OS-T：1920 片持ち梁の大変位解析

本チュートリアルでは、OptiStructを使用して細長い片持ち梁のマルチボディダイナミクス解析（時刻歴解析）を実行します。

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。
HyperMeshを使用して、片持ち梁の既存の有限要素モデルを読み込み、モデルのセットアップ（ジョイントの作成、載荷など）を行います。片持ち梁の大変形結果のポスト処理は、HyperViewを使って行います。
図 1.

modeling_reb2

本演習では、ジョイント、PFBODY、MBMNTCおよびマルチボディダイナミクス用サブケースの作成方法について学習します。

梁モデルは10個の異なる弾性体（PFBODY）から成り、各弾性体は固定ジョイントと剛体要素（RBE2）で結合されます。
図 2. RBE2のモデリング

coincident_node_locations

各弾性体の境界に2つのRBE2要素が定義されています（境界面で各弾性体に1つ）。固定ジョイントは、重複する各RBE2要素の独立節点である重複節点を使用して作成されます。

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

ジョイントの作成

ここでは、このモデルに必要な全てのジョイントを定義します。このモデルでは固定ジョイントのみが必要です。body_1の左側の固定ジョイントは、固定境界条件を表すために作成します。固定ジョイントは重複節点を使用して作成するため、最初にbody_1の左側に重複節点を作成する必要があります。
  1. コンポーネントjointsを作成します。
    1. Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Componentを選択します。
      デフォルトのコンポーネントテンプレートがEntity Editorに表示されます。
    2. Nameにjointsと入力します。
  2. 重複節点を作成します。
    1. menu barからGeometry > Create > Nodes > XYZをクリックし、Create Nodesパネルを開きます。
    2. modeling windowで、body_1の上部左側角を3回クリックします。
      その節点の座標値(x=、y=、z=)が表示されます。
      図 3. 重複節点の場所

      co_nodes
    3. createをクリックします。
    4. body_1の下部左側角に別の重複節点を作成します。
    5. returnをクリックします。
  3. menu barからJointsをクリックします。
    Jointsパネルが開きます。
  4. body_1の左側角に固定ジョイントを作成します。
    1. joint typeをfixedに設定します。
    2. first terminalとして上部左側角の重複節点を、second terminalとして同じ位置にある別の重複節点を選択します。
      ヒント: optionsパネル> graphicsサブパネルで重複節点をピックすることで、それら重複節点をmodeling windowで選択します。
    3. createをクリックします。
    図 4. 固定ジョイント

    fixed_joint_2
  5. body_1の下部左側角に固定ジョイントを作成します。
  6. 各コンポーネントの境界位置に固定ジョイントを作成します。
    1. joint typeをfixedに設定します。
    2. Body_1とBody_2間の境界を拡大表示します。
    3. first terminalとして重複節点の1つを、second terminalとして別の重複節点を選択します。
    4. createをクリックします。
    図 5. 固定ジョイント

    fixed_joint_B
  7. 各ボディの境界位置に固定ジョイントを作成します。
  8. returnをクリックします。

PFBODYの作成

PFBODY は、マルチボディシミュレーションのための弾性体定義です。PFBODYは剛体を、有限要素のプロパティ、要素、節点のリストとは別に 定義します。

モデルにはground bodyとは別に１０のボディがあります。

  1. Analysisページからbodiesをクリックします。
  2. createサブパネルを選択します。
  3. body=欄にpfbdy_1と入力します。
  4. type=をクリックしPFBODYを選択します。
  5. プロパティセレクターを使って、body_1を選択します。
  6. bycollectorをクリックしrigid_1を選択します。
  7. number of modesをnmodes=に設定し、3と入力します。
  8. createをクリックします。
  9. parametersサブパネルを選択します。
  10. dampingをdval=に設定し、10.0と入力します。
  11. updateをクリックします。
  12. 各弾性体のPFBODYを作成します。
    body_2について、以下の定義を行います：
    • body=にpfbdy_2と入力します。
    • props=にbody_2を選択します。
    • elems=にrigid_2を選択します。
    parametersサブパネルで全てのPFBODYの減衰が10.0に定義されていることを確認してください。pfbody_4に対しては、nmodes= 欄に7と入力します。
  13. returnをクリックします。

DTIとUNITSの作成

  1. menu barからSetup > Create > Control Cardsをクリックし、Control Cardsパネルを開きます。
  2. DTI_UNITSをクリックします。
  3. 単位系を、図 6に示すとおり定義します。
    図 6.

    dti
  4. returnを2回クリックし、メインメニューに戻ります。

MBSIM荷重コレクターの作成

モデルに与える重力荷重とマルチボディシミュレーション用パラメータを指定するためのMBSIMバルクデータカードをこの演習で作成します。
  1. mbmoment荷重コレクターを作成します。
    1. Model Browserで右クリックしcontext menu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Entity Editorに表示されます。
    2. Nameにmbmomentと入力します。
    3. Card ImageをNoneに設定します。
  2. sim荷重コレクターを作成します。
    1. Model Browserで右クリックしcontext menu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Entity Editorに表示されます。
    2. Nameにsimと入力します。
    3. Card ImageをMBSIMに設定します。
    4. TTYPEをENDに設定します。
    5. TIMEに0.5と入力します。
    6. STYPEをDELTAに設定します。
    7. DELTAに2.0e-04と入力します。
    8. ITYPEをVSTIFFに設定します。

MBMNTCの作成

  1. モーメントの荷重タイプをMBMNTCに変更します。
    1. Analysisページからload typesをクリックします。
    2. moment=をクリックしMBMNTCを選択します。
    3. returnをクリックします。
    MBMNTCはカーブに基づいたモーメントです。
  2. カーブを作成します。
    1. メニューバーからXYPlots > Curve Editorをクリックし、Curve editorを開きます。
    2. Newをクリックします。
    3. name =にmycurveと入力します。
    4. proceedをクリックします。
    5. カーブリストからmy curveを選択します。
    6. XYテーブルに図 7のように追加します。
      図 7.
      curve_list
    7. Updateをクリックします。
    8. Closeをクリックします。
  3. Model BrowserのCollectorsフォルダーでmbmomentを右クリックし、context menuからMake Currentを選択します。
  4. モーメントを作成します。
    1. Analysisページからmomentsをクリックします。
    2. 節点セレクターを使って、梁の右側角の節点を２つ選択します。
      図 8. MBMNTC

      mbmntc
    3. magnitude=の横のスイッチをクリックし、curve, componentsに変更します。
    4. z comp= 欄に1.0と入力します。
      x comp、y compは0のままにします。
    5. curveをクリックしmycurveを選択します。
    6. createをクリックします。
    7. returnをクリックします。
  5. <uicontrol>File</uicontrol><uicontrol>Import</uicontrol><uicontrol>Solver Deck</uicontrol>をクリックします。これで独立したシェル（DOSまたはUnix）が表示され、OptiStructジョブが開始されます。

    解析が正常に終了した場合、プロンプトにエラーメッセージは出力されません。プロンプトにメッセージProcessing completeが表示されると、最適化は終了です。

荷重ステップの作成

  1. Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Load Stepを選択します。
  2. NameにDynamicと入力します。
  3. Analysis typeを<uicontrol>Linear Static</uicontrol>に設定します。
  4. MBSIMを定義します。
    1. MBSIMに、Unspecified > を選択してアドバンスト選択を開きます。
    2. ダイアログで、SIMを選択し、OKをクリックします。
  5. Subcase OptionsでMLOAD > Loadcolidを選択します。
  6. MLOADに、Unspecified > を選択してアドバンスト選択を開きます。
  7. ダイアログで、mbmomentを選択し、OKをクリックします。

ジョブのサブミット

  1. AnalysisページからOptiStructパネルをクリックします。
    図 9. OptiStructパネルへのアクセス

    OS_1000_13_17
  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cantilever_beam_MBDと入力します。
    OptiStruct入力ファイルには、拡張子 .femが推奨されます。
  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. memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
  8. OptiStructをクリックし、OptiStructジョブを開始します。
ジョブが成功した場合、cantilever_beam_MBD.femが書き出されたディレクトリに新しい結果ファイルがあるはずです。何らかのエラーがある場合、cantilever_beam_MBD.outファイルはデバッグを手助けするエラーメッセージを探すのに良い場所です。

結果の表示

このステップでは、HyperMeshのOptiStructパネルで起動するHyperView内で結果を可視化します。

HyperViewは有限要素解析（FEA）、マルチボディシステムシミュレーション、ビデオと工学データのための完全なポストプロセッシングと表示の環境です。

  1. AnalysisページのOptiStructパネルから、をクリックします。

    Load modelとLoad resultsの右側入力欄にcantilever_beam_MBD.h3dのパスとファイル名が表示されます。これは、.h3dフォーマットにはモデルと結果データの両方が含まれているためです。

    モデルと結果は現在のHyperViewウィンドウに読み込まれます。

  2. <uicontrol>Axis</uicontrol>ツールバーアイコンresultsContour-16をクリックします。
  3. Results type:の下で、Displacement(v)を選択します。
  4. Applyをクリックします。
  5. playback controlsの横のパネル内にあるAnimation Controlsを使ってアニメーションを開始 / 停止します。
    図 10.

    animation_toolbar
    1. Animate ModeがanimationTransient-24（Transient）にセットされていることを確認します。
    2. Start/Pause Animationアイコンをクリックし、アニメーションを開始します。
    3. アニメーションの再生中に、一番下のスライダを使って、アニメーションのスピードをコントロールします。
    4. Start/Pause Animationアイコンを再度クリックし、アニメーションを停止します。
    図 11.


  6. Contour panelのResults typeの下で、Element Stresses [2D & 3D]を選択します。
  7. Applyをクリックします。
  8. Start/Pause Animationアイコンをクリックし、アニメーションを開始します。
    図 12.