PGAP

バルクデータエントリ ギャップ(CGAPまたはCGAPG)要素のプロパティを定義します。

フォーマット

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
PGAP PID U0 F0 KA KB KT MU1 MU2
GPAD FRICESL

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
PGAP 2 .025 2.5 1E6 1E6 0.25 0.25
U0KAの自動決定を伴う無摩擦接触:
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
PGAP 2 AUTO AUTO
クーロン摩擦に必要な最小データ:
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
PGAP 2 1E6 0.3 0.3
強制的な固着条件9
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
PGAP 2 1E6 AUTO

定義

フィールド 内容 SI単位の例
PID 固有のスカラー弾性プロパティ識別。
整数
このプロパティの識別番号を指定します。
<文字列>
このプロパティのユーザー定義の文字列ラベルを指定します。 1

デフォルトなし(整数 > 0、または<文字列>)

U0 初期ギャップ開口量。

デフォルト = 0.0(実数またはAUTO)。 3

F0 初期荷重。(線形解析では無視されます)。

デフォルト = 0.0(実数 ≥ 0.0)

KA 閉じているギャップの軸剛性。 4 8

正の値(KA = 実数 > 0.0)は、直接指定された剛性です。

負の値(KA = 実数 < 0.0)は、剛性のスケールファクターを定義します。剛性のスケールファクターは|実数 < 0.0|に等しい値です。このスケーリングは自動剛性値(KA = AUTOの場合の剛性値)に適用されます。

デフォルトなし(AUTOSOFTHARD実数 > 0.0、または実数 < 0.0

KB 開いているギャップの軸剛性。 4

デフォルト = 10-14 * KA(実数 ≥ 0.0)このデフォルトはKB=0のときにも設定されます。

KT ギャップが閉じているときの横剛性。 5 8

デフォルト = MU1 * KA(実数 ≥ 0.0、またはAUTO)

MU1 静的摩擦係数(ms)。5 9 - 11

デフォルト = 0.0(実数 > 0.0、STICKまたはFREEZE

MU2 動的摩擦係数(mk)。5 9 - 11

デフォルト = MU1(0.0 < 実数 < MU1

GPAD 障害物AとBのサーフェス上の追加層を考慮するために追加される“パディング”。正の値の場合は、初期ギャップの開口量が減少します。 12

デフォルト = NONE実数NONE、またはTHICKTHICKCGAGP要素にのみ適用されます)

FRICESL 摩擦弾性すべり – すべり距離に達するまで摩擦横方向力は線形に増加します。物理的な距離の単位で指定します(U0GPADと同様)。 6
  • 非ゼロの値で弾性すべり距離に基づいたそれぞれの摩擦モデルがアクティブ化されます。
  • ゼロの値で、横方向剛性KTに基づいた摩擦モデルがアクティブ化されます。

デフォルト = 0.0(実数 ≥ 0.0)

コメント

  1. 文字列によるラベルを使用すると、他のカードで参照する際などに、プロパティを識別しやすくなります(たとえば、要素のPIDフィールド)。詳細については、Bulk Data Input File内の文字列ラベルベースの入力ファイルをご参照ください。
  2. ギャップ要素座標系を図 1に示します。より詳細な記述についてはCGAPまたはCGAPGエントリをご参照ください。
    1. CGAPまたはCGAPG要素座標系


  3. オプション値のAUTOを使用した場合、初期ギャップ開口量U0は、節点GAと節点GB間(変形前のメッシュ内)の距離に基づいて自動的に計算されます。座標系が設定されたギャップ要素の場合、これはギャップ要素上で指定された軸(座標系の軸1)に対するベクトルGA>GBの投影になります。
  4. ギャップ要素の荷重-変位挙動は、線形解析と非線形解析で異なります(非線形解法の詳細については、微小変位非線形解析をご参照ください)。線形解析におけるギャップ剛性は一定で、初期ギャップ開口量U0に依存します。
    2. 線形解析におけるCGAPまたはCGAPG要素の荷重変位曲線


    非線形解析におけるギャップの荷重変位挙動を図 3に示します。ギャップが開いている間、ギャップの垂直剛性はKBによって定義されます。ギャップの相対変位 UA - UBが初期開口量U0と等しくなったときに、最初の接触が起こります。接触すると、ギャップ剛性はKAになります。
    3. 非線形解析におけるCGAPまたはCGAPG要素の荷重変位曲線


  5. ギャップが開いている場合、横剛性は存在しません。ギャップが閉じている場合、摩擦はアクティブとなり、ギャップの横方向の剛性はKTになります(下の別バージョンの5をご参照ください)。KTは、線形解析タイプ内の線形スプリングとして機能します。非線形解析タイプの場合、摩擦力は静的摩擦力のMU1 * Fxに到達するまで、KTに比例してスライディング距離とともに増加します。ここで、Fxはギャップ要素内の垂直抗力です。横変形を増やすと、摩擦は動的になり、摩擦力はMU2 * Fxになります。1次元の図については、図 4をご参照ください。
    4. 非線形解析におけるCGAPまたはCGAPG要素の摩擦挙動


  6. 上の定式化に加え、リリース12.0では非ゼロのFRICESLの存在によりアクティブ化される弾性スリップ距離に基づいた、摩擦の付加的なモデルが導入されました。この手法は特に摩擦のある問題の解において、固着からすべりへの遷移状態をより安定的に扱うことにより、より良いパフォーマンスを示します。2つの使用可能なモデルのキーとなる違いを図 5に示します(黒い実線は法線力F1に対するギャップ横方向力の応答で、黒い破線は法線力F2に対応するギャップ横方向力です)。
    5. ギャップ要素のための2つの摩擦モデルの比較


    • モデル(a)は固定の剛性KTに基づき、相対的に単純で、摩擦の係数MU1MU2だけを必要とします(KTは自動的に決めることができます)。しかし、Coulomb 摩擦では、摩擦抵抗は法線方向力に依存します。固定のKTの使用は異なる範囲の固着 / すべりの境界を異なる法線方向力で予測し、これは同じ形状で固着またはすべりを、法線方向力で修正することになります。
    • 弾性すべり距離に基づくモデル(b)は、固着またはすべりを単一に識別することが可能で、摩擦がある問題の解で一般的によりよいパフォーマンスを示します。このモデルは、弾性スリップ距離FRICESLの設定を必要とします(ギャップ要素では、FRICESLの自動決定はありません–推奨される値はギャップ要素に隣接する典型的な要素サイズの約0.5%です)。

    どちらの摩擦モデルでも、固着ステージでギャップ摩擦によって吸収されるエネルギーは可逆的です。ただし、すべりステージでギャップ摩擦によって吸収されるエネルギーは消散します。

  7. 非線形ギャップ要素の荷重-変位挙動は、場合によって構造のコンプライアンスにマイナスの寄与をしてしまいます。例えば、KB > 0で初期ギャップ開口量U0 > 0の場合、ギャップには実質的に引力KB*U0が“初期荷重”となります。そのようなギャップが閉じると、発生した仕事量(およびギャップのコンプライアンスに対する寄与)はマイナスになります。このように非常に小さなマイナスの寄与は、KBフィールドが空白またはゼロの場合にも起きる可能性があります。このようなケースでは、デフォルトのゼロ以外のKB値が適用されるためです。ほとんどの場合、このように小さなマイナスの寄与は、構造全体のプラスのコンプライアンスによって無効化されます。ただし、全体のコンプライアンスがマイナスになる場合もあります。

    現時点では、すべりステージでギャップ摩擦によって消散するエネルギーは、ギャップのコンプライアンスに含まれていません。

  8. 適切なギャップ剛性: ギャップ剛性の値KAおよびKTが本質的に表しているのは、接触する節点が無視できないほど接触点の内側に侵入することを阻止できる強さを持つペナルティばねです。理論的には剛性が高ければ接触条件を厳密に設定できますが、過度に高いと収束が困難になったり、剛性マトリックスの条件設定が制限されたりする可能性があります(KTでは特にこの可能性があります)。このような状況が見られた場合、ギャップ剛性を低くすると効果的なことがあります。ギャップ剛性の適切な範囲は次の式の次数です。

    (103から106) * E * h

    ここで、Eは一般的な弾性率の値、hはギャップ要素周辺の一般的な要素サイズです。このような範囲であれば、一般的にギャップの侵入をそれぞれ要素サイズの千分の1、百万分の1未満に抑えることができます。適切なKTの値は、0.1*KA程度です。

    KAおよびKTの妥当な値を容易に決定するため、これらのパラメータの自動計算がサポートされています。具体的には、次のとおりです。

    • オプションKA=AUTOでは、周囲にある要素の剛性を使用して、各ギャップ要素のKAの値を決定します。追加オプションSOFTおよびHARDを使用すると、それぞれ、より穏やかなペナルティ、より厳しいペナルティを生成できます。SOFTは収束が困難な場合に使用し、HARDは望ましくない貫通が解に検出された場合に使用します。
    • オプションKT=AUTOでは、KTの値を自動的に計算します。MU1>0の場合、ここでの結果はKTが空白である場合と同じになり、その値は、MU1*KAとして計算されます。MU1=0または空白の場合、KT=AUTOと設定することで、ゼロでないKTが生成され、その値はKT=0.1*KAとなります。したがって、強制的な粘着条件を指定する場合に、KT=AUTOを使用できます(下記参照)。
    • KAに負の値を指定すると、|実数 < 0.0|に等しい剛性スケールファクターが定義されます。このスケーリングは、KA = AUTOを通じて剛性値に適用されます。
  9. =STICKは、強制固着条件として解釈されます(これは、KT>0またはKT=AUTOMU1=0または空白の設定と同等です)。このようなギャップ要素はスライディングフェーズに入りません。もちろん、強制固着は閉じているギャップにのみ適用されます。ゼロでない長さのギャップの固着条件を実質的に強制的に適用するには、摩擦オフセットをオフにしなければならない場合があります。 11
  10. =FREEZEでは、ギャップの相対運動がゼロに強制されます。ギャップ開口量は元の値に固定され、スライディング距離はゼロになります。また、GA節点での回転は、GBの回転または障害物パッチBに合わせられ、ギャップが開いているか閉じているかに関係なくFREEZE条件が適用されます(したがって、この場合U0 は無視されます)。KB値とKT値は無視されます。KA値は尊重されますが、良好な接続を保証するためにも、AUTOまたはHARDに設定することが推奨されます。また、この条件は、摩擦オフセット設定に関係なく、有効です。
  11. 摩擦の存在は、摩擦オフセットを通して、モーメント荷重や直観に反した結果を問題に持ち込む可能性があります。理由は、ゼロ以外の長さ(GAGB間の距離)を持つギャップ要素の場合、接触面の実際の位置はギャップの長さの半分と推定されるためです(図 6)。
    6. CGAPまたはCGAPGの推定接触サーフェス


    摩擦力はこの接触面に沿って働きます。これらのフォースを節点GAおよびGBに移動するには、ギャップ節点でフォースとモーメントの両方が生み出されるオフセット操作が必要です。同様に、ギャップ面でのスライディング距離は、GAGBでの節点変位および回転の結果です(図 7)。
    7. CGAPまたはCGAPGの摩擦を伴うスライディング


    モーメントをサポートしないボディ(ソリッド要素など)間の接触の場合は、ギャップ節点での自由回転によって効果的な摩擦の抵抗ができないため、このオフセットによって摩擦が無効化される可能性があります。例えば、固着条件が正式に満たされていれば、節点GAGBは互いに対して相対的に移動することができます(図 8)。
    8. CGAPまたはCGAPGの粘着(ゼロスライディング距離)


    実際には、最初から開いているギャップに対して、AUTOSPCが個別の未サポート回転を効果的に修正します。ただし、最初から閉じているギャップ要素(U0 ≤ 0またはU0=AUTOCID=FLIP)の場合は、摩擦項によってAUTOSPCが有効になりません。したがって、対応する回転のSPCを手動で適用する必要があります。
    注: この操作は“個々の”ギャップ端節点のGAGBにのみ適用され、GAPG要素の障害物側の要素および節点のパッチには必要ないものです。
    リリース12.0から、このような反直感的な挙動を避けるため、モデルが摩擦または固着を含み、少なくとも1つの(NLSTATタイプの)非線形サブケースを含む場合、摩擦オフセット操作はデフォルトでオフになります。
    注: 一貫性を保つため、これは線形と非線形のギャップ要素の両方に影響することに注意してください。

    これにより、摩擦においてより直感的な結果が得られます。しかしながら、ボディの剛体バランスを乱す可能性があります。

    線形ギャップ解析とFREEZE条件では、オフセット操作はデフォルトで適用されます (これは特に固有振動解析で正しい剛体バランスをもたらします)。

    上のデフォルト設定はGAPPRMカードのGAPPRM, GAPOFFSコマンドを通して変更できます。

  12. GPADオプションの使用によって、障害物AとBのサーフェス上の追加層(ソリッドのサーフェス上のシェル厚みや塗装など)を考慮することができます。AUTOオプションを用いて計算される時、正の値がギャップ開口量U0から差し引かれます(GPADU0AUTOに設定されている時のみ可能です)。

    GPADオプションがTHICKの場合は、ギャップの両側のシェル厚みが自動的に考慮されます(これには、シェル要素オフセットZOFFSまたは複合材オフセットZ0の影響も含まれます)。THICKオプションはCGAPG要素にのみ適用され、CGAPの場合には無視されます。

  13. FREEZE接触に属している節点に回転SPCを適用することは避けてください。回転自由度を固定すると、ソリッド要素の場合でもこれらの接触節点の回転が妨げられます。
  14. このカードは、HyperMesh内のプロパティとして表現されます。