OS-T：1550 ゴムリング自己接触を用いた衝突とスライド

本チュートリアルでは、OptiStructを使って接触を含むこの非線形大変位陰解法解析で使用されるRBODY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。


図 1. FE Model
以下のステップが含まれます：
  • モデルのHyperMeshへの読み込み
  • 超弾性材料と自己接触のセットアップ
  • 非線形解析のセットアップ
  • 結果のHyperViewでの表示

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

材料の生成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Materialを選択します。
  2. Nameにhyper_elasticと入力します。
    新しい材料hyper_elasticが作成されました。
  3. Card Imageに、MATHEを選択します。
  4. MODELにABOYCEを選択します。
  5. 各欄の横に材料の値を入力します。
    1. NU（ポワソン比）に0.495と入力します。
    2. RHOに1.11e-9と入力します。
    3. TEXPに0.000165と入力します。


    図 2. 超弾性材料の定義
  6. TAB1をクリックし、Tension-Compression uniaxialを割り当てます。
  7. TAB2をクリックし、Equi-Biaxial Tension biaxialを割り当てます。
  8. TAB4をクリックし、Pure Shear planar_shearを割り当てます。

プロパティの生成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Propertyを選択します。
    デフォルトのPSHELLプロパティがエンティティエディターに表示されます。
  2. Nameにhyper_elasticと入力します。
  3. Card Imageに、PLSOLIDを選択します。
  4. Materialに、Unspecified > Materialをクリックします。
  5. Select Materialダイアログでhyper_elasticを選択し、OKをクリックします。


    図 3. プロパティに材料hyper_elasticを選択
  6. Modelブラウザで、コンポーネントをクリックします。
    コンポーネント欄がエンティティエディターに表示されます。
  7. Propertyに、Unspecified > Propertyをクリックします。
  8. Select Propertyダイアログで、を選択し、OKをクリックします。
    コンポーネントWHEELが同じ名称のプロパティで更新されており、現在は“Current Component”です（WHEELについて下部右側のボックスを参照のこと）。材料hyper_elasticがこのコンポーネントにより参照されています。


    図 4. コンポーネントにプロパティhyper_elasticを選択

接触パラメータのプロパティの作成

このステップでは、サーフェス-サーフェスおよび自己接触サーフェスの両方についてプロパティが定義されます。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Propertyを選択します。
  2. NameにContactと入力します。
  3. Card Imageに、PCONTを選択します。
  4. GPAD_OPTをアクティブにし、GPADにドロップダウンメニューからNONEを選択します。
  5. STIFFにHARDを選択します。
  6. MU1に0.3と入力します。


    図 5. Contactの特性値
  7. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Propertyを選択します。
  8. Nameにself_contactと入力します。
  9. Card Imageに、PCONTを選択します。
  10. GPAD_OPTをアクティブにし、GPADにドロップダウンメニューからNoneを選択します。
  11. STIFFにAUTOを選択します。
  12. MU1に0.3と入力します。

セットセグメントの作成

後にセットセグメントの作成に使用される接触サーフェスを定義します。

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Set Segmentを選択します。
  2. NameにTopと入力します。
  3. コンポーネントTopを右クリックし、Isolate Onlyを選択します。
  4. Entity IDsをクリックし、Topに対応している要素を選択します。
    注: 選択パネルを必ずfacesからelementsに切り替えてください。
  5. elemsをクリックします。
    Selectionパネルが開きます。
  6. ドロップダウンメニューからadd shell facesを選択します。
  7. ドロップダウンメニューからelemsを選択します（下図参照）。
  8. elems > displayedをクリックします。
    これで、コンポーネントTopに対応するすべての要素が選択されます。


    図 6. 要素選択パネル
  9. Topに対応する要素を含んだTopセットセグメントが作成されます。


    図 7. Topセットセグメントの作成
  10. 同様に、コンポーネントBaseにセットセグメントを作成します。
    注: TopとBaseにセットセグメントを作成している際、FACE_FORMATを必ず選択します。
  11. ホイールの内側サーフェスと外側サーフェスにセットセグメントを作成するために、コンポーネントWheelを右クリックし、Isolate Onlyを選択します。
  12. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Set Segmentsを選択します。
  13. Nameにrubber_innerと入力します。
  14. 選択パネルをadd solid facesに設定します。


    図 8. rubber_innerセットセグメントの作成
  15. Rubber_innerセットセグメントに寄与する要素を選択するために、ホイールの内側サーフェスを選択します。


    図 9. rubber_innerセットセグメントの選択
  16. 同様に、コンポーネントWheelの外側サーフェスを選択することによって、セットセグメントRubber_outerを作成します。

接触グループの作成

ここで接触グループが定義されます。

  1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Groupを選択します。
  2. NameにTop_rubberと入力します。
  3. Card Imageに、CONTACTを選択します。
  4. Property OptionにProperty Idを選択します。
  5. PIDを展開し、Contact surfacesを選択します。


    図 10. 接触グループの作成
  6. Secondary Entity IDsに、rubber_outerを選択します。
  7. Main Entity IDsに、Topを選択します。
  8. MORIENTContact Orientation）にNORMを選択します。
  9. DISCRにN2S（Node to Surface）を選択します。
  10. TRACKにCONSLIを選択します。
  11. 同様に、接触グループBottom_rubberを作成します。このとき Secondary Entity IDをrubber_outerに、Main Entity IDをBaseに、その他のパラメータを図 10と同じに設定します。
  12. ここで接触グループself_contactを作成し、Card imageにCONTACTを選択します。
  13. Property Idに、図 11で示すとおり、先に作成されたself_contactプロパティを割り当てます。
  14. Secondary Entity IDとして、これより前にRubber_innerとして作成されたセットセグメントを選択します。
  15. DISCRETにS2S（Surface to Surface）を選択します。


    図 11. self_contactグループの作成

荷重と境界条件の適用

次のステップでは、境界条件と指定された変位をモデルに付与します。

SPC荷重コレクターの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターがエンティティエディターに表示されます。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にspc_top1と入力してproceedをクリックします。
  3. Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
  4. Topコンポーネントに対応する節点2269を選択します。
  5. 節点を1、3、4、5および6方向で拘束します。
    1つ目の荷重ステップ（Compression）に境界条件を割り当てます。


    図 12. 節点2269の拘束
  6. createをクリックします。
    これで選択された節点にこれらの拘束条件が付与されます。
  7. dof2を拘束し、-6.44と入力します。
    負のy-方向の変位の大きさを割り当てます。


    図 13. 1つ目の荷重ステップに対応した節点2269に変位を付与
  8. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  9. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にspc_top2と入力してproceedをクリックします。
  10. 自由度3、4、5に拘束を付与します。
  11. dof1に-13.0と入力します。
    負のx-方向の変位の大きさを付与します。
  12. dof2に-6.44と入力します。
    リングのxおよびy変位に対応する負の方向に変位を付与します。
  13. dof6に-10.44と入力します。
    x-z平面での回転を付与します。


    図 14. 2つ目の荷重ステップに対応した節点2269に変位を付与
  14. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  15. NameにSPC_base_wheelと入力します。
  16. コンポーネントWheelを右クリックし、Isolate Onlyを選択します。
  17. Constraintsをクリックし、Constraintsパネルを開きます。
  18. nodesをクリックし、displayedとdof3の拘束を選択します。


    図 15. Wheelへの拘束の付与
  19. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  20. NameにSPC_base_wheel_Xと入力します。
  21. 図 16に示す前方のフェイスの節点ラインのx方向（dof1）を拘束し、すべての自由度で節点2266を拘束します。


    図 16.
  22. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  23. NameにSPC_baseと入力します。
  24. constraintパネルで、節点2266のすべての自由度を拘束します。
  25. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  26. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にSPCADD1と入力してproceedをクリックします。
  27. Card Imageに、SPCADDを選択します。
  28. SPCADD_Num_Setに3と入力します。
  29. カードのspc_top1, SPC_base_wheel、およびSPC_wheel_base_Xの各パラメータを設定します。
    SPCADDカードが作成されます。


    図 17. SPCADDカードの作成
  30. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  31. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にSPCADD2と入力してproceedをクリックします。
  32. 上で説明したとおり、カードSPC_wheel_baseとSPC_baseを定義します。

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. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
  4. Config typeにNonlinear Parametersを選択します。
    TypeデフォルトはNLPARMです。
  5. NINCに2000と入力します。
  6. MAXITERに25と入力します。
  7. CONVにUPWを選択します。
  8. EPSUに0.001と入力します。
  9. EPSPに0.001と入力します。
  10. EPSWに1e-11と入力します。

NLADAPT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NLADAPT1と入力します。
  3. Config typeにTime step Parametersを選択します。
  4. Typeのデフォルトは、NLADAPTです。
  5. DTMAXに、0.1と入力します。
  6. DTMINに1e-6と入力します。


    図 18. NLADAPT荷重ステップ入力の作成
  7. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
  8. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にNLADAPT2と入力してproceedをクリックします。
  9. DTMAXに0.025と入力します。
  10. DTMINに1e-6と入力します。

CNTSTB荷重コレクターの作成

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターがエンティティエディターに表示されます。
  2. NemeにCNTSTBと入力します。
  3. SIに1e-5と入力します。
  4. SCALEに1と入力します。
  5. TFRACに0.1と入力します。


    図 19. CNTSTBカードの生成

NLOUT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NLOUTと入力します。
  3. Config typeにOutput Parametersを選択します。
  4. Typeのデフォルトは、NLOUTです。
  5. NINTに500と入力します。
  6. SVNONCNVをアクティブにします。


    図 20. NLOUTカードの作成

出力コントロールパラメータの定義

  1. Modelブラウザで右クリックしてCreate > Output Requestを選択します。
  2. DISPLACEMENT、ELFORCE、STRESSおよびCONTFの下で、OptionをYesに設定します。


    図 21.

PARAMコントロールカードのアクティブ化

  1. AnalysisページからControl Cardsを選択します。
  2. Control CardsにPARAMを選択します。
  3. HASHASSMをアクティブにし、YESを入力します。
  4. LGDISPをアクティブにし、1を入力します。
  5. NLMONをアクティブにし、DISPを入力します。
  6. UNSYMSLVをアクティブにし、YESを入力します。


    図 22. コントロールカードの作成

GLOBAL_CASE_CONTROLのアクティブ化

  1. Analysisページからcontrol cardsをクリックします。
  2. control cardsにCNTNLSUBを選択し、YESをクリックします。


    図 23. グローバルケースコントロールの作成

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。
    デフォルトの荷重コレクターがエンティティエディターに表示されます。
  2. NameにRING_DOWNと入力します。
  3. Typeに、Nonlinear Staticを選択します。
  4. SPC Select Loadcolダイアログで、荷重コレクターのリストからSPCADD1を選択し、OKをクリックします。
    これで、上記で作成された境界条件が選択されます。
  5. 同様に、NLPARM、NLADAPT1、NLOUT、およびCNTSTBを選択し、対応する荷重ステップ入力と荷重コレクターを割り当てます。
  6. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Stepを選択します。
  7. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にRing_down2と入力してproceedをクリックします。
  8. Typeに、Nonlinear Staticを選択します。
  9. SPC Select Loadcolダイアログで、荷重コレクターのリストからSPCADD2を選択し、OKをクリックします。
  10. 同様に、NLPARM、NLADAPT2、NLOUT、およびCNTSTBを選択し、対応する荷重ステップ入力と荷重コレクターを割り当てます。

ジョブのサブミット

  1. Analysisページからパネル<uicontrol>entity sets</uicontrol>をクリックします。

    OS_1000_13_17
    図 24. OptiStructパネルへのアクセス
  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 と入力します。
  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. OptiStructをクリックし、ジョブをサブミットします。

結果の表示

  1. コマンドウィンドウにProcess completed successfullyというメッセージが現われたら、 HyperViewをクリックします。
  2. 結果を開き、100%載荷における変位とフォンミーゼス応力コンターをプロットします。
  3. ツールバー上でresultsContour-16（Contour）をクリックします。
  4. Result typeの下で、１つ目のドロップダウンメニューからElement Stresses (2D & 3D)(t)を選択します。
  5. Result typeの下で、2つ目のドロップダウンメニューからvonMisesを選択します。


    図 25. Contourパネル
  6. Contour panel内の欄が図 25内のものと一致することを確認し、Applyをクリックします。
  7. 同様に、Result typeの下のメニューで、最初のドロップダウンメニューから Displacement、2番目のドロップダウンメニューからMagを選択します。


    図 26. 最初の荷重ステップの変位結果


    図 27. 最初の荷重ステップの応力結果


    図 28. 第2荷重ステップの変位結果


    図 29. 第2ステップの応力結果