断面の場合、サーフェスまたは2D要素が選択された場合、平面（複数のライン）との交差箇所は局所的な板厚を使用して厚みが与えられます。板厚を含む有効なプロパティがソースエンティティに割り当てられている必要があります。サーフェスの場合は、この割り当てをコンポーネントレベルで行う必要があります。

さらに、ソースエンティティの材料は、材料を加味した断面プロパティの評価に使用されます。対象領域で材料を利用できない場合（デフォルト材料（Default Material）、デフォルトが使用されます。
マクロダイアログの1つ目のアイコンメニューを使用して、平面の位置と、ソース要素上で交差を作成する位置を定義します。

図 2. 断面： a）シングル断面 b）要素単位の断面 c）節点単位の断面

シングル断面

ユーザーが定義した位置における断面プロパティをすべての対象要素に与えます。をクリックして切断面を定義します。ベースポイントと平面の法線方向を調整できます。切断ツールをターゲット要素上に配置すると、選択した要素のX軸に沿って平面の法線が調整されます。

先に進む前に、交差のプレビューが表示されます。ソースを変更すると、プレビューが更新されます。

基準点（向きとオフセットを参照）は、切断面とターゲット要素の交点です。これにより、参照方向とオフセットが定義されます。

どのターゲット要素とも交差していない平面を使用して断面を計算した場合は（図 3）、その平面のベースポイントから基準点が抽出されます。

ターゲット要素に正しい断面プロパティを与えるためには、断面内におけるマニピュレータの相対位置と局所的な法線に注意する必要があります。ターゲット要素は同じ向きに設定されている必要があります。

図 3. ターゲットのシングル断面

要素単位の断面

各ターゲット要素に対して1つの断面を自動的に計算します。得られる断面は、その向きに関係なく、要素ごとに正しく計算されます。交差は、デフォルトではターゲット要素の中間点で行われます。ターゲット要素の節点間のパラメトリック位置を指定する値（0～1）を設定できます（図 4）。向きは変更できません。平面はターゲットのX軸に対して垂直です。
要素ごとに断面が計算されるため、すべてのメッシングプロセスと計算は、選択されたターゲット要素と同じ数だけ実行されます。このため、シングル断面よりも多くの時間がかかります。同じ断面を持つターゲットを複数含む領域の場合は、シングル断面の手法を使用して計算時間を短縮することをお勧めします。

また、作成された複数のビーム断面が同じ値の範囲内に収まる場合は、それらのビーム断面を統合して減らすことができます。関連付けられたプロパティも統合できます。これらのオプションには、ガイドバーメニュー（）からアクセスできます。

図 4. 各要素の30％（左）および80％（右）での交差

節点単位の断面

ターゲット要素の各節点位置で断面が計算されます。隣接する要素のX軸同士が成す頂角が角度トレランスのしきい値を下回っている場合は、共有節点に対してシングル断面が計算され、下回っていない場合は、異なる法線を使用して同じ節点で要素ごとに1つの断面が計算されます。Y、Z軸に関する隣接要素からの逸脱の追加のテストは行われません。プロパティは、2つのビーム断面（それぞれの端点に1つずつ）で作成されます。節点でシングル断面が作成された場合、隣接する2つのプロパティは、それらの端点で同じビーム断面を共有します。
マクロダイアログのをクリックして、有限平面と無限平面を切り替えます。

状況によっては、ソースと交差する有限平面を考慮することが推奨されます。図 5では、無限平面（デフォルト）を使用することで、トリミング時に望ましくない領域が考慮されます。このような場合は、有限平面に切り替えて、断面の幅と高さを定義できます。ただし、位置ごとにサイズを定義することはできません。幅と高さはすべての交差で共通となります。

図 5. 有限平面
マクロダイアログの2つ目のアイコンメニューを使用して、ビームをオフセットするのか平行移動するのかを選択します。
平行移動の場合、ビーム節点は、ソースに合致するように実際に平行移動されます。せん断中心または重心まで平行移動できます。
図 6. ビームのオフセット

図 7. ビームの平行移動
ガイドバーのをクリックして、以下のようなオプションを定義します:
- ビーム断面にスケッチエンティティをリンクさせるかどうか
- ライン間の小さな隙間を埋める際に使用するトレランス
- 接触の管理：詳細については、結合されていないパートを参照してください。
- 有効な材料が割り当てられていない領域のためのデフォルト材料
- 断面集約
オプション: 弾性断面の場合、ターゲットの材料を選択します。

ガイドバーの下にある"ソース材料を無視"チェックボックスをオフにすると、正規化に使用するターゲット材料を選択しない限り、均質化された材料が自動的に生成され、プロパティにアサインされます。

オプション"デフォルト材料"が"User"に設定されている場合、ガイドバーの材料セレクターは必須です。

それ以外の場合、チェックボックスをオンにすると、材料はオプションとなり、梁の断面に影響を与えることなく、単にプロパティに割り当てられます。

正しい剛性を得るための材料を使用した断面プロパティの正規化については、断面プロパティの評価理論のコメントをご参照ください。
をクリックします。

断面プロパティの計算が開始されます。このプロセスが完了すると、計算された断面のレビューが表示されます。プロパティは、要素コンフィギュレーションに基づいて作成され、要素に割り当てられます。オフセットはターゲット要素に適用されます。材料とビームの断面は、プロパティによって生成されます。

レビューでは、実際の断面形状とオフセットが考慮されます。

図 8.

断面プロパティの評価理論

Section Propertyツールは、平面とソースエンティティの交差を計算します。このとき、1Dターゲット要素ごとの平面、またはユーザー定義の基準位置でのシングル平面で計算が可能です。

ソースのタイプによって、交差は以下である可能性があります：

平面サーフェスを定義する閉ループ
- ソリッドジオメトリまたは3D要素との交差（図 11）
- 2D空間での直接メッシュ（図 12）
平面内のライン
- サーフェスまたはシェルメッシュの交差（図 9）
- 2D空間のメッシングの前に局所的な厚みを考慮してドメインを膨張させる（図 10）

図 9. 板厚を持つシェルとの交差	図 10. 断面形状メッシュ
図 11. ソリッド（ジオメトリ）との交差	図 12. ソリッド交差のメッシュ

材料情報は、交差している各エンティティから考慮されます。交差しているソースエンティティがソリッドまたはサーフェスの場合、交差しているジオメトリが含まれるコンポーネントから材料が抽出されます。ソースエンティティが要素の場合は、材料情報は各要素から（直接またはコンポーネントを介して）収集されます。

したがって、断面プロパティは次の文書に記述された理論に従って計算されます："Analysis and Design of Elastic Beams: Computational Methods”Walter D. Pilkey”

材料中立軸は、局所的な材料情報を考慮して、剛性項（EIyy、EIzz、GJ、EA）と共に計算されます。ねじり定数や反り定数などの反りプロパティとせん断中心も計算されます。

すべての等方性材料を考慮して断面プロパティが計算された後に、単一の（均質な）材料と弾性ビーム断面を参照して通常の均質ビームプロパティが作成されます。材料が割り当てられていない領域や、非等方性材料（MAT1以外のカードイメージ）がある領域では、ワーニングが表示されます。この場合、その領域に対して、オプションメニューで設定した"デフォルト材料"のルールに従って、材料が割り当てられます。

均質化に使用されるターゲット材料を指定したり、有効ヤング率を使用して材料プロパティをツールに自動計算させることもできます。ビーム断面の面積と断面二次モーメントは、材料のヤング率に基づいて設定され、交差しているエンティティから計算されるのと同じ剛性項が得られます。

一方、材料が自動生成される場合は、そのヤング率は断面の積EAと総面積AからE_eff= (EA)sec/Aで求められます。この場合は断面二次モーメントはI=EI/ E_effとなります。複数材料の場合は慣性モーメントは幾何学量から逸脱しますが、断面の面積は正確です。

ターゲット材料が指定されている場合は、そのヤング率が使用されます。したがって、すべての形状項（A、Iyy、Izz、Iyz）は、類似形状の閉形式によって計算されたものから逸脱する可能性があります。

向きとオフセット

更新プロセス時に、ターゲット1D要素の要素座標系は変更されません。

1D要素によって断面作成が実行される場合、その局所X軸は断面平面の法線と見なされます。ビーム断面の局所2D座標系（Y, Z）は要素軸（Y, Z）と一致します。したがって、断面プロパティは定義された要素座標系内で有効です。向きを調整する必要がある場合は、まず要素の向きを更新することをお勧めします（bar2要素またはbar3要素の方向付けを参照）。

図 13では要素ごとに断面が作成されるため、それぞれの断面に、要素座標系と一致する固有の局所座標系が作成されます（図 14と図 15を参照）。座標系の原点は、局所座標系内の断面の境界の中心に配置されます。この原点を基準にした重心とせん断中心の座標がビーム断面エンティティに保存されます。

計算されたせん断中心と基準点（図 14と図 15で平面が1Dと交差している箇所）の間の距離は、OptiStructとNastranで1D要素に割り当てられるオフセットです。

処理が進むと、ビームの向きとオフセットを考慮して得られる更新された3D詳細が表示されます。

制約事項: このツールは、ユーザーが定義した位置におけるシングル断面を作成できます。作成した断面の、プロパティを1つ作成し、そのプロパティをターゲット要素の全体に割り当てます。これは、向きが一貫している場合にのみ有効です。このツールは、選択されたターゲット間の座標系Z軸の平均を内部的に計算し、断面プロパティが計算される局所座標系を定義します。整合性が保たれていない場合、プレビュー表示されます。

デフォルト材料（Default Material）

"ソース材料を無視"チェックボックスがオフで、すべてのリージョンが有効な等方性材料を持っている場合、このオプションは影響を与えません。それ以外の場合、一部の材料が不足していたり、無効であったりする場合、そのような領域にデフォルトの材料が自動で割り当てられます。

Max: 交差部にある材料のうち、ヤング率が最も大きい材料をこの領域に割り当てます。
Mean: 交差部に材料のヤング率とポアソン比の平均を考慮します。これは、発生回数を考慮しない、材料の単純平均値です。
Nearest: 有効な材料を持つ最も近い領域の材料が使用されます。
User: ユーザー材料が使用されます。これは、材料セレクターが必須選択となり、ユーザー材料が正規化に使用されることを意味します。

しかし、このようなデフォルトを使用することは一般的に良い方法ではなく、断面に適切な材料を割り当てる必要があります。

結合されていないパート

モデル上に断面作成することにより、結合されていない領域が生じることがあります。その理由としては、別々のボディが接着または溶接されていることや、モデル内で断面に穴があることが考えられます。有効な断面を結合されたなビーム断面として定義するには、これを結合する必要があります。

通常、断面プロパティツールは、面積や断面二次モーメントなどの形状プロパティが計算されたビーム断面を生成します。ただし、このプロセスを完全に完了して、せん断中心の位置、ねじり定数、反り定数を計算するためには、断面が“結合”されている必要があります。

このツールには、“contact”というオプションが用意されています。

非結合状態のままの3D領域断面や2D空間はすべて自動接触の候補となります。自動接触では、近接しているドメイン同士を接着するための運動方程式が内部的に生成されます。接触オプションには次の3つの値があります：

Best match - ローカルメッシュサイズから計算された内部トレランスに基づいて、空間間の接触を検索します。
Tolerance - ユーザー定義のトレランスに基づいて、空間同士の接触を検索します。
No contact - 接触は検索されません。

領域を接着した後に、上記のように断面プロパティが計算されます。

集約（Consolidation）

ビーム断面やプロパティを集約するオプションが用意されています。プロパティがあまり変化しない大きな角柱のソリッドの断面に有効です。これは、作成されるビーム断面の数を減らすことができます。

与えられたトレランスは、以下の値の逸脱度です:

面積
断面係数
ねじり定数

これらの指標のいずれかが与えられたトレランスの値の許容範囲を超えて逸脱している場合、新しいビーム断面が作成されます。

Shell Section

この設定では、薄板理論に基づいて断面二次モーメントを計算し、HyperBeamエンジンを使用します。切り離された領域をスポット溶接で再結合する自動溶接のオプションが用意されています。

更新する1D要素を選択します。

選択対象がフィルタリングされて、有効な要素（bar2）のみが保持されます。また、OptiStructとNastranの場合は、要素タイプがさらにフィルタリングされて、CBAR/CBEAM要素のみが保持されます。
ソース要素を選択します。
ソースとは、断面プロパティを計算するために使用される、平面と交差するエンティティです。有効なソースタイプは以下のとおりです：
- Surfaces
- 2D要素
板厚を含む有効なプロパティがソースエンティティに割り当てられている必要があります。サーフェスの場合は、この割り当てをコンポーネントレベルで行う必要があります。板厚を持たないエンティティは、選択から除外されます。
マクロダイアログの1つ目のアイコンメニューを使用して、平面の位置と、ソース要素上で交差を作成する位置を定義します。
ガイドバーのをクリックして、以下のようなオプションを定義します:
- ビーム断面にスケッチエンティティをリンクさせるかどうか
- ライン間の小さなギャップを埋めるためのトレランス
- 切り離されているフランジの溶接の可否
- 断面集約
オプション: ターゲット材料を選択します。

材料はオプションとなり、ビーム断面に影響を与えることなく、単にプロパティに割り当てられます。
をクリックします。

断面プロパティの計算が開始されます。このプロセスが完了すると、計算された断面のレビューが表示されます。プロパティは、要素コンフィギュレーションに基づいて作成され、要素に割り当てられます。オフセットはターゲット要素に適用されます。材料とビームの断面は、プロパティによって生成されます。

レビューでは、実際のシェル断面や、オプションがオンになっている場合の自動溶接後のオフセットも考慮します。

VABS断面

この設定は、OptiStructプロファイルでのみ利用できます。複合材シェルモデルとの各交差からツールで生成されたVABSファイルを用いて、OptiStruct PBEAMLを作成します。

更新する1D要素を選択します。

選択対象がフィルタリングされて、有効な要素（bar2）のみが保持されます。
ソースのシェル要素を選択します。

ソースとは、断面プロパティを計算するために使用される、平面と交差するエンティティです。有効な複合材プロパティがソースエンティティに割り当てられている必要があります。
ガイドバーのをクリックして、以下のようなオプションを定義します:
- ビーム要素ごとに生成されるVABSファイルを作成するフォルダー
- プライの交差を表すHMの実際の要素を作成するためのデバッグフラグ
をクリックします。

プライからのメッシュインフレートが実行されます。このプロセスが完了すると、実行後の断面のレビューが表示されます。VABS *.dat ファイルは、オプションで設定したフォルダーに作成されます。

各VABS ファイルを参照するプロパティPBEAMLを要素ごとに作成し、要素に割り当てます。

ツールを終了すると、断面のレビューは表示されなくなります。