OS-T:1000 穴あきプレートの線形静的解析

本チュートリアルでは、与えられた穴のある板のCAD形状の上にどのように有限要素を生成するかを示します。さらに、境界条件を指定して問題の有限要素解析を実行する方法を説明します。荷重を受けた板の変形や応力特性の表示にはHyperViewポスト処理ツールが用いられます。

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。

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。

モデルのオープン

  1. File > Open > Modelをクリックします。
  2. 自身の作業ディレクトリに保存したplate_hole.hmファイルを選択します。
  3. Openをクリックします。
    plate_hole.hmデータベースが現在のHyperMeshセッションに読み込まれます。

モデルのセットアップ

Create the Material

  1. Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Materialを選択します。
    デフォルトの材料がEntity Editorに表示されます。
  2. For Name, enter steel.
  3. Set Card Image to MAT1.
  4. Enter the material values next to the corresponding fields.
    1. For E (Young's Modulus), enter 2.1E+05.
    2. For NU, (Poisson's Ratio), enter 0.3.
    3. For RHO (Mass Density), leave it undefined since only a static analysis is performed.
    1. Material Property Values for steel


    A new material, steel, has been created. The material uses OptiStruct's linear isotropic material model, MAT1.
  5. Click Close.

Create the Property

  1. Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Propertyを選択します。
    デフォルトのプロパティがEntity Editorに表示されます。
  2. For Name, enter plate_hole.
  3. Set Card Image to PSHELL.
  4. Enter the property values next to the corresponding fields.
    空のValueランは、それがオフになっていることを表します。そのようなプロパティを編集するには、その横で空白となっているValue欄をクリックし、値を入力します。
    1. For Material, click Unspecified > Material. In the Select Material dialog, select steel and click OK.
    2. For T (thickness of the plate), enter 10.0.
    2. Property Values for plate_hole


A new property, plate_hole, has been created as a 2D PSHELL. Material information is also linked to this property.

Update the plate_hole Component

  1. In the Model Browser, click on the component plate_hole.
    The component fields are displayed in the Entity Editor below.
  2. For Property, click Unspecified > Property. In the Select Property dialog, select plate_hole and click OK.
    3.

    os_1000_13_06
The component plate_hole has been updated with a property of the same name, and is now the current component. This component uses the plate_hole property definition with a thickness value of 10.0. The material steel is referenced by this component.

荷重と境界条件の適用

次のステップでは、モデルの外側の4辺のうち、向かい合った2辺を動かないように拘束します。他の2辺は非拘束のままとします。穴の周辺に合計1000Nの荷重を、正のZ方向に作用させます。

Create Load Collectors

  1. Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターがEntity Editorに表示されます。
  2. For Name, enter spcs.
  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. Set Card Image to None and click Close.
    A new load collector, spcs is created.
    4. Creating the spcs Load Collector


  5. Create another load collector.
    1. For Name, enter forces.
    2. For Card Image, select None.

拘束の作成

  1. Model BrowserでLoad Collectorフォルダーのspcsを右クリックしてMake Currentを選択し、spcsを現在の荷重コレクターにセットします。
    5. 現在の荷重コレクターとしてspcsを設定

    os_1000_13_08
  2. menu barからBCs > Create > Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
    6. Constraintsパネルへのアクセス

    os_1000_13_09
  3. エンティティ選択スイッチで nodesが選択されていることを確認します。
    7. エンティティ選択スイッチをクリックした後のメニュー

    os_1000_13_10
  4. Shiftを押したままマウスをクリック&ドラッグし、プレートの2つの端点上の節点を選択します。
    8. 拘束条件として選択すべき節点群

    OS_1000_13_23
  5. dof1dof2dof3dof4dof5dof6のすべての値を 0.0に設定し、拘束ます。
    • チェックマークのついている自由度は拘束され、ついていないものはフリーとなります。
    • Dofs 1、2および3は、x、y、z方向の並進自由度を表します。
    • Dof 4、5、および6は、x、y、z方向の回転自由度を表します。
    9. 選択された節点群の自由度をすべて拘束

    os1000_13_13
  6. createをクリックします。
    制約条件が選択された節点に適用されます。
  7. returnをクリックし、メインメニューに戻ります。

穴の周りの節点への力の生成

  1. Model Browserで、current load collectorをforcesに設定します。
  2. menu barからBCs > Create > Forcesをクリックし、Forcesパネルを開きます。
  3. 左クリックと同時にShiftを押し、マウスボタンを放して選択オプションにアクセスします。Circle Interiorを選択します。
    10. 円形(円の内側)選択ウィンドウの選択

    os_1000_13_13
  4. Shiftを押したままマウスをクリック&ドラッグし、穴の周りの節点群を選択します。
    11. 穴の周りの荷重の付与に選択される節点群

    os1000_interior_circle_13
  5. Forcesパネルで設定を定義します。
    1. coordinate systemのトグルはglobal systemにセットします。
    2. ベクトル定義をconstant vectorに切り替えます。
    3. magnitude =欄に21.277と入力します(1000を節点数47で割った値)。
    4. magnitude =の下の方向定義スイッチをz-axisにセットします。
    12. 力に方向と大きさを割り当て

    os_1000_13_15
  6. createをクリックします。
    穴の周りの節点に対して、節点力が与えられた大きさでz-方向に付与されます。
  7. returnをクリックし、メインメニューに戻ります。

荷重ステップの作成

  1. Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Load Stepを選択します。
  2. Nameにlateral forcesと入力します。
  3. Analysis typeを<uicontrol>Linear Static</uicontrol>に設定します。
  4. SPCを定義します。
    1. SPCに、Unspecified > を選択してアドバンスト選択を開きます。
    2. ダイアログで、spcsを選択し、OKをクリックします。
  5. Subcase OptionsでLOAD > Loadcolidを選択します。
  6. LOADに、Unspecified > を選択してアドバンスト選択を開きます。
  7. ダイアログで、forcesを選択し、OKをクリックします。

これで、荷重コレクターspcs内のconstraintsと荷重コレクターforces内のforcesを参照するOptiStruct荷重ステップが作成されました。

13. lateral forces荷重ステップの作成


ジョブのサブミット

  1. AnalysisページからOptiStructパネルをクリックします。
    14. OptiStructパネルへのアクセス

    OS_1000_13_17
  2. save asをクリックします。
  3. 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plate_hole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。
  4. 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。
  5. export optionsのトグルをallにセットします。
  6. run optionsのトグルをanalysisにセットします。
  7. memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
  8. OptiStructをクリックし、OptiStructジョブを開始します。
ジョブが成功した場合、plate_hole.femが書き出されたディレクトリに新しい結果ファイルがあるはずです。何らかのエラーがある場合、plate_hole.outファイルはデバッグを手助けするエラーメッセージを探すのに良い場所です。
そのディレクトリに書かれるデフォルトのファイルは:
plate_hole.html
問題の定式と解析結果のサマリーに関する解析のHTMLレポート。
plate_hole.out
ファイルの設定、最適化問題の設定、実行に必要なRAMおよびディスクスペースの推定量、各最適化反復計算の情報、解析時間等、特定の情報を含むOptiStructの出力ファイル。ワーニングおよびエラーに関しては、このファイルを確認すること。
plate_hole.h3d
HyperViewバイナリ結果ファイル。
plate_hole.res
HyperMeshバイナリ結果ファイル。
plate_hole.stat
解析のプロセスの間のそれぞれのステップでのCPU情報を提供する、解析のプロセスの要約。

View the Results

Displacement and Stress results for linear static analyses are output from OptiStruct by default. The following steps describe how to view those results in HyperView.

HyperView is a complete post-processing and visualization environment for finite element analysis (FEA), multibody system simulation, video and engineering data.

応力のコンタープロットの表示

  1. OptiStructパネルから、HyperViewをクリックします。
    HyperViewが起動され、結果が読み込まれます。HyperViewにモデルと結果が正しく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. ResultsツールバーでresultsContour-16をクリックし、Contour panelを開きます。
  3. Contour panelでセッティングを定義します。
    1. Result typeの下の1つ目のプルダウンメニューをElement Stresses (2D & 3D) (t)に、2つ目のプルダウンメニューをvonMisesに設定します。
    2. Averaging MethodをNoneに設定します。
    15. Contour panel

    OS_1000_13_20
  4. Applyをクリックします。
    フォンミーゼス応力を示すコンタープロットが表示されます。モデルのそれぞれの要素は、与えられた荷重と境界条件に対する結果の要素のフォンミーゼス応力の目盛の色で表示されます。
  5. View ControlsツールバーのXY Top Plane Viewアイコンをクリックし、モデルのビューを変更します。
    16. 指定のサブケースのvonMises応力プロット

    OS_1000_13_21
現在の問題についての理解を確認するために、以下の質問に回答してみます。
  • 最大 von Mises 応力の値はどのようになっていますか?
  • 最大応力の場所はどこに生じていますか?
  • モデルに与えられた境界条件に対して妥当と考えられますか?

変位のコンタープロットの表示

  1. Result typeの下の1つ目のプルダウンメニューをDisplacement (v)に、2つ目のプルダウンメニューをMagに設定します。
  2. Applyをクリックします。
結果のコンターは与えられた荷重と境界条件に対する変位場を示します。
現在の問題についての理解を確認するために、以下の質問に回答してみます。
  • 最大変位の値はどのようになっていますか?
  • 最大変位の場所はどこに生じていますか?
  • モデルに与えられた境界条件に対して妥当と考えられますか?

変形形状の表示

  1. View ControlsツールバーのIsometric Viewモデルのアイソメトリックビューを表示させます。
  2. DeformedツールバーアイコンresultsDeformed-24をクリックします。
  3. Deformedパネルで設定を定義します。
    1. Result typeをDisplacement(v)に設定します。
    2. ScaleをScale factorにセットします。
    3. TypeをUniformにセットします。
    4. Valueに500と入力します。
      これは解析結果の変位の倍率を500倍にすることを意味します。
    5. Undeformed shapeの下のShowをWireframeにセットします。
  4. Applyをクリックします。
変位のコンターを伴うモデルの変形プロットが、元の変形していない状態のメッシュに重ねて等距離図法で表示されます。
17. モデルの単位を500にした時の変形前の元のメッシュに重ねた変形の等距離図表示(モデルユニットは500に設定)

OS_1000_13_22