OS-HM-T:1010 コーヒーポットのふたの熱荷重を考慮した線形静解析

チュートリアルレベル：初級本チュートリアルでは、既存のプラスチックコーヒーポットのふたの有限要素モデルを用いて、熱荷重を適用しOptiStruct線形静解析を実行する方法を示します。

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。

ふたの変形や応力特性の測定にはHyperViewポストプロセッシングツールが用いられます。

以下の演習が含まれます：
  • HyperMeshデータベースファイルを取得します。
  • HyperMeshで問題をセットアップします。
  • モデルに荷重を適用します。
  • ジョブをサブミットします。
  • 結果をHyperViewで表示します。

Launch HyperWorks

  1. Launch Altair HyperWorks.
  2. In the New Session window, select HyperMesh from the list of tools.
  3. For Profile, select OptiStruct.
  4. Click Create Session.
    図 1. Create New Session


    This loads the user profile, including the appropriate template, menus, and functionalities of HyperMesh relevant for generating models for OptiStruct.

モデルファイルを開く

  1. メニューバーでFile > Open > HyperMesh Modelを選択します。
  2. 作業ディレクトリに保存されているcoffee_lid.hmファイルに移動し、選択します。
  3. Openをクリックします。
    coffee_lid.hmデータベースが現在のHyperMeshセッションに読み込まれ、既存のデータが置き換えられます。
    図 2. モデルインポートオプション


    ヒント: または、ファイルブラウザウィンドウからビューポートにファイルをドラッグ＆ドロップすることもできます。

モデルのセットアップ

このチュートリアルの疲労解析セットアップの概要はブロック図に示されています。
図 3. 疲労のセットアップ正弦波掃引 - SN損傷


材料の生成

読み込まれたモデルは、材料のない2つのコンポーネントコレクターから成っています。コンポーネントコレクターには材料コレクターが生成され、割り当てられる必要があります。

  1. Model Browser内で右クリックし、Create > Materialを選択します。
    エンティティエディターにデフォルトのMAT1材料テンプレートが表示されます。
  2. Nameにplasticと入力します。
  3. 次の材料値をダイアログに入力します。
    1. [E] Young’s modulus = 1137
    2. [NU] Poisson’s ratio = 0.26
    3. [A] Coefficient of linear thermal expansion = 8.1e-05
    この材料は、OptiStructの線形等方性材料モデルMAT1を用いています。材料プロパティの隣に値が表示されていない場合、そのプロパティはオフになっています。静的解析のみを行うため、密度値を定義する必要はありません。密度の値は、その他の解析に必要な場合があります。
    図 4. plasticの材料プロパティ


プロパティの編集とコンポーネントコレクターの更新

  1. Model Browserで、Propertyフォルダーを展開し、PSHELLをクリックします。
    PSHELLプロパティのエントリがエンティティエディターに表示されます。
  2. 板厚値Tが2.5に設定されていることを確認します。
  3. Materialの値フィールドが<Unspecified>に設定されていることに注目してください。
    これは、このプロパティによって参照される材料特性がないことを示します。
  4. MaterialにUnspecified > Materialを選択します。
    図 5. プロパティPSHELLに材料plasticを選択


  5. Select Materialダイアログでを選択し、OKをクリックします。
    材料plasticがプロパティPSHELLに割り当てられます。
    図 6. Entity EditorのPSHELLのプロパティエントリ欄


  6. 1から5までの手順を繰り返して、plasticプロパティを PSHELL1に割 り 当て ます。

モデルに荷重を適用します。

拘束は既にモデルに与えられています。次のステップでは、熱荷重を与えます。

荷重コレクターの作成

  1. Model Browser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テンプレートが表示されます。
  2. Nameにtemp_initialと入力します。
  3. Card Imageに、TEMPDを選択します。
  4. Default Temperature Value (T1)に70を入力します。
  5. Closeをクリックします。
    図 7. temp_initial荷重コレクターの作成


  6. 同様にして、thermal_loadingという名称の荷重コレクターを作成します。
  7. Card Imageに、TEMPDを選択します。
  8. Default Temperature Value (T1)に70を入力します。
  9. Closeをクリックします。
    図 8. thermal_loading荷重コレクターの作成


温度荷重の生成

  1. Analyzeリボンで、 Temperaturesを選択します。
  2. Entitiesの場合は、Nodesを選択します。
  3. Advanced Selectionウィンドウで、PSHELLとPSHELL1の両方を選択し、OKをクリックします。
  4. Valueに200と入力します。
  5. CreateとCloseをクリックします。
    図 9. 温度荷重の生成


サブケースの作成

OptiStructサブケースは荷重ステップとも呼ばれます。

  1. Model Browser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ステップテンプレートが表示されます。
  2. Nameにbrew cycleと入力します。
  3. Analysis typeには、Linear Staticを選択します。
  4. SPCに、Unspecified > Loadcolを選択します。
    図 10. 制約の選択


  5. Select Loadcolダイアログでを選択し、OKをクリックします。
  6. TEMPのチェックボックスを選択します。
  7. TEMPに、Unspecified > Loadcolをクリックします。
  8. Select Loadcolダイアログでtemp_initialを選択し、OKをクリックします。
  9. 同様に、TEMP_LOADを選択し、TEMP_LOADにはUnspecified > Loadcolを選択します。
  10. Select Loadcolダイアログでを選択し、Closeをクリックします。
    図 11. 荷重ステップbrew cycleの生成


Submit the Job

Run OptiStruct.

  1. From the Analyze ribbon, click Run OptiStruct Solver.
    図 12. Select Run OptiStruct Solver


    A browser window opens.
  2. Select the directory where you want to write the OptiStruct model file.
  3. For File name, enter lid_complete.
    The .fem filename extension is the recommended extension for Bulk Data Format input decks.
  4. Click Save.
  5. Click Export.
  6. For export options, toggle all.
  7. For run options, toggle analysisoptimization.
  8. For memory options, toggle memory default.
  9. Click Run.
    If the job is successful, you should see new results files in the directory in which lid_complete.fem was run. The lid_complete.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 your directory are:
    lid_complete.html
    HTML report of the analysis, providing a summary of the problem formulation and the analysis results.
    lid_complete.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.
    lid_complete.h3d
    HyperView binary results file.
    lid_complete.res
    HyperMesh binary results file.
    lid_complete.stat
    Summary, providing CPU information for each step during analysis process.

応力と変位のコンタープロットの表示

  1. Contourをクリックします。
  2. Results typeに、Displacement (v)を選択します。
  3. Data typesにMagを選択します。
    この変位の大きさを表します。
  4. Applyをクリックします。
    モデルのコンターが表示されるはずです。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表しています。
    図 13. 変位の等高線プロット


  5. Results typeに、Element Stresses (2D & 3D)を選択します。
  6. Data typesにvon Misesを選択します。
  7. Applyをクリックします。
    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。
    図 14. フォンミーゼス要素応力の等高線プロット