ビーム断面の作成

異なるコンフィグレーションのビーム断面を作成、編集します。

ビーム断面は、次の2つの方法のいずれかで作成します。
  • ブラウザを使って直接
  • 1DリボンのBeam Section（ビーム断面）ツールをクリックします。
    図 1.


ビーム断面エンティティが作成されて、Create Beam Sectionダイアログが開きます。
ヒント: Beam Sectionツールのアイコンをクリックし、モデルブラウザでビーム断面をフィルタリングします。

標準断面の作成

標準断面とは、溝形断面、ハット型断面、I 断面、L断面などの寸法を指定してあらかじめ定義された断面形状のことです。そのほとんどは、ソルバーで直接利用できます。断面特性は閉形式解で評価します。

  1. コンフィグを Standardに設定します。
  2. 断面タイプを任意の形状に変更します。
  3. ビーム断面積のパラメータを定義します。
    選択された形状に基づいた寸法が表示されます。

    オプションにマウスを合わせると、図が表示されます。

    図 2.


汎用断面の作成

汎用断面は、実際の切断面形状を定義することなく断面を定義します。

  1. コンフィグを Genericに設定します。
  2. 面積やIyy/Izzなど、必要な幾何学的特性を入力します。
  3. 反り特性については、以下を指定します:
    • せん断中心位置 Ys/Zs
    • ねじり定数 J
    • 反り定数

    Y軸（resp Z）の値は、梁の要素系での値を定義します。ローカル座標系の原点は自由に定義できますが、この場合、断面の重心Yc/Zcの座標を適切に入力します。

    このプロパティにマッピングされる値は、ビーム断面で使用されるローカル座標系の原点とは無関係に、せん断中心からの重心の成分です。

    図 3.


シェル断面の作成

シェルビーム断面は薄板理論に基づいて、断面をパートの集合体として表現します。

各パートは、一定の板厚が割り当てられた頂点（直線状のセグメントを形成する）のリストです。

デフォルト断面の作成と編集（レガシー）

  1. ブラウザからビーム断面を新規に作成します。
  2. コンフィグを Shellに設定します。
    これにより、デフォルトのシェル断面、板厚1.0の10×10の正方形が作成されます。
  3. ブラウザでビーム断面を右クリックし、Edit in HyperBeamを選択します。
    HyperBeamはレガシークライアントのため、まもなく廃止される予定です。シェルビーム断面を編集することができます。詳細については、HyperBeamを使用したビーム断面のスケッチをご参照ください。
  4. HyperBeamツールバーを使って、頂点やパートの追加 / 削除、編集ができます。
  5. HyperBeamブラウザでビーム断面を右クリックし、Editを選択します。
    • パートリストの確認
    • パートの編集(削除)
    • パートの板厚変更
    図 4. デフォルトのシェル断面


スケッチエンティティの割り当て

  1. ブラウザでシェルビーム断面を選択するか、新規に作成し、コンフィグを Shellに設定します。
  2. オプション: デフォルトの板厚をFile > Preferences > Meshing > Advancedで編集します。
    自動設定の場合、デフォルトの板厚は、Default size （グローバルメッシュサイズ）の1/10に設定されます。

    手動で設定する場合、独自の値をデフォルトの板厚として指定できます。

  3. エンティティエディターで、既存のスケッチエンティティを選択します。
  4. オプション: 表データを使用して、各パートの名称や板厚（サイズ）を変更します。
  5. オプション: 中心オプションを選択します。
    Base point
    スケッチ原点をビーム断面の局所座標系原点として使用します。
    Centroid
    計算された中心をビーム断面のローカル原点として使用します。
    せん断中心
    計算されたせん断中心をビーム断面のローカル原点として使用します。
    せん断中心が未定義（結合されていないパート）の場合、デフォルトは座標中心となります。
    Frame Center
    ビーム断面のローカル原点をスケッチの境界ボックスの中心に配置します。
空ではないスケッチエンティティであれば、どのようなタイプのスケッチでも、Shellコンフィグレーションに割り当てることができます。そのため、シェルビーム断面は、内部のリアライゼーションから入力されます:
  • ラインは割り当てられたスケッチから抽出されます（現在の形状リアライゼーションに関係なく）。
  • T結合や切断部がある場合、ラインは複数に分割されます。
  • パートはスケッチラインIDの集合体として定義されます（ 表形式データでのDefinition ）。
    • それらはType = Shellです。

リアライズしたビーム断面はHyperBeamで確認することができます。断面の確認は可能ですが、編集はできません。

レガシーツールでビーム断面をさらに編集するには、ビーム断面に割り当てられているスケッチエンティティをリセットします。これにより、実現されたデータは保持されますが、スケッチへの依存はなくなります。

図 5. スケッチによる編集不可のシェル断面の確認


スケッチでビーム断面を更新

表データ（パート名 / 板厚）を使用して断面に割り当てられたスケッチエンティティは、変更時にビーム断面の実現を再生成する主要なソースとなります。

ビーム断面エンティティは、スケッチの直接編集またはスケッチがパラメータ化されている場合のパラメータ変更によるスケッチの更新によって変更されます。

  • ビーム断面形状を更新するには:
    • ブラウザでビーム断面を右クリックして、スケッチリボンからEdit in Sketcherを選択します。
    • ビーム断面は、スケッチ編集モードを終了するときにのみ更新されます。
    図 6.


  • スケッチに変数が割り当てられている場合（パラメトリック）:
    • スケッチリボンから、Variable Managerツールをクリックし、変数値を更新します。
    • または、パラメータブラウザを使用し、パラメータを更新します。
    • ビーム断面は、変数が変更されるたびに更新されます。
    図 7.


  • パートの板厚を更新する場合:
    • 単一パートが見つかった場合、エンティティエディターに直接そのサイズが表示されます。この値を変更すると、パートの板厚が更新されます。
    • 複数のパートが見つかった場合は、エンティティエディターのTabular Dataアイコンをクリックし、パートの板厚を更新します。

溶接の作成

スケッチがビーム断面に割り当てられるたびに溶接を管理する最良の方法は、スケッチに直接溶接線を含めることです。スケッチサイズの更新時、溶接が残ります。

割り当てられたスケッチからパートが検出されるたびに、関連するパート名をweld1、weld2 ... と更新されます。これは、シェルビーム断面を持つビームからサーフェスとシェルメッシュを作成するインフレートツールで使用されます。weld*パートは、サーフェス作成時には無視されます。

  1. ビーム断面ブラウザで、1つまたは複数のビーム断面（シェルのみ）を選択します。
  2. 右クリックし、Auto Connectを選択します。
    これは、パートの距離と板厚に基づいて、溶接を強制的に作成しようとするものです。入力しなければならないデータはありません。結果は、API *beamsectionautoconnectshell の説明の通りです。
制限事項
この機能は、リアライズされたビーム断面で使用できます。スケッチ参照のないレガシー断面に適しています。ビーム断面がスケッチエンティティにリンクされている場合、スケッチの更新ごとにビーム断面を再作成します。同様に溶接もです。溶接部を再作成するためには、手動で同機能を呼び出す必要があります。

前述のように、このような場合は、スケッチに直接溶接線を入れることが推奨されます。

スケッチの吸収

コンフィグレーションがShell（およびSolid）のレガシービーム断面を吸収することができます。これは、ビーム断面の実データからスケッチエンティティが作成されます(図 8)。
  1. ビーム断面ブラウザで、1つまたは複数のビーム断面を選択します。
  2. 右クリックし、Absorb Sketchを選択します。
    このオプションは、選択されたビームの少なくとも1つのコンフィグレーションがShellまたはSolidである場合にのみ有効です。ビーム断面に既にスケッチが割り当てられている場合、そのnitは保持されます。孤立したビーム断面のみ吸収されます。
    図 8. シェル断面から吸収したスケッチ




制限事項
  1. 作成したスケッチラインからパートを再作成します。
  2. 元の頂点から滑らかなスプラインを作成します。形状が元のラインからずれる場合があります。
    1. オリジナルの頂点はコントロールポイントです。
    2. 吸収された溶接は、スプライン位置まで延長する必要があります。
  3. 新しいデータ構造には、従来のシェルパート構造のような制限はありません（従来のパートはT結合にまたがることはできません）ので、吸収後のパート数は異なる場合があります。
    1. そのため、オリジナルのパート分布や名前、板厚が失われます。

ソリッド断面の作成

ソリッドビーム断面は、材料分布を考慮しないメッシュ断面です。また、断面の特性を評価するエンジンには溶接や接触を考慮しないため、断面は単一パートで作成されています。

デフォルト断面の作成と編集（レガシー）

  1. ブラウザからビーム断面を新規に作成します。
  2. コンフィグを Solidに設定します。
    これは、デフォルトのソリッド断面を10x10の正方形として作成します。
  3. ブラウザでビーム断面を右クリックし、Edit in HyperBeamを選択します。
    HyperBeamはレガシークライアントのため、まもなく廃止される予定です。ソリッドビーム断面を編集することができます。詳細については、HyperBeamを使用したビーム断面のスケッチをご参照ください。
  4. HyperBeamツールバーを使って、頂点やパートの追加 / 削除、編集ができます。
  5. Y Zパネルからポイントの座標を更新します。
    図 9. デフォルトのソリッド断面


スケッチエンティティの割り当て

シェル断面と同様に、ソリッドビーム断面もスケッチエンティティ(図 5)にリンクさせることができます。
  1. ブラウザでソリッドビーム断面を選択するか、新規に作成し、コンフィグを Solidに設定します。
  2. エンティティエディターで、既存のスケッチエンティティを選択します。
  3. オプション: 表データを使用して、各パートの名称や板厚（サイズ）を変更します。
  4. オプション: 中心オプションを選択します。
    Base point
    スケッチ原点をビーム断面の局所座標系原点として使用します。
    Centroid
    計算された中心をビーム断面のローカル原点として使用します。
    せん断中心
    計算されたせん断中心をビーム断面のローカル原点として使用します。
    せん断中心が未定義（結合されていないパート）の場合、デフォルトは座標中心となります。
    Frame Center
    ビーム断面のローカル原点をスケッチの境界ボックスの中心に配置します。
ソリッド設定に割り当てられたスケッチは、少なくともそこからサーフェイスを作成できる場合にのみ有効です。スケッチに閉じたループとループを形成しない余分なラインが含まれる場合、閉じたループのみ使用されます。スケッチでサーフェスが作成できない場合は、却下されます。

そのため、ソリッドビーム断面は、内部スケッチのリアライゼーションのメッシュから入力されます。

  • 割り当てられたスケッチからサーフェスを抽出します。
  • 結合されていない領域は、複数パートで構成されます。
    • これは、反り特性が計算できないため、通常は望ましくありません。
    • 形状プロパティは有効です。
  • パートはループを形成するスケッチラインIDの集合体として定義されます（ 表形式データでのDefinition ）。
    • それらはType = Shellです。
  • パートは表形式データで定義されたメッシュサイズでメッシュされます。
    • サイズ0.0は、サーフェスのサイズを元にサイズが自動計算されることを意味します。
    • サイズを小さくすると、パフォーマンスが低下する場合があります。

リアライズしたビーム断面はHyperBeamで確認することができます。断面の確認は可能ですが、編集はできません。

レガシーツールでビーム断面をさらに編集するには、ビーム断面に割り当てられているスケッチエンティティをリセットします。これにより、リアライズされたデータは保持されますが、スケッチへの依存はなくなり、レガシー断面のように動作するようになります。

図 10. スケッチからのソリッド断面


スケッチの吸収

コンフィグレーションがShell（およびSolid）のレガシービーム断面を吸収することができます。これは、ビーム断面の実データからスケッチエンティティが作成されます。
  1. ビーム断面ブラウザで、1つまたは複数のビーム断面を選択します。
  2. 右クリックし、Absorb Sketchを選択します。
    このオプションは、選択されたビームの少なくとも1つのコンフィグレーションがShellまたはSolidである場合にのみ有効です。ビーム断面に既にスケッチが割り当てられている場合、そのnitは保持されます。孤立したビーム断面のみ吸収されます。

弾性断面の作成

弾性ビーム断面は、2Dメッシュ断面です。レガシーのソリッド断面の延長です。

理論

弾性断面は、内部的に2つのパートを持つことができます。
ソリッド
ラインの閉ループとして定義されます。
シェル
ラインと板厚で定義されます。板厚は、ラインを左右対称にインフレートしてサーフェスにし、2Dメッシュ化するために使用されます。

材料

弾性断面はパート単位で材料を考慮することができます。線形弾性等方性材料のみ対応しています。ヤング率、ポアソン比、せん断弾性率を用いて、EA、EIyy、EIzz、EIyz、GJを評価します。

複数材料の場合、剛性項を評価し、断面内の様々な材料とその面積から有効材料（均質化）が定義されます（目標材料を与えることも可能です）。断面のCentroidとは、材料に重み付けされた中立軸のことです。せん断中心および反り特性も、弾性論に基づいた材料データを考慮しています。

より詳細な情報は、以下のリ参考文献をご覧ください:
  • "Analysis and Design of Elastic Beams: Computational Methods”Walter D. Pilkey”
注: 以下の点を考慮してください:
  1. 弾性断面は剛性項を評価します。
  2. ターゲットソルバーは、プロパティエンティティと材料エンティティのみを認知します。
    1. プロパティには、面積や断面2次モーメントなどの幾何データが含まれます。
    2. 材料には、ヤング率/せん断弾性率、ポアソン比が含まれます。
    3. 剛性マトリックスは、2つの別々の積で構成されます。
  3. これは、ソルバーのデータ構造に適合するように、均質化された材料でデータを正規化する必要があります。

材料情報を考慮した弾性ビーム断面は、ビーム断面だけでなく正しい材料を持つプロパティも作成されるため、ビームの更新（梁要素の更新を参照）によりSection Property ツールでのみ利用できます。

弾性断面を扱うその他のツールでは、材料は無視されます。

Contact

断面弾性は、複数のパート間の小さなギャップをサポートします。

  1. シェルタイプ選択は、最初に板厚によって、インフレートします。
  2. すべてのパートは、すべてのボディ間の接触探索を考慮します。
  3. 接触は、その表示をオフにすることができます。
  4. トレランスを設定することができます。
  5. デフォルト（Best match）は、セクション内の平均メッシュサイズの80％程度です。

    シェルパートのインフレート時には4つの要素の板厚が確保されることに留意してください。

スケッチがビーム断面に割り当てられると、常にデフォルトの接触が使用されます。

弾性断面の作成と編集

  1. ブラウザからビーム断面を新規に作成します。
  2. コンフィグを Elasticに設定します。
    この断面はデフォルトの形状を持たないため、すべてのプロパティは汎用断面のように0.0となります。
  3. オプション: デフォルトの板厚をFile > Preferences > Meshing > Advancedで編集します。
    自動設定の場合、デフォルトの板厚は、Default size （グローバルメッシュサイズ）の1/10に設定されます。

    手動で設定する場合、独自の値をシェルパートで使用するデフォルトの板厚として指定できます。

  4. エンティティエディターで、既存のスケッチエンティティを選択します。
  5. オプション: 中心オプションを選択します。
    Base point
    スケッチ原点をビーム断面の局所座標系原点として使用します。
    Centroid
    計算された中心をビーム断面のローカル原点として使用します。
    Shear Center
    計算されたせん断中心をビーム断面のローカル原点として使用します。
    せん断中心が未定義（結合されていないパート）の場合、デフォルトは座標中心となります。
    Frame Center
    ビーム断面のローカル原点をスケッチの境界ボックスの中心に配置します。
弾性ビーム断面はスケッチラインから複数のパートに分割されます。
  • サーフェスは閉じたループから抽出され、Type = Solidのソリッドパートとみなされます。
    • 結合されていない領域は、複数のソリッドパートで構成されます。
  • 閉じたループを形成していないその他のラインは、Type = Shellのシェルパートとみなされます。
  • 表形式データでは、Size列はパートの種類によって異なる意味を持ちます。
    • ソリッドパートの場合、Sizeはメッシュサイズのことです。値0.0は、サイズが自動計算されることを意味します。
    • シェルパートの場合、Sizeはパートの板厚のことです。

ハイブリッドスケッチと接触

次の例（図 11と図12）は、4本のラインによって閉じたループが形成され、3本のラインによって開いた断面が形成されている、ハイブリッドスケッチを示しています。この例では、2つのシェイプ間の距離を制御するためにGapパラメータが導入されています。

閉じたループはソリッドパートとして認識され、開いた断面はシェルパートと見なされます。

図12では、10.0という板厚をこのシェルパートに割り当てています。その後、gap変数を6.0から10.0に変更してみました。
  • 最初のケースでは、インフレート後の最終ギャップは1.0で、トレランスを下回っているため、パート間に接触が作成されます。反り特性が評価されます。
  • 2つ目のケースでは、最終ギャップは5.0で、このモデルには大きすぎるため、反り特性は得られません。
図 11. ハイブリッドスケッチ


図 12. ギャップに起因する接触がある弾性ハイブリッド断面


図 13. ギャップに起因する接触がない弾性ハイブリッド断面


ソリッドスケッチ

同じオリジナルスケッチを使用して、Sketch Offsetツールで、開いた断面の対称オフセットを作成し、複数のラインからなる閉じたループに変換できます。このオフセットをクリックしてドラッグし、ソリッド断面の板厚を操作するか、正確な値を入力します（図 14）。

図 14. パラメータを使用したスケッチ内のオフセットライン




図 15では、以下のように、3D詳細表示でビームを重ね合わせています：
  • 上のビームには、板厚が10.0のシェルパートを使用したハイブリッドスケッチを参照するプロパティがあります。
  • 下のビームには、図 14のオフセットスケッチを参照するプロパティがあります。
計算された断面プロパティはほとんど同じであることがわかります。
重要: チャンネルの元の中立線は、コンストラクションラインに変換されました。変換されなければ、弾性ビーム断面によって、これらのラインがソリッドチャンネル上にある別個のシェルパートとして検出されます。

接触管理は両方のケースで同じです（ハイブリッドまたはフルソリッド）。

図 15. ハイブリッドスケッチとソリッドスケッチの比較