OS-T：1365 接触する固体ブロックのNLSTAT解析

本チュートリアルの目的は、弾塑性材料、接触、前の非線形荷重ケースに引き続く非線形解を含む、OptiStructの非線形陰的微小変位解析の実行を示すことにあります。

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。

Figure 1は、本チュートリアルに使用される構造モデルを示します。２つの四角い固体ブロックは、弾塑性スチール材料から成っています。ブロックの寸法と材料パラメータは、Figure 1のとおりです。

最初の非線形サブケースで、圧力が上の固体ブロックに作用します。その上部の角は、X方向とY方向が拘束されています。上の固体は下の固体と接触し、その底部の角はX、Y、Z方向が拘束されています。２番目の非線形サブケースは、除荷のシミューレートで、前の載荷のサブケースの非線形解の続きになります。

rd2100_nlstat_model
図 1. モデルと荷重の詳細
単位系
長さ: mm; 時間: s; 質量: Mgg; (Force: N; Stress: MPa)
上のブロック
72 mm x 72 mm
下のブロック
100 mm x 100 mm
ブロックの厚さ
20. mm
材料
スチール、弾塑性:
初期密度（ ρ ）7.90e-9 kg/mm3
ヤング率（E）: 210000 MPa
ポワソン比（ υ ）: 0.3
降伏応力（ σ 0）: 850.0 MPa
作用圧力
1000.0 MPa、上のブロックの中心に作用

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nlstat.hmファイルを選択します。
  3. Openをクリックします。
    nlstat.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

弾塑性材料の生成

最初に、材料の応力ー塑性ひずみ曲線が定義される必要があります。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Curveを選択します。
    新たにCurve Editorウィンドウが開きます。
  2. Nameにstress-strainと入力します。
  3. ポップアップウィンドウで、以下のXとYの値を入力します。

    os1365_tables1_num
    図 2.
  4. Closeでウィンドウを閉じます。
  5. Modelブラウザで、カーブの下にあるstress-strain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TABLES1を選択します。

今度は弾塑性材料が更新される必要があります。

  1. Modelブラウザで、材料steelをクリックします。
    エンティティエディターが開きます。
  2. MATS1の横のチェックボックスをクリックし、NLSTAT解析の弾塑性材料を定義します。
  3. TIDに、Unspecified > Curvesをクリックします。
  4. Select Curvesダイアログで、stress_strainカーブを選択し、OKをクリックします。
  5. 下に示された値を入力します。
    TYPSTRNの1は、応力 (Y) vs 塑性ひずみ(X).を指定したことを示しています。

    os1365_steel_13
    図 3.

ブロック間の接触の定義

2つのブロックの間の接触面が定義される必要があります。
  1. Modelブラウザで右クリックしてCreate > Setを選択します。
  2. Nameにtopと入力します。
  3. Card Imageに、ドロップダウンメニューからSET_ELEMを選択します。
  4. Set Typeスイッチはnon-orderedにセットされたままにしておきます。
  5. Entity IDsに、Unspecified > Propertyをクリックします。
  6. Select Propertiesダイアログで、上の固体ブロックSolid1を選択し、OKをクリックします。

    os1365_top_13
    図 4.
  7. 同様にして、bottomという名称の別のセットを生成します。
  8. 手順3.から6.を繰り返し、下のブロックに下のソリッドSolid2を選択します。

次に、インターフェースが定義される必要があります。

  1. Modelブラウザで右クリックしてCreate > Contactを選択します。
  2. NameにSOLID_CONTACT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CONTACTを選択します。
  5. Main Entity IDsに、拡張選択メニューからSetを選択します。
  6. 黄色のSetパネルをクリックしてポップアップウィンドウから下のブロックbottomを選択し、OKをクリックします。
  7. 同様に、Secondary Entity IDsに、topセットを選択します。
  8. TYPEにドロップダウンメニューからSLIDEを選択します。
  9. MORIENTにドロップダウンメニューからNORM を選択します。

    os1365_solid_contact
    図 5.

NLPARM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. NemeにNLPARMと入力します。
  3. 下に示した値を入力します。

    os1365_nlparm_13
    図 6.

1つ目の非線形荷重ステップの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Stepを選択します。
  2. Nameにloadingと入力します。
  3. Analysis typeをクリックし、ドロップダウンメニューからNonlinear staticを選択します。
  4. SPCにUnspecified > Loadcolをクリックします。
  5. Select Loadcolダイアログで、荷重コレクターのリストからSPCを選択し、OKをクリックします。
  6. LOADにUnspecified > Loadcolをクリックします。
  7. Select Loadcolダイアログで、荷重コレクターのリストからpressureを選択し、OKをクリックします。
  8. NLPARMにUnspecified > Load step inputsをクリックします。
  9. Select Load step inputsダイアログで、荷重ステップ入力リストからnlparmを選択し、OKをクリックします。

    os1365_loading_13
    図 7.

2つ目の非線形荷重ステップの作成

  1. Nameにunloadと入力します。
  2. Analysis typeはここでも、ドロップダウンメニューからNonlinear staticを選択しなくてはなりません。
  3. SPCに、荷重コレクターのリストからSPCを選択します。
  4. NLPARMに、荷重ステップ入力のリストからnlparmを選択します。

    チェックポイント：除荷サブケース（unload）には、サブケースの載荷（loading)中に適用されるpressure荷重が含まれていません。


    os1365_unload_13
    図 8.

出力コントロールパラメータの定義

  1. Analysisページからcontrol cardsをクリックします。
  2. GLOBAL_OUTPUT_REQUESTをクリックします。
  3. CONTF、DISPLACEMENT、STRAIN、STRESSの下で、OptionをYesに設定します。
  4. STRAINの下で、TYPE(1) にPLASTICをセットします。
  5. returnを２回クリックし、メインメニューに進みます。

Submit the Job

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

    OS_1000_13_17
    図 9. Accessing the OptiStruct Panel
  2. Click save as.
  3. In the Save As dialog, specify location to write the OptiStruct model file and enter nlstat_complete 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 nlstat_complete.fem was written. The nlstat_complete.out file is a good place to look for error messages that could help debug the input deck if any errors are present.

結果の表示

HyperViewを用いて、最初の(載荷)ステップの終了時の変位、von Mises応力、塑性ひずみ、接触圧力のコンターをプロットします。

rd2100_displacement_1
図 10. 荷重によるブロックの変位コンター

rd2100_von_mises
図 11. 荷重によるブロックのvon Mises応力コンター

rd2100_plastic_strain
図 12. 荷重によるブロックの塑性ひずみコンター

os1365_contact_pressure
図 13. 最初の(載荷)サブケースの後のブロックのインターフェースの接触圧力コンター

次に、サブケースを2、即ち除荷サブケースに変更し、変位コンターをプロとして除荷によるブロックに変位の変化を確認します。


rd2100_displacement_2
図 14. 2番目のサブケースの除荷によるブロックの変位コンター