SS-T: 3000 非線形分離接触とボルトのプリテンション適用 - ハンガービーム

非線形分離接触解析を実行し、ボルトとナットの締め付け荷重をセットアップします。

前提条件
このチュートリアルで使用されている機能の一部は、 SimSolid Advanced versionでのみ利用可能です。このチュートリアルを完了するには、Advancedに切り替えてください。
目的
SimSolidは、簡略化されていない形状を使用したパートとアセンブリに対して機能するメッシュレス構造解析を実行しますが、ジオメトリの不完全性に寛容で、数秒から数分で実行を完了します。このチュートリアルでは次の操作を実行します：
  • アセンブリ解析を実行します。
  • 非線形分離接触解析を実行します。
  • SimSolidのボルト張力関数を使用します。
  • SimSolidによる結果を、従来の有限要素解析による結果と比較します。
モデルの説明
このチュートリアルで取り上げるハンガービームのモデルは、70個のパート、16個のボルトとナットのペア、および32個のワッシャーで構成されます。


図 1.
このチュートリアルには以下のファイルが必要です。
  • Hanger beam.x_t（CADソースファイル）
  • Hanger Beam.ssp（最初の荷重ケースを解法済みのSimSolidプロジェクトファイル。このファイルからチュートリアルを開始します）。
  • Hanger Beam SOLVED.ssp（すべての荷重ケースを解法済みのSimSolidプロジェクトファイル。参考用に用意されています）。
重要: このチュートリアルの導入ステップでは、最初の解析がどのように作成されているかについて説明しています。このステップを省略するには、プロジェクトを開くに直接進んでください。

ジオメトリのインポート

  1. 新しいSimSolidセッションを開きます。
  2. Import from file をクリックします。


    図 2.
  3. Open geometry filesダイアログで、Hanger Beam.x_tを選択します。
  4. 開くをクリックします。Apply to all partsをクリックします。Openをクリックします。
    モデリングウィンドウにアセンブリが読み込まれます。Automatic connectionsダイアログが開きます。

結合の作成

  1. ProjectツリーでConnectionsブランチをクリックします。Projectツリーで、Connectionsブランチをクリックします。
  2. Connectionsワークベンチツールバーで（Automatic connections）をクリックします。
  3. 1としてギャップと貫通のトレランスを指定します。
  4. Connection resolution levelをIncreasedに設定します。
  5. OKをクリックします。
    注:
    • SimSolidでは、ジオメトリがオーバーラップしている領域でも結合が作成されます。
    • ボルト、ナット、およびワッシャーがSimSolidによって自動的に識別されます。
    • 滑り接触が自動的にボルト軸に適用されます。そうでなければ、固着が適用されます。

構造線形解析の作成

メインウィンドウのツールバーで、Structural Analysis > Structural linearをクリックします。
ProjectツリーのDesign study 1に新しい解析が表示され、Analysisワークベンチが開きます。

完全拘束の作成

  1. Analysisワークベンチで、Immovable Support をクリックします。
  2. ダイアログでFacesラジオボタンが選択されていることを確認します。
  3. モデリングウィンドウで、図 3に示すようにフェイスを選択します。


    図 3.
  4. OKをクリックします。
    新しい拘束Immovable 1がProjectツリーに表示されます。拘束の可視化表現がモデル上に表示されます。

力の作成

  1. Analysisワークベンチで（Force/Displacement）をクリックします。
  2. 表示されたダイアログでFacesラジオボタンが選択されていることを確認します。ダイアログで、Facesラジオボタンが選択されていることを確認します。
  3. モデリングウィンドウで図 4に示すようにフェイスを選択します。


    図 4.
  4. Z方向に-1000Nの力を指定します。
  5. OKをクリックします。
    新しい力であるLoad/Displ.「1,」がProjectツリーに表示されます。荷重を表すベクトルがモデル上に表示されます。

アダプティブ計算の最大数の変更

  1. Projectツリーで、Solution settingsをダブルクリックします。Projectツリーで、Solution settingsをダブルクリックします。
  2. ダイアログで、objectiveをCustomに、number of adaptive solutionsの値を4に設定します。
  3. Adapt to featuresチェックボックスを選択します。Adapt to featuresチェックボックスを選択します。Import materialsチェックボックスを選択します。Add tangent facesチェックボックスを選択します。Adapt to featuresチェックボックスを選択します。
  4. OKをクリックします。

材料の割り当て

  1. ProjectツリーでAssemblyブランチをクリックします。ProjectツリーでAssemblyブランチをクリックします。ProjectツリーでConnectionsブランチをクリックします。Projectツリーで、Assemblyブランチをクリックします。
  2. Assemblyワークベンチで、（Apply materials）をクリックします。
  3. Generic materialsリストから Steel を選択します。
  4. Apply to all partsをクリックします。
  5. Closeをクリックします。
    ProjectツリーのAssemblyブランチで、材料特性がパートごとに特定されます。

解析の実行

  1. ProjectツリーでAnalysisワークベンチを開きます。
  2. （Solve）をクリックします。

プロジェクトを開く

  1. 新しいSimSolidセッションを開始します。
  2. メインウィンドウのツールバーで、Open Project をクリックします。
  3. Open project fileダイアログで、Hanger Beam.sspを選択します。
  4. OKをクリックします。

非線形分離接触解析の作成

  1. Projectツリーで、Structural 1を右クリックしてCopyを選択します。
    そのコピーがProjectツリーにStructural 2として表示されます。
  2. Structural 2の下で、Setupを右クリックしてEditを選択します。


    図 5.
  3. ダイアログでSeparating contactチェックボックスを選択します。


    図 6.
  4. OKをクリックします。

接触条件の編集

  1. ブックマークブラウザでBookmark 5をクリックします。


    図 7.
    保存済みビューでモデリングウィンドウが更新されます。
  2. モデリングウィンドウで、Hanger beam（オレンジ色で表示）を右クリックしてReview part contact conditionsを選択します。


    図 8.
  3. ダイアログで、Controlを押しながらConnection 120とConnection 121をクリックして選択します。
  4. Edit contact conditionsボタンをクリックします。Find weldsボタンをクリックします。Edit contact conditionsボタンをクリックします。


    図 9.
  5. Contact conditionsダイアログで、Structural 2を選択します。
  6. Separatingラジオボタンを選択します。


    図 10.
  7. Friction coefficientとして0.1を指定します。
  8. Closeをクリックします。

解析の実行

  1. ProjectツリーでAnalysisワークベンチを開きます。
  2. （Solve）をクリックします。

結果の比較

  1. Projectツリーで、Structural 1ブランチを選択します。
  2. ブックマークブラウザでBookmark 3を選択します。
    このブックマークに変形の詳細が表示されます。


    図 11.
  3. Projectツリーで、Structural 2ブランチを選択します。
    モデリングウィンドウが更新され、Structural 2の変形の詳細が表示されます。
  4. オプション: Analysisブランチを交互に切り替え、結果の違いに注目します。
  5. Bookmark 4（応力の詳細）について、1から4の手順を繰り返します。


    図 12.

分離力と接触力の表示

これらの力は、各結合点に色付きの値として表現されます（真のコンターではありません）。プロットする点の高密度な配列を取得するために、結合を作成するときに高い解像度を使用しています。

  1. ProjectツリーのStructural 2でResultsブランチを選択します。
  2. Analysisワークベンチで（Contact Response）を選択します。


    図 13.
  3. Response at connectionsダイアログで、Controlキーを押しながら、Connection 120とConnection 121をクリックして選択します。
  4. 表示する応答タイプを選択します。
  5. スライダーを使用して、色付きの点のサイズを調整します。


    図 14.
  6. Closeをクリックします。

ボルト / ナット締め付けのセットアップ

  1. Projectツリーで、Structural 2を右クリックしてCopyを選択します。
    そのコピーがProjectツリーにStructural 3として表示されます。


    図 15.
  2. ブックマークブラウザでBookmark 5（ボルトジョイント）を選択します。
  3. ProjectツリーでStructural 3が選択されていることを確認します。
  4. Analysisワークベンチツールバーで、 (Nut tightening)をクリックします。
  5. モデリングウィンドウで、図 16に示されているように、ハンガービームに取り付けられた4つのナットを選択します。


    図 16.
  6. Thread pitchに1mmと入力します。
  7. Target axial loadラジオボタンを選択して、「5000 N」と入力します。
  8. OKをクリックします。

解析の実行

  1. ProjectツリーでAnalysisワークベンチを開きます。
  2. （Solve）をクリックします。

結果の比較

  1. Projectツリーで、Structural 1ブランチを選択します。
  2. ブックマークブラウザでBookmark 3を選択します。
    このブックマークに変形の詳細が表示されます。


    図 17.
  3. Projectツリーで、Structural 2ブランチを選択します。
    モデリングウィンドウが更新され、Structural 2の変形の詳細が表示されます。
  4. オプション: Analysisブランチを交互に切り替え、結果の違いに注目します。
  5. Bookmark 4（応力の詳細）について、1から4の手順を繰り返します。


    図 18.

従来の有限要素解析との比較

  1. モデルファイルを使用して、従来のFEAアプリケーションで、これと同じ解析を実行します。
    重要:
    • ジオメトリのマージや簡略化をせずに、SimSolidと同じ固着接触と滑り接触を使用します。
    • パートのオーバーラップがないかチェックします。
    • 小さいパートに対しても要素密度が適切であることを確認します。
  2. 2つのプログラムどうしで次の点を比較します。
    • 解の品質
    • 必要なワークフローステップの数
    • メッシュ処理に必要な時間
    • 解法に必要な時間
    • 結果の確認に必要な時間
    • モデルの再調整と再実行に必要な時間