OS-T：1310 直接法によるブラケットの過渡応答解析

本チュートリアルでは、既存のブラケットの有限要素モデルを用いて、OptiStructによる直接時刻歴動的応答解析の実行の仕方について実際に示します。時刻歴動的荷重の下でのブラケットの変形特性のポスト処理には、HyperGraphが用いられます。

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。

bracket_model
図 1. ブラケットの有限要素モデル
ブラケットは２つの脚の底の部分が拘束されています。時刻歴動的荷重が上部の節点、穴の周りの平らな面に負のz-方向に作用します。荷重の時刻歴をFigure 2に示します。直接時刻歴解析は合計４秒間、800の増分に分割して（即ち、時間ステップは 0.005）実行されます。モデルの構造減衰が考慮されます。集中質量要素がスパイダー部分の中心に定義され、穴の中心の集中質量の場所でz方向変位がモニターされます。

time_history
図 2. 作用荷重の時刻歴

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bracket_transient.hm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

TABLED1カーブの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Curveを選択します。
  2. Nameにtabled1と入力します。
  3. Curve Editorで図 3に示す値を入力します：


    図 3. 荷重の時間履歴を示すカーブ
  4. Curve Editorを閉じます。
  5. カーブのtabled1を選択します。
  6. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
  7. Card Imageに、ドロップダウンメニューからTABLED1を選択します。
  8. Closeをクリックします。
    荷重の時刻歴を定義するTABLED1が作成されました。

TSTEP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. Nameにtstepと入力します。

    過渡時間ステップは、解を計算し出力する時間ステップ間隔を定義します。

  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TSTEPを選択します。
  5. TSTEP_NUMに1と入力し、を押します。
  6. Nに、タイムステップ数800を入力します。
  7. DTに、時間の増分0.005を入力します。
    荷重が作用する全時間は、800 x 0.005 = 4秒となります。これは、出力要求がされる時間ステップ数の間隔になります。NOはデフォルト値の1.0です。
  8. Closeをクリックします。

DAREA荷重コレクターの作成

ブラケット上面にかかる力を定義します。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
  2. Nameにdarea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、NONEを選択します。
  5. BCs > Create > Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
  6. nodes > by setsをクリックします。
    2つのセットが表示されます。
  7. forceを選択し、selectをクリックします。
    セット force に属する節点が選択されます。
  8. dof3を除くすべての自由度を、それぞれの隣のボックスをクリックして選択解除し、dof3のみがアクティブな自由度になるようにします。
  9. dof3に値-1500を入力します。
  10. load types=にDAREAを選択します。
  11. createをクリックします。
    これで選択された節点の負の z 方向に 1500 ユニットの荷重が負荷されます。
  12. returnをクリックし、メインメニューに戻ります。

TLOAD荷重ステップ入力の作成

  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. Nameに、tload1と入力します。
  3. Config typeに、ドロップダウンリストからDynamic Load – Time Dependentを選択します。
  4. TypeにドロップダウンメニューからTLOAD1を選択します。
  5. Exciteidに、Unspecified > Loadcolをクリックします。
  6. Select Loadcolダイアログで、荷重コレクターのリストからdareaを選択します。
  7. OKをクリックして選択を完了します。
  8. 同様にして、TID欄に（荷重時刻歴を定義するために）tabled1カーブを選択します。
    加振のタイプには、荷重（力またはモーメント）、強制変位、速度、または加速度を与えることができます。TLOAD荷重ステップ入力の[TYPE]欄で荷重のタイプを定義します。タイプはデフォルトでapplied loadにセットされます。

荷重ステップの作成

直接法による過渡解析を実行するための荷重ステップです。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Stepを選択します。
    デフォルトの荷重ステップテンプレートが、Modelブラウザの下のエンティティエディターに表示されます。
  2. Nameにtransientと入力します。
  3. Analysis typeに、ドロップダウンメニューからTransient(direct)を選択します。
  4. Select Loadcolダイアログで、spcsを選択します。
  5. DLOADに、Select Load Step Inputsポップアップウィンドウからtload1を選択します。
  6. TSTEP(TIME)をアクティブにし、前に作成した荷重コレクターtstepを選択します。
    直接時刻歴動的応答解析の荷重と境界条件を指定したサブケースが生成されます。

減衰パラメータの作成

  1. Setup > Create > Control Cardsをクリックし、Control Cardsパネルを開きます。
  2. nextをクリックし、更にカードを表示させます。
  3. PARAMをクリックし、パラメータカードを定義します。
  4. スクロールダウンしてGをアクティブにし、G_V1をクリックして0.2と入力します。
    このパラメータは直接法過渡応答解析の一様な構造減衰の指定に用いられます。
  5. スクロールダウンしてW3をアクティブにし、W3_V1をクリックして300と入力します。
    このパラメータは時刻歴解析で、構造減衰を等価な粘性減衰に変換するのに用いられます。
  6. returnをクリックします。

出力リクエストの作成

  1. GLOBAL_OUTPUT_REQUESTSをクリックしてDISPLACEMENTを選択し、FORMATの直下のスペースはブランクのままにしておきます。
  2. FORM(1)にBOTHを選択します。
  3. OPTION(1)にSIDを選択します。
    SIDというラベルの黄色いボタンがポップアップします。
  4. SIDをダブルクリックし、centerを選択します。
  5. centerのオプションを選択します。
    このセットは、質量要素のあるスパイダー中心の節点、すなわち節点395を示します。
  6. return > nextをクリックします。
  7. OUTPUTをクリックします。
  8. number_of_outputs =に2と入力します。
  9. KEYWORDにH3DとHGTRANSを選択します。
  10. FREQに両方ともALLを選択します。
  11. returnを2回クリックし、Control Cardsパネルを終了します。

データベースの保存

ファイルを保存するディレクトリを設定します。

  1. File > Save as > Modelをクリックします。
  2. File nameにbracket_transient_direct.hmと入力します。
  3. Saveをクリックします。

Submit the Job

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

    OS_1000_13_17
    図 4. Accessing the OptiStruct Panel
  2. Click save as.
  3. In the Save As dialog, specify location to write the OptiStruct model file and enter bracket_transient_direct 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 bracket_transient_direct.fem was written. The bracket_transient_direct.out file is a good place to look for error messages that could help debug the input deck if any errors are present.
The default files written to the directory are:
bracket_transient_direct.html
HTML report of the analysis, providing a summary of the problem formulation and the analysis results.
bracket_transient_direct.out
OptiStruct output file containing specific information on the file setup, the setup of your optimization problem, estimates for the amount of RAM and disk space required for the run, information for each of the optimization iterations, and compute time information. Review this file for warnings and errors.
bracket_transient_direct.h3d
HyperView binary results file.
bracket_transient_direct.res
HyperMesh binary results file.
bracket_transient_direct.stat
Summary, providing CPU information for each step during analysis process.
bracket_transient_direct.mvw
HyperView session file.
This file is only created when transient analysis is performed. This file automatically creates plots for the displacement, velocity and acceleration results contained in the file.

変位結果のポスト処理

  1. OptiStructパネルでHyperViewをクリックし、HyperViewを起動します。
  2. File > Open > Sessionをクリックします。
  3. HyperViewセッションファイルbracket_transient_direct.mvwを、入力ファイルが実行されたディレクトリから選択します。
    次のメッセージが現われます：

    message
    図 5.
  4. Yesをクリックし、メッセージウィンドウを閉じます。
    荷重がz-方向のみに作用していることから、節点 395のz-方向変位の時刻歴に着目することになります。
    このファイルはファイルに含まれる変位の結果のプロットを自動的に生成します。
  5. Curve Attributesツールバーアイコンpalette-24をクリックし、X TransカーブとY Transカーブをオフに切り替えます。これはそれぞれのカーブ（X TransとY Trans）を選択し、下のようにその属性Offをクリックすることで可能です。

    rd2030_pic6
    図 6.
  6. options-24をクリックし、節点395のｙ軸(すなわち、Z方向変位)を画面にフィットさせます。
  7. 必要な場合、色や線の属性も変更できます。

    rd2020_z-displacement
    図 7. モーダル時刻歴動的応答解析でのスパイダー中心の集中質量のZ-方向変位の時刻歴
    上のイメージで観察されるように、節点 395の変位は、負のz方向の荷重に伴い、変位も負のz方向になっています。変位は、モデルのモーダル減衰により、最終的には減衰しています。