貫通 / 交差の管理

Penetrationツールで、貫通および交差する要素の接触、コンポーネントまたはグループをチェックします。

貫通および交差は、個々に、もしくはまとめて使用することができます。貫通とは、シェル要素の材料板厚の重なりとして定義され、交差とは、互いに通過している要素として定義されます。

Validateリボンから Penetrationツールをクリックします。

図 1.

ガイドバーおよびPenetrationsブラウザが開きます。
貫通チェックを設定し、組み込まれたアルゴリズムを使用して交差 / 貫通をチェックします。
1. ガイドバーから、をクリックし、使用するチェック方法にEmbedded Algorithmを選択します。
  
  制約事項: これは、LS-DYNAプロファイルでのみ利用できます。
2. Check Typeでチェックする貫通の種類を選択します。
3. ガイドバーで、交差 / 貫通をチェックするエンティティタイプを選択します。
  Groups (contacts)、Components、Elements、またはPartsを選択できます。
  複数の接触を選択することで、ソルバーのルールに従った貫通チェックが実行されます。貫通要素が見つかった場合、その結果がPenetrationブラウザに表示されます。結果は、貫通候補選択に使用されたエンティティタイプに関わらず、コンポーネントペアごとに表示されます。
4. ガイドバーから、をクリックし、最小貫入深さ（Minimum Penetration depth）を調整して、貫入深さの値が低い貫入をフィルタリングします。
5. Thicknessオプションを選択します。
  - Component/Elements thicknessを選択すると、調整を適用せず、コンポーネント内の各要素について、コンポーネントのプロパティカードに指定された板厚値を使用します。
  - Thickness multiplierを選択すると、貫通チェックのため、選択されたエンティティの板厚に入力された値が掛けられます。非整数値は受け入れ可能ですが、負の値は使用できません。
  - Uniform thicknessを選択すると、既存のコンポーネントの板厚を無視し、代わりに、モデル内のすべてのコンポーネント用のUniform Thickness欄に入力された値を使用します。
    注: Uniform thicknessは、デフォルトのHyperMeshユーザープロファイルで板厚情報が不足している際、もしくは板厚が指定されていないモデルについて作業を行う際の対応策として使用できます。
6. Thickness>Sizeオプションを選択します。
7. エッジの貫通を考慮するには、Consider edge penetrationsチェックボックスを選択します。
8. 境界シェルエッジ処理を行う場合、境界シェルエッジの処理に使用するアルゴリズムを選択します。
  - コンポーネントの外部境界を平坦であるとみなす場合、Flat edgesを選択します。
    図 2. Flat Edges
  - コンポーネントの厚みと同じ直径を持つ円柱によってコンポーネントの外部境界を拡張する場合、Rounded edgesを選択します。
    図 3. Rounded Edges
9. ガイドバーで、 Checkをクリックします。
  チェックが完了すると、検出された交差と貫通がブラウザに表示されます。
  図 4.
ビューコントロールの凡例を使用して、貫通と交差を確認します。
図 5.
- Highlight failed：ブラウザで1組のコンポーネントを選択した際、貫通または交差が生じるすべての要素がハイライト表示されます。
- Contour depth: 選択された1組のコンポーネント内の貫通要素のカラー階調度を表示しペア、関与している要素の貫通の度合いを示します。このモードは、深さを決定できないため、交差については適用できません。
- Penetration Vectors：ブラウザ内でユーザーが選択したコンポーネント内の各貫通要素について個々のベクトルを表示します。これらのベクトルは、選択されたコンポーネントおよびその交差するコンポーネントの両方について、貫通の方向と深さを示します。
  注: ベクトルを固定サイズで表示したい場合は、の下にあるガイドバーから、Penetration vector sizeを調整する必要があります。
  このモードは、深さを決定できないため、交差については適用できません。
- Only elements：貫通または交差している特定の要素を除き、干渉コンポーネントを含むモデル内のすべてをマスクします。

貫通と交差を修正します。

修正	操作方法
手動	Penetrationブラウザで修正するグループ / コンポーネントを選択します。対象のペアを右クリックし、コンテキストメニューからManual Fixを選択します。注: また、Penetrationブラウザでペアを選択し、ガイドバーのをクリックすることもできます。貫通に関係する節点が自動的に選択されます。手動による修正移動ツールが開き、節点や要素を操作して貫通や交差を削除します。ほかに交差と貫通が存在しないかどうかを再確認するため、ガイドバーの Recheckを選択します。
自動	Penetrationブラウザで修正するグループ / コンポーネントを選択します。ガイドバーで Fix allをクリックします。注: また、Penetrationブラウザでペアを右クリックし、コンテキストメニューのAuto fixを選択することもできます。

修正

操作方法

手動

Penetrationブラウザで修正するグループ / コンポーネントを選択します。
対象のペアを右クリックし、コンテキストメニューからManual Fixを選択します。
注: また、Penetrationブラウザでペアを選択し、ガイドバーのをクリックすることもできます。
貫通に関係する節点が自動的に選択されます。手動による修正移動ツールが開き、節点や要素を操作して貫通や交差を削除します。
ほかに交差と貫通が存在しないかどうかを再確認するため、ガイドバーの Recheckを選択します。

自動

Penetrationブラウザで修正するグループ / コンポーネントを選択します。
ガイドバーで Fix allをクリックします。
注: また、Penetrationブラウザでペアを右クリックし、コンテキストメニューのAuto fixを選択することもできます。

ヒント:

コンポーネントが別のコンポーネントと交差する場合、コンポーネントを右クリックし、コンテキストメニューからFind Matching Penetrating Component Pairを選択し、貫通リストから同じコンポーネントペアを検索します。そのペアが貫通しない場合、メッセージが表示されます。
貫通解除修正を行う際に、特定のコンポーネントを変更しないで残したい場合、そのコンポーネントを右クリックし、コンテキストメニューからLock Componentを選択します。ツリー内のコンポーネント名の上に、赤色の南京錠が表示され、それがロックされていることを示します。ロックされたコンポーネント内の節点は、Collisionツールによって動かすことはできません。アンロックするには、ロックされているコンポーネントを右クリックし、コンテキストメニューからUnlock Componentを選択します。
図 6.
ブラウザで列の見出しをクリックすることで、その列がソートされます。たとえば、Violationsの見出しをクリックすると、それらの違反番号に従って親コンポーネントがソートされます。列の見出し内の小さな三角形矢印は、コンポーネントが昇順降順のいずれでソートされるかを示し、繰り返しクリックすることで、それら２つのオプションが切り替わります。

貫通チェックを設定し、ソルバー出力ファイルのリーダー方法を使用して貫通のソルバー出力ファイルをチェックします。

制約事項: これは、LS-DYNAプロファイルでのみ利用できます。LS-DYNAメッセージファイルまたはd3hspファイルを読み込んで、Penetrationブラウザにこれらの貫通情報を表示します。
1. ガイドバーでをクリックします。
2. Check Method欄で、Solver output file readerを選択します。
3. 選択欄で、貫通のチェックが必要な接触（グループ）を選択します。
  接触が選択されていない場合、ソルバー出力ファイルに書き込まれたすべての接触のすべての貫通がブラウザに表示されます。
4. ソルバー出力ディレクトリで、ソルバー出力ファイルがあるパスに移動して選択します。
5. Minimum penetration depthを使用して、貫通深さの値が低い貫通を除外します。
6. 貫通節点と貫通セグメントを含むソルバーセットを自動生成するには、Create sets of failed entitiesチェックボックスを選択します。
7. Checkをクリックすると、ソルバー出力ファイルが読み込まれ、ブラウザに貫通が入力されます。
8. 自動または手動で貫通部を修正します。

概要

HyperMeshのPenetration Checkツールは、手持ちの各有限要素ソルバーを最大限に模倣するように設計されています。こうすることで、特定された初期貫通は、ソルバー自体によって検出された貫通とほぼ等しくなります。

ほとんどの有限要素ソルバーでは、貫通と交差の2つのタイプを扱います。

Penetrations

貫通自体は、節点 - セグメントとエッジ - エッジの2つの貫通カテゴリに大別されます。ほとんどの商用有限要素ソルバーでは、節点 - セグメントのみ、エッジ - エッジのみ、そしてたいていの場合は、節点 - セグメントとエッジ - エッジの組み合わせのインターフェースを提供しています。

節点 - セグメントの貫通

節点 - セグメントの貫通は、セカンダリ節点が、メインセグメントの板厚内に空間的に配置されている場合に生じます。

このような貫通は通常、ソルバーによって“節点 - サーフェス”の貫通として報告されます。貫通チェックにおいて、セカンダリ節点は、結合されているすべてのセカンダリセグメントの最大板厚に数値的に等しい直径を持つ球体です。

貫通の検出に使用される“ギャップ” = （セカンダリ節点の板厚 / 2） + （メインセグメントの板厚 / 2）

セグメント境界における節点貫通を正確に特定するため、ほとんどの商用有限要素ソルバーと同様に、Penetration Checkツールは、下図のようにセグメント境界のエッジに仮想円筒を追加します：

貫通は、セカンダリ節点がメインセグメントの仮想円筒エッジと衝突する場合にも発生します。

このような貫通を“節点 - エッジ”として別個に報告するソルバーもあれば、“節点 - サーフェス”としてまとめているソルバーもあります。

フラット境界のシェルエッジの処理：節点 - サーフェス貫通のチェックにおいて、一部の最新の接触インターフェースでは、（シェルコンポーネントのフリーエッジに沿った）シェル要素のフリー / 境界エッジ上に仮想円筒が追加されないようにするためのパラメータが用意されています。

これにより、物理モデルを正確に表すジオメトリでチェックが実行されるようになったため、シェルコンポーネントのフリーエッジで‘真の’貫通を特定できます。

Penetration Checkツール内のこのような最新のインターフェースでは、次のことが当てはまります：

メインシェル要素のフリー / 境界エッジに仮想円筒は追加されません。
シェル要素のセカンダリ節点については、シェル要素の材料外にあるセカンダリ節点の球部分は無視されます。
図 10.

注: セカンダリ節点の球を、3つ以上のフリー / 境界シェルエッジに結合することはできません。3つ以上のフリー / 境界シェルエッジに結合されている場合、そのセカンダリ節点の球は完全に保持されます。

エッジ - エッジの貫通

エッジ - エッジの貫通は、セグメントの2つの異なる仮想エッジ円筒（共通の節点を共有していないもの）が相互に干渉する場合に発生する貫通です。

ほとんどのソルバーでは、このような貫通は“エッジ - エッジ”の貫通として区別して報告されます。

特殊なユースケース

板厚が非常に大きいセグメントに起因する自己貫通。一部のインターフェースには、セグメントエッジ長と比べて板厚が大きいセグメントが含まれています。実行される貫通チェックのタイプによっては、同じコンポーネント内で貫通が生じることがあります。

節点 - サーフェスのチェックでは、1つの要素のセカンダリ節点の球が、隣接するメインセグメントの仮想円筒を貫通します。

エッジ - エッジのチェックでは、同じセグメントの向かい合うエッジ上の2つの仮想円筒が相互に貫通します。

一部のソルバーでは、節点 - サーフェスのチェック時に上記の問題が発生した場合の対策として、下記のいずれかまたは両方がサポートされています：

セカンダリ節点の周辺の貫通を無視する。同じコンポーネント内のセカンダリ節点と隣接するメインセグメント間の貫通は無視されます。Radiossでは、‘IREM_GAP = 2’と設定することで、この方法を/INTER/TYPE7タイプインターフェースに対してアクティブにすることができます。この方法をPenetration Checkツールでアクティブにすると、多大な計算負荷が生じるため、このツールのパフォーマンスに影響を与えます。
メインセグメントの板厚を指定した比率だけ小さくする。この方法は、LS-DYNAの単一サーフェス接触で見られ、板厚がセグメントの最短エッジ長の40％に低減されます。

Intersections

交差が生じるのは、要素のエッジが、他のシェル / ソリッド要素の中間のサーフェス / フェイスを横切っている場合です。

交差チェックは、ソルバーパラメータの機能ではないため、ユーザープロファイルに依存しません。

ほとんどのソルバーでは、交差は報告されません。ただし、交差があると、解析時に重大な問題が発生するため、必ず回避してください。

サポートされるソルバー接触とパラメータ

LS-DYNA、PAM-CRASH、およびRadiossソルバーカードの接触とパラメータ情報。

LS-DYNAソルバー接触

表 1.
Group Type	Node to Surface	Edge to Edge	N2S Treatment when thickness > edge length
SINGLE_SURFACE	Yes	No	オプション、最小エッジ長さの40%
AUTOMATIC_GENERAL	Yes	Yes	オプション、最小エッジ長さの40%
NODES_TO_SURFACE	Yes	No	None
SURFACE_TO_SURFACE	Yes	No	None
SINGLE_EDGE	No	Yes	N/A

PAM-CRASHソルバー接触

表 2.
Group Type	Node to Surface	Edge to Edge	N2S Treatment when thickness > edge length
CNTAC Type 33	Yes	No	近隣の貫通を無視
CNTAC Type 34	Yes	No	近隣の貫通を無視
CNTAC Type 36	Yes	No	近隣の貫通を無視
CNTAC Type 37	Yes	Yes	近隣の貫通を無視
CNTAC Type 43	Yes	Yes	近隣の貫通を無視
CNTAC Type 46	Yes	Yes	近隣の貫通を無視

Radiossソルバー接触

表 3.
Group Type	Node to Surface	Edge to Edge	N2S Treatment when thickness > edge length
/INTER/TYPE7	Yes	No	オプション。近隣の貫通を無視
/INTER/TYPE11	No	Yes	N/A
/INTER/TYPE19	Yes	Yes	N/A
/INTER/TYPE24	Yes	Yes	N/A

LS-DYNAソルバーパラメータ

表 4.
エンティティ	ソルバーパラメータ
*CONTROL_CONTACT	TH, TH_SF, SSTHK
*CONTROL_SHELL	CNTCO
*CONTACT	SST, SFST, MST, SFMT, SLDTHK, SOFT, THKOPT, SHLTHK, SHLEDG, SRNDE, MSTYP, SSTYP
*PART	OPTT, SFT
*SECTION_SHELL	T1、NLOC
*ELEMENT_SHELL	THIC1, THIC2, THIC3, THIC4, OFFSET

PAM-CRASHソルバーパラメータ

表 5.
エンティティ	ソルバーパラメータ
CNTAC /	Hcont, ITPRT
PART /	TCONT, H
SHELL /	H
TSHEL /	H

Radiossソルバーパラメータ

表 6.
エンティティ	ソルバーパラメータ
/DEFAULT/INTER/TYPE7	IGap, IRem_Gap
/DEFAULT/INTER/TYPE11	IGap
/DEFAULT/INTER/TYPE19	IGap
/DEFAULT/INTER/TYPE24	IPen0, Inacti
/INTER/TYPE7	IGap, GapMin, GapMax, FScaleGap, IRem_Gap, %Mesh_Size
/INTER/TYPE11	IGap, GapMin
/INTER/TYPE19	IGap, GapMin, GapMax, FScaleGap
/INTER/TYPE24	IPen0, Grnod_Ids, GapMax_S, GapMax_M, PenMax, Inacti
/PART	Thick
/PROP	Thick
/SHELL	Thick
/SH3N	Thick

選択された貫通の節点リスト

貫通チェックの実行後に、貫通しているセカンダリ節点に関する詳細な情報が、選択された貫通の節点リストに表示されます。

このリストには、Penetrations Checkブラウザで選択されたComponents Pair(s)/Group(s)のすべての貫通しているセカンダリ節点に関する情報が含まれています。このテーブルの5つの列には、以下の情報が含まれています：

Node ID: 貫通しているセカンダリ節点のID。
Pene.Depth: リストされている各セカンダリ節点の最大貫通深さ。
Thickness: リストに表示されている各セカンダリ節点のすべての貫通深さのうちの最大値に対応するギャップ（または板厚）値。
Rel.Pene: リストされている各セカンダリ節点の相対貫通値。Relative Penetration = Penetration Depth / Thickness。
Res.Dist: メインセグメントの中央面とセカンダリ節点の球の中心の間の残余距離（または物理的距離）。

1つのセカンダリ節点が複数のセグメントと衝突しているか（“Node to Surface”チェックから）、複数のエッジと衝突している1つのエッジに属している（“Edge to Edge”チェックから）場合（またはその両方の場合）：

そのセカンダリ節点は、（複数エンティティの複数の貫通であっても）1回だけリストされます。
これに対して表示されている情報は、そのすべての貫通深さの最大値に対応しています。