OS-HM-T: 3000 ゴムリング： 自己接触を用いた衝突とスライド

本チュートリアルでは、OptiStructを使って接触を含むこの非線形大変位陰解法解析で使用されるRBODYを示します。

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。


図 1. 有限要素モデルの設定
以下の演習が含まれます：
  • モデルのHyperMeshへの読み込み
  • 超弾性材料と自己接触のセットアップ
  • 非線形解析のセットアップ
  • 結果のHyperViewでの表示

HyperWorksの起動

  1. Altair HyperWorksを起動します。
  2. New Sessionウィンドウで、HyperMeshを選択します。
  3. プロファイルは、OptiStructを選択します。
  4. Create New Sessionをクリックします。

モデルの読み込み

  1. メニューバーでFile > Import > Solver Deckを選択します。
  2. ファイル保存場所に移動し、rubber_ring_input.femを選択します。
  3. Openをクリックします。
  4. Solver Import Optionsダイアログで、デフォルト設定を受け入れ、Importをクリックします。

モデルのセットアップ

超弾性材料の定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Materialを選択します。
  2. Nameにhyper_elasticと入力します。
  3. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
  4. Card Imageに、ドロップダウンメニューからMATHEを選択します。
  5. MODELにドロップダウンメニューからABOYCEを選択します。
  6. NU（ポワソン比）に0.495と入力します。
  7. RHOに1.11e-09と入力します。
  8. TEXPに0.000165と入力します。
  9. 与えられたTABLES1カーブを使用して、引張-圧縮における応力ひずみ曲線、等二軸引張データ、および純せん断データを定義します。
    1. TAB1はUnspecified > Curvesを選択し、ダイアログでuniaxialを選択します。
    2. TAB2は、Unspecified > Curvesを選択し、ダイアログでbiaxialを選択します。
    3. TAB4は、Unspecified > Curvesを選択し、ダイアログでplanar_shearを選択します。
  10. Closeをクリックします。

プロパティの作成

このステップでは、特性を定義し、超弾性材料のコンポーネントコレクターを更新します。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Propertyを選択します。
  2. Nameにhyper_elasticと入力します。
  3. Card Imageに、ドロップダウンメニューからPSOLIDを選択します。
  4. Materialに、Unspecified > Materialをクリックします。
  5. ダイアログで、材料のリストからhyper_elasticを選択し、OKをクリックします。
  6. Componentブラウザで、Wheelコンポーネントをクリックします。
  7. PropertyにUnspecified > Propertyを選択します。
  8. ダイアログで、プロパティのリストからhyper_elasticを選択し、OKをクリックします。
    コンポーネントWheelは同じ名前のプロパティとともに更新され、“Current Component”となっています。材料hyper_elasticがこのコンポーネントにより参照されています。

PCONTプロパティの作成

このステップでは、自己接触とサーフェス間接触の両方のプロパティを定義します。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Propertyを選択します。
  2. NameにContactと入力します。
  3. Card Imageに、ドロップダウンメニューからPCONTを選択します。
  4. GPAD_OPTチェックボックスを選択し、GPADでNONEを選択します。
  5. STIFFにドロップダウンメニューからHARDを選択します。
  6. MU1に0.3と入力します。
  7. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Propertyを選択します。
  8. Nameにself_contactと入力します。
  9. Card Imageに、ドロップダウンメニューからPCONTを選択します。
  10. GPAD_OPTチェックボックスを選択し、GPADでNONEを選択します。
  11. STIFFにドロップダウンメニューからAUTOを選択します。
  12. MU1に0.3と入力します。
  13. Closeをクリックします。

セットセグメントの作成

このステップでは、後で接触グループの定義に使用されるセットセグメントを定義します。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Set Segmentを選択します。
  2. NameにTopと入力します。
  3. Elementsに0 Elements > Elementsを選択します。
  4. ダイアログで、コンポーネントのリストからTopを選択します。
    Topコンポーネントにシェルフェイスが作成されます。
  5. FACE_FORMATのチェックボックスを選択します。
  6. Closeをクリックします。
  7. 同様に、Baseコンポーネントにセットセグメントを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Set Segmentを選択します。
    2. Nameに、Baseと入力します。
    3. ElementsにBaseコンポーネントを選択します。
    4. FACE_FORMATのチェックボックスを選択します。
  8. ホイールの内面の接触セットセグメントを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Set Segmentを選択します。
    2. NameにRubber_innerと入力します。
    3. Elementsに0 Elements > Facesを選択します。
    4. Wheelコンポーネントの内面を選択し、をクリックします。


      図 2. ホイールの内面に作成されたシェルフェイス
    5. FACE_FORMATのチェックボックスを選択します。
    6. Closeをクリックします。
  9. ホイールの外面の接触セットセグメントを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Set Segmentを選択します。
    2. NameにRubber_outerと入力します。
    3. Elementsに0 Elements > Facesを選択します。
    4. Wheelコンポーネントの外面を選択し、をクリックします。
    5. FACE_FORMATのチェックボックスを選択します。
    6. Closeをクリックします。

接触グループの作成

  1. Modelブラウザで右クリックしてCreate > Groupを選択します。
  2. NameにTop_rubberと入力します。
  3. Card Imageに、Contactを選択します。
  4. Property OptionにProperty Idを選択します。
  5. PIDに、Unspecified > Propertyを選択し、プロパティのリストからContactを選択します。
  6. Secondary Entity IDに、Unspecified > Setを選択し、Rubber_outerセットセグメントを選択します。
  7. Main Entity IDに、Unspecified > Setを選択し、Topセットセグメントを選択します。
  8. MORIENT（contact orientation）にNORMを選択します。
  9. DISCRETにN2S（node to surface）を選択します。
  10. TRACKにCONSLIを選択します。
  11. Closeをクリックします。
  12. 別の接触グループを作成します。
    1. Nameに、Bottom_rubberと入力します。
    2. Card Imageに、Contactを選択します。
    3. Property OptionにProperty Idを選択します。
    4. PIDに、Unspecified > Propertyを選択し、プロパティのリストからContactを選択します。
    5. Secondary Entity IDに、Unspecified > Setを選択し、Rubber_outerセットセグメントを選択します。
    6. Main Entity IDに、Unspecified > Setを選択し、Baseセットセグメントを選択します。
    7. その他すべてのパラメータを、Top_rubber接触グループに合わせて設定します。
    8. Closeをクリックします。
  13. 3つ目の接触グループを作成し、リングの内面の自己接触を定義します。
    1. Nameにself_contactと入力します。
    2. Card Imageに、Contactを選択します。
    3. Property OptionにProperty Idを選択します。
    4. PIDに、Unspecified > Propertyを選択し、プロパティのリストからself_contactを選択します。
    5. Secondary Entity IDに、Unspecified > Setを選択し、Rubber_innerセットセグメントを選択します。
    6. MORIENT（contact orientation）にNORMを選択します。
    7. DISCRETにS2S（surface to surface）を選択します。
    8. TRACKにCONSLIを選択します。
    9. Closeをクリックします。

荷重と境界条件の適用

最初の荷重ステップのSPCの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
    エンティティエディターにデフォルトの荷重コレクターがに表示されます。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にspc_top1と入力してproceedをクリックします。
  3. メニューバーからAnalyzeリボンを選択します。
  4. リボンで、BCs > Constraintsを選択します。


    図 3.
  5. Constraintsパネルで、上のコンポーネント（Top）に対応する節点2269を選択します。
  6. 最初の荷重ステップ（Compression）に境界条件を割り当てます。
    1. dof1、dof3、dof4、dof5、dof6のチェックボックスを選択します。
    2. createをクリックします。
    3. 前のチェックボックス選択をクリアし、dof2を選択します。
    4. dof2テキストボックスに-6.44と入力します。
      これにより、負のY方向の変位の大きさを6.44に設定します。
    5. createをクリックします。
    6. returnをクリックします。

2番目の荷重ステップのSPCの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にspc_top2と入力してproceedをクリックします。
  3. メニューバーからAnalyzeリボンを選択します。
  4. リボンで、BCs > Constraintsを選択します。


    図 4.
  5. Constraintsパネルで、上のコンポーネント（Top）に対応する節点2269を選択します。
  6. 2つ目の荷重ステップ（滑りを伴う圧縮）の境界条件を割り当てます。
    1. dof3、dof4、dof5のチェックボックスを選択し、createをクリックします。
    2. 前のチェックボックスをクリアし、dof1、dof2、dof6を選択します。
    3. dof1に-13.000と入力します。
    4. dof2に-6.44と入力します。
    5. dof6に-10.44と入力します。
    6. createをクリックします。
    7. returnをクリックします。

Base WheelのSPC作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
  2. NameにSPC_base_wheelと入力します。
  3. ComponentブラウザでWheelコンポーネントを右クリックしてIsolateを選択します。
  4. メニューバーからAnalyzeリボンを選択します。
  5. リボンで、BCs > Constraintsを選択します。


    図 5.
  6. Constraintsパネルで、nodes > displayedを選択します。
  7. dof3チェックボックスを選択し、createをクリックします。
  8. returnをクリックします。
  9. 2つ目の荷重コレクターを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
    2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にSPC_base_wheel_2と入力してproceedをクリックします。
    3. Constraintsパネルが開きます。
    4. Modelブラウザで、前面の節点ラインを選択します。


      図 6. WheelとBaseに拘束を適用
    5. dof1チェックボックスを選択し、createをクリックします。
    6. Baseコンポーネントの節点2266を選択します。
    7. すべてのdofチェックボックスを選択し、createをクリックします。
    8. returnをクリックします。

ベースコンポーネントのSPCの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
  2. NameにSPC_baseと入力します。
  3. メニューバーからAnalyzeリボンを選択します。
  4. リボンで、BCs > Constraintsを選択します。


    図 7.
  5. Constraintsパネルで、ベースコンポーネントに対応する節点2266を選択します。
  6. すべてのdofチェックボックスを選択し、createをクリックします。
  7. returnをクリックします。

SPCADD荷重コレクターの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にSPCADD1と入力してproceedをクリックします。
  3. SPCADD_Num_Setに3と入力します。
  4. Loadcol リストに、0 Loadcols > Load Collectorsを選択し、荷重コレクターのリストからspc_top1、SPC_base_wheel_2、および SPC_base_wheelを選択します。
  5. OKをクリックし、次にCloseをクリックします。
  6. 2つ目のSPCADD荷重コレクターを作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
    2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にSPCADD2と入力してproceedをクリックします。
    3. SPCADD_Num_Setに3と入力します。
    4. Loadcol リストに、0 Loadcols > Load Collectorsを選択し、荷重コレクターのリストからspc_top2、SPC_base_wheel、および SPC_baseを選択します。
    5. OKをクリックし、次にCloseをクリックします。

非線形解析パラメータの定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
  2. NemeにNLPARMと入力します。
  3. Config typeに、ドロップダウンメニューからNonlinear Parametersを選択します。
    TypeにNLPARMが自動的に選択されます。
  4. NINCに2000と入力します。
  5. MAXITERに25と入力します。
  6. CONVにドロップダウンメニューからUPWを選択します。
  7. EPSUに0.001と入力します。
  8. EPSPに0.001と入力します。
  9. EPSWに1e-11と入力します。
  10. Closeをクリックします。

NLADAPT荷重ステップ入力の定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にNLADAPT1と入力してproceedをクリックします。
  3. Config typeに、ドロップダウンメニューからTime step Parametersを選択します。
    TypeにNLADAPTが自動的に選択されます。
  4. DTMAXチェックボックスを選択し、VALUEに0.1を入力します。
  5. DTMINチェックボックスを選択し、VALUEに1e-06を選択します。
  6. Closeをクリックします。
  7. 2つ目のNLADAPT荷重ステップ入力を作成します。
    1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
    2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にNLADAPT2と入力してproceedをクリックします。
    3. DTMAXチェックボックスを選択し、VALUEに0.025を入力します。
    4. DTMINチェックボックスを選択し、VALUEに1e-06を選択します。
  8. Closeをクリックします。

CNTSTB荷重コレクターの定義

  1. ModelブラウザでCreate > Load Collectorをクリックします。
  2. NemeにCNTSTBと入力します。
  3. Card Imageに、ドロップダウンメニューからCNTSTBを選択します。
  4. S1に1e-05と入力します。
  5. SCALEに1と入力します。
  6. TFRACTに0.1と入力します。

NLOUT荷重ステップ入力の定義

  1. ModelブラウザでCreate > Load Step Inputsをクリックします。
    デフォルトの荷重ステップ入力エディタウィンドウが開きます。
  2. NemeにNLOUTと入力します。
  3. Config Typeに、ドロップダウンメニューからOutput Parametersを選択します。
    デフォルトでは、タイプNLOUTが選択されています。
  4. Nonlinear Incremental Outputに、ドロップダウンメニューからNINTを選択します。
  5. VALUEに、500と入力します。
  6. SVNONCNVチェックボックスを選択し、VALUEでYESを選択します。

出力コントロールパラメータの定義

  1. Analyze リボンを選択します。
  2. Runツールグループのドロップダウンメニューで、Control Cardsを選択します。
  3. Control CardsパネルでGLOBAL_OUTPUT_REQUESTを選択します。
  4. CONTF、DISPLACEMENT、ELFORCEとSTRESSを選択します。
  5. 選択されたすべての出力パラメータ、FORMAT(1)にH3Dを選択します。
  6. returnをクリックします。

パラメータをアクティブ化する

  1. Control CardsパネルでPARAMを選択します。
  2. LGDISP、NLMON、HASHASSMとUNSYMSLVを選択します。
  3. HASHASSMを、YESを設定します。
  4. LGDISP_V1(1)に1を選択します。
  5. NLMONのVALUEは、DISPを選択します。
  6. UNSYMSLVのVALUEは、YESを選択します。
  7. returnをクリックします。

グローバルケースコントロールのアクティブ化

  1. Control CardsパネルでGLOBAL_CASE_CONTROLを選択します。
  2. Control CardsにCNTNLSUBを選択します。
  3. OPTIONをYESに設定します。
  4. returnをクリックします。

サブケースの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Stepを選択します。
    エンティティエディターにデフォルトの荷重コレクターがに表示されます。
  2. NameにRing_Downと入力します。
  3. Typeに、Non-linear staticを選択します。
  4. Unspecified > LoadcolまたはUnspecified > Load step inputsをクリックし、ダイアログで選択すること で、荷重コレクターと荷重ステップ入力を指定します。
    1. SPCにSPCADD1を選択し、OKをクリックします。
    2. NLPARMにNLPARMを選択し、OKをクリックします。
    3. NLADAPTにNLADAPT1を選択し、OKをクリックします。
    4. NLOUTにNLOUTを選択し、OKをクリックします。
    5. CNTSTBにCNTSTBを選択し、OKをクリックします。
    6. Closeをクリックします。
  5. Modelブラウザで右クリックし、Create > Load Stepを選択して2つ目の荷重ステップを作成します。
  6. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にRing_Down2と入力してproceedをクリックします。
  7. Typeに、Non-linear staticを選択します。
  8. Unspecified > LoadcolまたはUnspecified > Load step inputsをクリックし、ダイアログで選択すること で、荷重コレクターと荷重ステップ入力を指定します。
    1. SPCにSPCADD2を選択し、OKをクリックします。
    2. NLPARMにNLPARMを選択し、OKをクリックします。
    3. NLADAPTにNLADAPT2を選択し、OKをクリックします。
    4. NLOUTにNLOUTを選択し、OKをクリックします。
    5. CNTSTBにCNTSTBを選択し、OKをクリックします。
    6. Closeをクリックします。

データベースの保存

  1. File > Saveをクリックします。
  2. File Nameにrubber_ring.hmと入力します。
  3. Saveをクリックします。

解析の実行

  1. Analyze リボンを選択します。
  2. Runツールグループで Run OptiStruct Solverを選択します。
  3. save asをクリックします。
  4. 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rubber_ring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。
  5. 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。
  6. export optionsのトグルをallにセットします。
  7. run optionsのトグルをanalysisにセットします。
  8. memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
  9. OptiStructをクリックして解析を実行します。
    ジョブが成功すれば、ファイルを書き込むディレクトリに新しいファイルが作成されます。エラーがある場合、OptiStructはエラーメッセージも出します。エラーに関する詳細は、テキストエディタでファイル rubber_ring.outを開いて確認することができます。このファイルは同じディレクトリ内に.femファイルとして書き出されます。

結果の可視化

  1. Solverウィンドウで、Resultsを選択し、結果をHyperViewで開きます。
  2. HyperView、Contour を選択します。
  3. Result Typeで、1つ目のドロップダウンメニューからElement Stresses (2D & 3D) (t)を選択します。
  4. Result Typeで、2つ目のドロップダウンメニューからvonMisesを選択します。
  5. Applyをクリックします。


    図 8. 最初の荷重ステップの応力結果


    図 9. 第2ステップの応力結果
  6. Result Typeで、1つ目のドロップダウンメニューからDisplacementを選択します。
  7. Result Typeで、2つ目のドロップダウンメニューからMagを選択します。
  8. Applyをクリックします。


    図 10. 最初の荷重ステップの変位結果


    図 11. 第2荷重ステップの変位結果