OS-T：1315 モーダル法によるブラケットの過渡応答解析

本チュートリアルでは、既存のブラケットの有限要素モデルを用いて、OptiStructによるモーダル時刻歴動的応答解析の実行の仕方について実際に示します。時刻歴動的荷重の下でのブラケットの変形特性のポスト処理には、HyperGraphが用いられます。

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。

bracket_transient.hm

ブラケットは２つの脚の底の部分が拘束されています。時刻歴動的荷重が上部の節点、穴の周りの平らな面に負のz-方向に作用します。荷重の時刻歴をFigure 2に示します。直接法過渡応答解析は合計４秒間、800の増分に分割して（即ち、時間ステップは0.005）実行されます。全てのモードに臨界減衰の2%のモーダル減衰が定義されます。モードは、1000 Hzまでが考慮されます。集中質量要素がスパイダー部分の中心に定義され、穴の中心の集中質量の場所でz方向変位がモニターされます。

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

HyperMeshを起動します。
User Profilesダイアログが現れます。
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

File > Open > Modelをクリックします。
自身の作業ディレクトリに保存したbracket_transient.hmファイルを選択します。
Openをクリックします。
bracket_transient.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

Create a TABLED1 Curve

In the Model Browser, right-click and select Create > Curve.
For Name, enter tabled1.
In the Curve Editor window, enter the values shown in 図 3.

図 3. Table Showing Time History of Loading
Close the Curve Editor.
In Curves, select tabled1.
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
For Card Image, select TABLED1 from the drop-down menu.
The curve TABLED1 that defines the time history of the loading has been created.

Create TSTEP Load Collector

In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
For Name, enter tstep.

Transient time step to define the time step intervals at which solution is generated and output.
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
For Card Image, select TSTEP from the drop-down menu.
For TSTEP_NUM, enter 1 and press Enter.
For N, enter the number of time steps as 800.
For DT, enter the time increment of 0.005.
The total time applied to the load is: 800 x 0.005 = 4 seconds. This is the time step at which output is requested. NO has a default value of 1.0.
Click Close.

Create a DAREA Load Collector

To define forces on the top surface of the bracket.

In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
For Name, enter darea.
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
For Card Image, select NONE.
Click BCs > Create > Constraints to open the Constraints panel.
Click nodes > by sets.
Two sets are displayed.
Select force and click select.
The nodes that belong to the set force get selected.
図 4.
Uncheck all degrees of freedom (dof), except dof3 by clicking the box next to each, indicating that dof3 is the only active degree of freedom.
For dof3, enter a value of -1500.
For load types=, select DAREA.
Click create.
This creates a force of 1500 units applied to the selected nodes in the negative z direction.
returnをクリックし、メインメニューに戻ります。

TABDMP1カーブの作成

減衰を周波数の関数として表形式で定義するモード減衰表。

Model Browser内で右クリックし、Create > Curveを選択します。
Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にtabdmp1と入力してproceedをクリックします。
Curve Editorで図 5に示す値を入力します：

図 5.
Curve Editorを閉じます。
カーブのtabdmp1を選択します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Card Imageに、ドロップダウンリストからTABDMP1を選択します。
TYPEをCRITに切り替え、臨界減衰を指定します。
周波数に0と1000 Hzを、減衰に0.02を入力し、周波数と減衰の関係を加えます。これにより、対象とする周波数域について減衰値の表が作成されます。

集中質量の適用

1Dパネルラジオボタンを選択します。
パネルで、massesを選択します。
by idを選択します。
ダイアログで、node IDに395を入力します。
質量に1000を設定します。

図 6.
createをクリックし、続いてreturnをクリックします。

EIGRL荷重ステップ入力の作成

Model Browser内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
Nameにeigrlと入力します。
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
Config typeに、ドロップダウンメニューからReal Eigen value extractionを選択します。
TypeにドロップダウンメニューからEIGRLを選択します。
V1に0.0と入力します。
V2に1000.0と入力します。
ND欄は空白のままにして1000 Hzまでのモードを取り出します。

Create a TLOAD1 Load Step Input

In the Model Browser, right-click and select Create > Load Step Inputs.
For Name, enter tload1.
For Config type, select Dynamic Load – Time Dependent from the drop-down list.
Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
For Type, select TLOAD1 from the drop-down list.
For Exciteid, click Unspecified > Loadcol.
In the Select Loadcol dialog, select darea from the list of load collectors (created in the last section to define the forces on the top surface of the bracket).
Click OK to complete the selection.
Similarly select the tabled1 curves for the TID field (to define the time history of the loading).
The type of excitation can be an applied load (force or moment), an enforced displacement, velocity, or acceleration. The field [TYPE] in the TLOAD1 load step inputs, defines the type of load. The type is set to applied load by default.

荷重ステップの作成

モーダル法による過渡応答解析を実行するため、

Model Browserで右クリックしcontext menuからCreate > Load Stepを選択します。
Name欄に、transientと入力します。
Analysis typeをTransient (modal)に設定します。
SPCにspcを選択します。
DLOADにtload1を選択します。
TSTEP(TIME)に、tstepを選択します。
METHOD (STRUCT)に、荷重ステップ入力eigrlを選択します。
SDAMPING (STRUCT)に、荷重コレクターtabdmp1を選択します。

モーダル時刻歴動的応答解析の荷重、境界条件と減衰を指定したサブケースが生成されます。

出力リクエストの作成

Analysisページからcontrol cardsをクリックします。
Card Imageダイアログで、GLOBAL_OUTPUT_REQUESTをクリックします。
DISPLACEMENTカードを定義します。
1. DISPLACEMENTを選択します。
2. FORMAT(1)欄は空白のままにしておきます。
3. FORM(1)にBOTHを選択します。
4. OPTION(1)にSIDを選択します。
5. SIDセレクターをダブルクリックし、centerを選択します。
6. returnをクリックします。
この center セットは、質量要素のあるスパイダー中心の節点、即ち、節点 395 を示します。
OUTPUTカードを定義します。
1. OUTPUTを選択します。
2. number_of_outputs欄に2と入力します。
3. KEYWORDにH3DとHGTRANSを選択します。
4. FREQに両方ともALLを選択します。
5. H3D KEYWORDで、別の欄はblankに設定します。
6. returnをクリックします。
returnをクリックし、ダイアログを終了します。

ジョブのサブミット

AnalysisページからOptiStructパネルをクリックします。

図 7. OptiStructパネルへのアクセス
save asをクリックします。
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bracket_transient_modal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。
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。
export optionsのトグルをallにセットします。
run optionsのトグルをanalysisにセットします。
memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
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、bracket_transient_modal.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、bracket_transient_modal.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。

そのディレクトリに書かれるデフォルトのファイルは：

bracket_transient_modal.html: 問題の定式と解析結果のサマリーに関する解析のHTMLレポート。
bracket_transient_modal.out: ファイルの設定、最適化問題の設定、実行に必要なRAMおよびディスクスペースの推定量、各最適化反復計算の情報、解析時間等、特定の情報を含むOptiStructの出力ファイル。ワーニングおよびエラーに関しては、このファイルを確認すること。
bracket_transient_modal.h3d: HyperViewバイナリ結果ファイル。
bracket_transient_modal.res: HyperMeshバイナリ結果ファイル。
bracket_transient_modal.stat: 解析のプロセスの間のそれぞれのステップでのCPU情報を提供する、解析のプロセスの要約。
bracket_transient_modal.mvw: HyperViewセッションファイル。; このファイルは過渡解析が実行された場合にのみ作成されます。このファイルは、ファイルに含まれる変位、速度、加速度の結果のプロットを自動的に作成します。

結果の表示

OptiStructパネルでHyperViewをクリックし、HyperViewを起動します。
menu barでFile > Open > Sessionをクリックします。
Open Session Fileダイアログで、入力ファイルが実行されたディレクトリからbracket_transient_modal_tran.mvwを開きます。
荷重がz-方向のみに作用していることから、節点 395のz-方向変位の時刻歴に着目することになります。

ファイルに含まれる変位の結果のプロットが生成されます。
Visualizationツールバーでをクリックし、Curves Attributesパネルを開きます。
Curvesの下で、X TransおよびY Transカーブを個別にせ選択し、Offをクリックします。

図 8.

X TransおよびY Transカーブの表示がオフになります。
をクリックし節点395のｙ軸(すなわちZ方向変位)を画面にフィットさせます。
必要な場合、色や線の属性も変更できます。

上のイメージで観察されるように、節点 395の変位は、負のz方向の荷重に伴い、変位も負のz方向になっています。変位は、モデルのモーダル減衰により、最終的には減衰しています。

rd2030_pic7 — 図 9. 集中質量のZ-変位時刻歴. スパイダーの中心 - 直接法過渡応答解析