OS-T:6010 S-Nアプローチを用いた多軸疲労解析(損傷計算)

多軸疲労解析では、OptiStructは応力テンソルを直接使って損傷を計算します。

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。

多軸疲労解析理論は、応力が平面応力状態にあるという仮定に基づきます。すなわち、OptiStructでの多軸疲労解析では、構造の自由表面のみが着目されます。

ソリッド要素については、シェルスキンがOptiStructによって自動的に生成され、シェル要素はそのまま使用されます。多軸疲労解析の機能群は、FATPARMバルクデータエントリでMAXLFAT=YESを設定することによりアクティブになります。

またS-Nアプローチの場合、引張り亀裂とせん断亀裂によって生じる損傷をチェックするために、GoodmanおよびFindleyモデルが使用されます。

本チュートリアルでは、に示すような、ブレーキ力と鉛直力を受けるコントロールアームが用いられます。2つの荷重の時刻歴は 1 Hzで 2545 秒間とに示すように得られており、これが使われます。亀裂は常に表面から始まるため、 表皮のシェルメッシュがソリッド要素を覆って置かれています。これにより、計算精度も良くなります。

多軸の挙動を組み込むために、追加のパラメータが導入されます。
1. 疲労解析に用いるコントロールアームモデル

rd2070a_control_arm
2. 鉛直力の荷重時刻歴

rd2070a_load_time
3. ブレーキ力の荷重時刻歴

rd2070a_vertical_force

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。

モデルの読み込み

  1. File > Import > Solver Deckをクリックします。
    Importタブがタブメニューに追加されます。
  2. File typeにOptiStructを選択します。
  3. Filesアイコンfiles_panelを選択します。
    Select OptiStruct Fileブラウザが開きます。
  4. 自身の作業ディレクトリに保存したctrlarm.femファイルを選択します。
  5. Openをクリックします。
  6. Import、続いてCloseをクリックし、Importタブを閉じます。
    疲労解析のセットアップの大筋は、以下のステップで得られます。
    4. 疲労のセットアップ – 多軸SN


モデルのセットアップ

Define TABFAT Load Collector

The first step in defining the loading sequence is to define the TABFAT curves. This represents the loading history.
  1. Make sure the Utility menu is selected in the View menu. Click View > Browsers > HyperMesh > Utility.
  2. Click on the Utility menu beside the Model tab in the browser. In the Tools section, click on TABLE Create.
  3. Set Options to Import table.
  4. Set Tables to TABFAT.
  5. Click Next.
  6. Browse for the loading file.
  7. In the Open the XY Data File dialog box, set the Files of type filter to CSV (*.csv).
  8. Open the load1.csv file you saved to your working directory.
  9. Create New Table with Name table1.
  10. Click Apply to save the table.
    The curve table1 with TABFAT card image is created.
  11. Browse for a second loading file load2.csv.
  12. Create New Table with Name table2.
  13. Click Apply to save the table.
    The curve table2 with TABFAT card image is created.
  14. Exit from the Import TABFAT window.
    Tables appear under Curve in the Model Browser.
    注: A file in DAC format can very easily be imported in HyperGraph and converted to CSV format to be read in HyperMesh.

Define FATLOAD Load Collector

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
  2. For Name, enter FATLOAD1.
  3. Click Color and select a color from the color palette.
  4. For Card Image, select FATLOAD.
  5. For TID(table ID), select table1 from the list of curves.
  6. For LCID (load case ID), select SUBCASE1 from the list of load steps.
  7. Set LDM (load magnitude) to 1.
  8. Set Scale to 3.0.
  9. Repeat the process to create another load collector named FATLOAD2 with FATLOAD Card Image and pointing to table2 and SUBCASE2.
  10. Set LDM to 1 and Scale to 3.0.

Define FATEVNT Load Collector

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
  2. For Name, enter FATEVENT.
  3. For Card Image, select FATEVNT.
  4. For FATEVNT_NUM_FLOAD, enter 2.
  5. Click on the Table icon table_pencil next to the Data field and select FATLOAD1 for FLOAD(1) and FATLOAD2 for FLOAD(2) in the pop-out window.

Define FATSEQ Load Collector

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
  2. For Name, enter FATSEQ.
  3. For Card Image, select FATSEQ.
  4. For FID (Fatigue Event Definition), select FATEVENT .
    Defining the sequence of events for the fatigue analysis is completed. The Fatigue parameters are defined next.

Define Fatigue Parameters

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
  2. For Name, enter fatparam.
  3. For Card Image, select FATPARM.
  4. Verify TYPE is set to SN.
  5. Set MAXLFAT to Yes for the multiaxial method.
  6. Set STRESSU to MPA (Stress Units).
  7. Set RAINFLOW RTYPE to LOAD.

Define Fatigue Material Properties

The material curve for the fatigue analysis can be defined on the MAT1 card.

  1. In the Model Browser, click on the MAT1 material.
    The Entity Editor opens.
  2. In the Entity Editor, set MATFAT to SN.
  3. Set UTS (ultimate tensile stress) to 600.
  4. For the SN curve set (these values should be obtained from the material's SN curve):
    SRI1
    1903.0
    B1
    -0.123
    NC1
    1e6
    B2
    0.0
    FL
    0.0
    SE
    0.0

Define PFAT Load Collector

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
  2. For Name, enter pfat.
  3. For Card Image, select PFAT.
  4. Set LAYER to TOP.
  5. Set FINISH to NONE.
  6. Set TRTMENT to NONE.
  7. Set Kf to 1.0.

Define FATDEF Load Collector

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Collector.
  2. For Name, enter fatdef.
  3. Set the Card Image to FATDEF.
  4. Select the PTYPE check box and activate PSOLID.
  5. Edit FATDEF_PSOLID_NUMIDS to 2. The model contains 2 solid properties defined in the model.
  6. Click on the Table icon table_pencil next to the Data field and select PSOLID_2 for PID(1), pfat for PFATID(1) and PSOLID_5 for PID(2) and pfat for PFATID(1) in the pop-out window.
  7. Click Close.

Define the Fatigue Load Step

  1. In the Model Browser, right-click and select Create > Load Step.
  2. For Name, enter Fatigue.
  3. Set the Analysis type to fatigue.
  4. For FATDEF, select fatdef.
  5. For FATPARM, select fatparam.
  6. For FATSEQ, select fatseq.

ジョブのサブミット

  1. Analysisページからパネルに入ります。
  2. input file欄に続くsave asをクリックします。
    Save Asダイアログが開きます。
  3. File nameに名称ctrlarm_fatigue.femを入力します。
  4. Saveをクリックします。
  5. OptiStructをクリックし、解析をサブミットします。

結果の確認

  1. OptiStructパネルから、HyperViewをクリックします。
    HyperViewが起動され、結果が読み込まれます。HyperViewにモデルと結果が正しく読み込まれたことを示すメッセージウィンドウが現われます。
  2. Resultsタブに移動します。
  3. Load CaseをSubcase 3 - fatigueに変更します。
  4. ResultsツールバーでresultsContour-16をクリックし、Contour panelを開きます。
  5. Result typeをにセットし、Applyをクリックして要素コンターを表示させます。
  6. 5. 要素寿命の結果:最初の要素が壊れるまで4500サイクル