OS-T：1392 節点-サーフェス接触とサーフェス-サーフェス接触

本チュートリアルでは、節点-サーフェス接触（N2S）とサーフェス-サーフェス接触（S2S）を使用した２つのパーツ間の接触のセットアップについて学習します。さらに、N2Sの場合は内部的に生成されたCGAPG要素を、S2Sの場合は接触している節点を確認する方法についても説明します。

開始する前に、このチュートリアルで使用するファイルを作業ディレクトリにコピーします。
モデルは、接触する２つの立方体、および構造を圧縮する上部の強制変位から成ります。

os_1392_model
図 1. モデルのイラスト

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。

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blocks_contact.femファイルを選択します。
  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

セットセグメントの作成

読み込まれたモデルには、材料、プロパティ、境界条件および荷重ステップが含まれています。このステップでは、セットセグメントとインターフェースを作成します。
  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Expand Allを選択します。
  2. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Set Segmentを選択してセットセグメントを作成します。

    os_1392_contact_surface_menu
    図 2. Modelブラウザからのセットセグメントの作成
  3. Nameにbottomと入力します。
  4. ModelブラウザでComponentの下のbottomコンポーネントを右クリックしてIsolate Onlyを選択します。
  5. サーフェスに要素とそのフェイスを追加するために、Modelブラウザのbottomセットセグメントを選択し、Entity Stateブラウザで0 Elementsをクリックします。
  6. Elementをクリックし、パネルから要素を選択します。この接触サーフェスはソリッド要素上にあるため、セレクターをSolid facesに切り替えます。
  7. 2番目のドロップダウンメニューをelemsに切り替えます。
  8. elementsをクリックし、displayedをクリックして構造の下部のパートからすべての要素を選択します。
  9. 上部パートと接触しているサーフェス上の３つの節点を選択します。３つの節点はいずれも１つの要素の一部であることを確認します。
  10. returnをクリックして終了します。
  11. 手順3.から9.までを繰り返し、topパートを作成します。

    os_1392_add_contact_surface
    図 3. セットセグメントの追加

接触インターフェースの作成

セットセグメントを使用して２つの接触サーフェスを定義した後、それらの接触条件をプロパティと共に定義する必要があります。接触インターフェースが定義されなければなりません。
  1. Modelブラウザで右クリックしてCreate > Contactを選択します。
  2. Nameにtop_to_bottomと入力します。
  3. Modelブラウザで、新たに作成されたContactを選択し、接触のプロパティを変更します。
  4. TYPEにSLIDEを選択します。
    これで、無摩擦接触となります。
  5. セカンダリサーフェスを選択するために、Secondary Entity IDsの横の欄をクリックします。
    セカンダリサーフェスは、より細かな側でなければならず、ここでは、bottomです（ユーザーズガイドを参照のこと）。
  6. Main Entity IDsにtopを選択します。
  7. DISCRETにN2Sを選択します。
  8. 残りの欄については、現時点ではデフォルトの値を保持しておきます。
  9. Modelブラウザ内の任意の場所をクリックし、これらの変更を適用します。

    os_1392_discret_n2s
    図 4. 接触インターフェースの定義

出力リクエストの作成

モデルの準備の最終ステップは、接触に関連した出力CONTFのリクエストです。これで、Contact Force、Contact Deformation、Contact StatusおよびContact Tractionが出力されます。また、作成された接触要素を確認するために、CONTPRM,CONTGAP、CONTPRM,CONTGRIDおよびGAPPRM,HMGAPSTが使用されます。
  1. メインメニューからSetup > Create > Control Cardsを選択します。
  2. GLOBAL_OUTPUT_REQUESTとCONTFを選択します。

    os_1392_global_output_request
    図 5. Global出力リクエストのセットアップ
  3. 次のパネルでは、下に示すように、接触に関連した出力をリクエストする設定を選択します。

    os_1392_contf
    図 6. 接触に関連した出力のリクエスト
  4. returnをクリックし、カードの定義を完了します。
  5. 上記の手順を繰り返し、図 7に示すようにCONTGAPカードとCONTGRIDカードを作成します。
    それらはCONTPRMコントロールカードの下に用意されています。
  6. UNSUPPORTED_CONTPRMSを選択し、2と入力します。
  7. 続いて、以下のカードを作成します：
    1. CONTPRM,CONTGAP,YES （N2S接触について内部的に生成されたCGAPGを出力）
    2. CONTPRM,CONTGRID,YES（S2S接触内の節点を含んだセットを出力）
  8. returnをクリックします。

    os_1392_contprm
    図 7. CONTPRMカードCONTGAPとCONTGRIDの定義
  9. NextをクリックしてGAPPRMコントロールカードの場所を探し、HMGAPSTをクリックします。
  10. VALUEをYESに設定します。
    CGAPG要素のOpen/Closed（開 / 閉）状態を出力します。

    os_1392_gapprm_hmgapst
    図 8. GAPPRMカードHMGAPSTの定義

Submit the Job

  1. From the Analysis page, click the OptiStruct panel.

    OS_1000_13_17
    図 9. Accessing the OptiStruct Panel
  2. Click save as.
  3. In the Save As dialog, specify location to write the OptiStruct model file and enter Contact_N2S for filename.
    For OptiStruct input decks, .fem is the recommended extension.
  4. Click Save.
    The input file field displays the filename and location specified in the Save As dialog.
  5. Set the export options toggle to all.
  6. Set the run options toggle to analysis.
  7. Set the memory options toggle to memory default.
  8. Click OptiStruct to launch the OptiStruct job.
If the job is successful, new results files should be in the directory where the Contact_N2S.fem was written. The Contact_N2S.out file is a good place to look for error messages that could help debug the input deck if any errors are present.

S2Sのジョブのサブミット

  1. Modelブラウザで、Groupの下のtop_to_bottomカードを選択します。
  2. DISCRETをS2Sに設定します。
  3. Submit the Jobを、新しいファイル名Contact_S2S.femで繰り返します。

結果の表示

Displacements、Element Stresses、Contact Force、Contact Deformation、Contact StatusおよびContact Tractionが計算され、HyperViewのContour panelを使ってプロットすることができます。N2SとS2Sの実行におけるContact Tractionのみを比較します。

Contact Tractionの比較

  1. コマンドウィンドウ内にメッセージProcess completed successfullyが表示されたら、をクリックします。
    HyperViewが起動され、S2S実行について結果が読み込まれます。HyperViewにモデルと結果が読み込まれたことを示すメッセージウィンドウが現われます。
  2. 表示されたら、Closeをクリックし、メッセージウィンドウを閉じます。
  3. page window layoutアイコン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。
  4. fileImportModel-24をクリックしてcontact_N2S.h3dを選択することにより、新しいウィンドウ内のもう１つのモデルを読み込みます。
  5. 2つのウィンドウのうちの1つでContourツールバーアイコンresultsContour-16をクリックします。
  6. Result typeに、Contact Traction/Normal(s)を選択します。
  7. Applyをクリックします。

    os_1392_contour_plot
    図 10. HyperViewのContour Plotパネル
  8. Modelブラウザで、構造のtopパートの選択を解除します。
    接触サーフェスの結果のみが表示されるようになります。

    os_1392_top_unselect
    図 11. HyperViewでの構造のbottomパートの隔離
  9. コンターを表示しているウィンドウ内を右クリックし、Apply Style > Current Page > All selectedを選択して、両方のモデルについて同じ結果を確認します。
    法線方向の接触力のコンタープロットが、両方の実行について表示されます。最大値と最小値を比較すると、S2S解析の力は、N2S解析のものと比べてより均等になっています。

    os_1392_apply_style_menu
    図 12. 1つのウィンドウの設定をページの残り部分に適用

    os_1392_contour_s2s_n2s
    図 13. S2S（左）およびN2S（右）の法線方向の接触力のコンター

内部的に生成されたCGAPC要素の確認

HyperViewで接触力を確認した後、N2S接触について内部的に生成された接触要素をチェックします。
  1. Step 1の手順1.から4.までを繰り返します。
  2. Step 1の4.で選択されたフォルダーにあるContact_N2S.femファイルを選択します。
  3. contact_N2S.contgap.femファイルをインポートすることにより、内部的に作成されたCGAPG要素をImportで読み込みます。
  4. Modelブラウザで、CONTACT1からコンポーネントGapsを右クリックし、ギャップ要素を確認します。
  5. isolate onlyを選択し、要素をより良く見えるようにします。
  6. icon_abcをクリックし、要素のタグをオンにします。
  7. File > Run > Command Fileをクリックし、実行の最後における要素の開 / 閉状態を識別するために、要素セットを作成します。
  8. ファイルcontact_N2S.HM.gapstat.tclを選択します。
  9. HyperMeshでコマンドファイルを実行し、開いた / 閉じたギャップを含んだセットを作成します。
  10. シミュレーションの最後でどのギャップが開いているか / 閉じているかを確認するために、作成された要素セットを確認します。Modelブラウザ内で選択し、Entity StateブラウザでEntity IDsの横の欄をクリックすることで、セットOS_gaps_sub_001_closedを確認します。
    これは、要素をすべて含み、すべてのギャップが閉じていることを示しています。開いているギャップが存在している場合は、別のセットOS_gaps_sub_001_openが作成されています。

    os_1392_review_closed_gaps
    図 14. 解析の最後での閉じたギャップの確認

節点の確認

S2S接触は、CGAPG要素が内部的に生成されない点で、N2Sとは異なります。これは、Step 8におけるプロセスがS2S接触に適用され得ないことを意味します。しかしながら、S2S接触で使用されているメインおよびセカンダリ節点を確認して、接触が正しく構築されているかを確認することができます。
  1. Step 1の手順1.から4.までを繰り返します。
  2. Step 1の4で選択されたフォルダーにあるContact_S2S.femファイルを選択します。
  3. Importで、ファイルcontact_S2S.contgrid.femを読み込むことにより、S2S接触が構築された節点を表す節点セットをインポートします。
  4. Modelブラウザでbottomコンポーネントを右クリックし、isolate onlyを選択して節点を隔離します。
  5. Set Browserを選択します。
    Setブラウザが開きます。
  6. Setブラウザで、セット^SecondGrids_Contact_#1上をクリックし、Showを選択します。
    期待したとおり、接触が、サーフェス全体上に構築されました。

    os_1392_review_slave_nodes
    図 15. S2S接触のセカンダリ節点の確認
  7. コンポーネントtopおよびセット^MainGrids_Contact_#1について、内部的に生成されたCGAPC要素の確認の手順を繰り返します。

接触状態の確認

モデルに接触結果出力リクエストCONTFが含まれている場合、N2SおよびS2S両方の接触の状態もHyperViewで確認することができます。これを見るには、contour plotとしてContact Status/Normal(s)を選択し、Contact Tractionの比較の手順を繰り返します。

os_1392_contour_plot_hv
図 16. HyperViewでのコンタープロットしての接触状態の確認