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Salome-Meca応力解析入門(片持ちはりの弾性応力解析(低減積分要素))

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低減積分要素を用いた片持ちはりの弾性応力解析

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Salome-Meca応力解析入門(片持ちはりの弾性応力解析(低減積分要素))

  1. 1. Salome-Meca入門教材 Salome-Meca入門 (Eficasを利用した片持ちはりの弾 性応力解析:低減積分要素) 1 2016.03.13 PE構造力学研究所 PE Structural Mechanics Laboratory
  2. 2. 学習目標 • Salome-Mecaによる応力解析の流れを体験す る • Eficasを用いたコマンドファイルの修正を体験 する • はりの弾性曲げ変形に関する理論解と比較する • 前回(線形要素編)を復習した上で,低減積分 要素の効果を体験する 2
  3. 3. 解析の流れ 3 Geometry Module Mesh Module Aster Module ParaVis Module 問題の設定 結果の評価 • 解析対象の形状,寸法,材料特性の準備 • 結果の(おおざっぱな)予測 • 形状(直方体)の作成 • 境界条件を与える形状グループに名前をつける • メッシュの作成 • 要素(立体,面や辺)に形状グループ名を継承 • ウイザードによるコマンドファイルの作成 • Eficasを用いたコマンドファイルの修正 • メッシュファイルとコマンドファイルの組合せ • 解析の実行 • 変形図によるおおまかな妥当性の確認 • 変位量,応力値の確認 • 精度・妥当性の検証
  4. 4. 解析対象 4 L b h w 固定端 等分布荷重 表 寸法,材料特性,荷重 はり長さ, L = 100 mm 板幅, b = 20 mm 高さ, h = 10 mm ヤング率, E = 200 GPa ポアソン比, n = 0.3 荷重, w = 1 N/mm (圧力 = 1/b MPa) x z
  5. 5. 境界条件 5 ・固定端を完全拘束 (DX = 0, DY = 0, DZ = 0) ・面グループ名:「Fix」 ・上面に均等圧力を負荷 ・面グループ名:「Load」
  6. 6. 予習(はりの弾性理論解) 6 断面二次モーメント, I 3 1667 12 bh I   mm4 自由端たわみ, dmax 4 4 2 max 1 100 3.75 10 8 8 1667 200000 wL EI d        mm 最大曲げ応力, smax 2 2 2 max 3 2 2 12 3 3 1 100 15 2 2 2 20 10 M h wL h wL I bh bh s         MPa ※)これらはBernoulli-Euler Beamの仮定に基づいており,十分に細長いはりが, はりの軸方向(X方向)応力のみによって変形する場合に対する解で,多軸応力状 態となるソリッド要素解析と完全には一致しないが,良い目安にはなる
  7. 7. 7 Salome-Mecaの起動 ① Salome_mecaのアイコン をダブルクリック ※ ここでは,Salome_Meca 2015.1(英語版)を使います
  8. 8. 8 Geometryモジュールの起動 ① 「+」マークをクリック して画面全体に表示させる ② プルダウンメニューから Geometryを選択
  9. 9. 9 Geometryモジュールの起動 ① 新しいGeometry データを作成
  10. 10. 10 形状の作成 ① 新しいエンティィーを開く ② 基本形状を開く ③ 直方体(Box)を選択
  11. 11. 11 形状の作成 ① 寸法を入力 Dx = 100 (L) Dy = 20 (b) Dz = 10 (h) ② 適用してウイン ドウを閉じる
  12. 12. 12 形状の作成 ① 虫めがねマーク(Fit all) をクリックして画面全体に合 わせる
  13. 13. 13 形状グループの作成 ① Box_1を選択した状態で ② 新しいエンティティを開く ③ グループを開く ④ グループを作成
  14. 14. 14 形状グループの作成 ① 「面」を選択 ② 名前を「Load」にする ④ 形状(面)を追加 ③ 画面上で上の面をクリック (枠線の色が変わる) ⑤ 33番の面がリスト に表示される ⑥ 適用して閉じる
  15. 15. 15 形状グループの作成 ②注) Cntlを押しながら,右 クリックでBoxをドラッグして も回転できる ① 回転ボタンを押す ② マウスドラッグして,固定 端の面が見えるようにする
  16. 16. 16 形状グループの作成 ① Box_1を右クリック ② グループを作成 ②注)Loadと同様にNew Entityから開いてもよい
  17. 17. 17 ① 「面」を選択 ② 名前を「Fix」にする ④ 形状(面)を追加 ③ 画面上で上の面を クリック(枠線の色 が変わる) ⑤ 3番の面がリストに 表示される ⑥ 適用して閉じる 形状グループの作成
  18. 18. 18 ① 「>>」マークをク リックして隠れている アイコンを表示 ② リセットボタンをク リックしてモデル表示を 元にもどす 形状グループの作成 ③ Box_1の下に2つの グループができてい ることを確認
  19. 19. 19 Geometry作成までの保存 ① ファイルを開く ② 名前をつけて保存
  20. 20. 20 Geometry作成までの保存 ① 解析作業用ディレクトリ を開く(ここではBeam3) ② 名前をつける(ここで はBeam3_geom1.hdf) ③ 保存する
  21. 21. 21 Meshモジュールの起動 ① プルダウンメニュー からMeshを起動
  22. 22. 22 ① Pythonコンソールは使 わないので,「×」マーク をクリックして閉じる Meshモジュールの起動
  23. 23. 23 メッシュの作成 ① Box_1を選択した状態で ② Meshメニューを開く ③ メッシュを作成 ② 注)オブジェクトブラウザー上でBox_1 を右クリックしても同じ操作ができる
  24. 24. 24 メッシュの作成 ① 条件を割当てる ② 自動六面体 分割を選択
  25. 25. 25 メッシュの作成 ① デフォルトを受け入れる (ここでは均等15分割だが, あとでメッシュサイズを指定 することで変更される) ② OKする
  26. 26. 26 メッシュの作成 ① 1Dタブを開く ② 設定(歯車マー ク)を開く ③ 局所長さ を選択
  27. 27. 27 メッシュの作成 ① デフォルトを 受け入れる ② OKする
  28. 28. 28 メッシュの作成 ① 適用して閉じる
  29. 29. 29 ① 工事中マーク(計算前)がつ いているMesh_1を右クリック ② Computeをクリックして メッシュ作成を開始 メッシュの作成 ②注)Meshメニュー からも選択可
  30. 30. 30 ① できたメッシュの情報を確認 (ここでは線形要素が20個) メッシュの作成 ② 閉じる(隠れている時 はAlt+マウスドラッグで 表示させる)
  31. 31. 31 ① 虫めがねマーク(Fit all)をクリックして画 面全体に合わせる ② メッシュの状態 を確認 メッシュの確認 ②注)このメッシュは不十分に見えるが,精度の メッシュ依存性を確認するためあえて粗くしている
  32. 32. 32 メッシュへの形状グループ割当て ② 形状からグループを作成 ① Mesh_1を右クリック
  33. 33. 33 メッシュへの形状グループ割当て ① 形状グループLoadとFixを 選ぶ(Cntl+クリックで1個 づつ同時選択可) ③ 適用して閉じる ② 要素のグループに形状 グループが追加される
  34. 34. 34 メッシュへの形状グループ割当て ① 面のグループへの,Load とFixの追加を確認
  35. 35. 35 メッシュファイルの書き出し ① Mesh_1を 右クリック ② メッシュデータを エキスポート ③ MEDフォーマット (バイナリ)を選択
  36. 36. 36 メッシュファイルの書き出し ① ファイル名は, Mesh_1.medにする ② 保存する
  37. 37. 37 ① ファイルメニュー を開く ② 名前をつけて保存 Meshまでの作業の保存
  38. 38. 38 Meshまでの作業の保存 ① 解析作業用ディレ クトリを開く ② 名前をつける(ここで はBeam3_mesh1.hdf) ③ 保存する
  39. 39. 39 Asterモジュールの起動 ① Mesh_1を表示した 状態で, ② プルダウンメニュー からAsterを開く
  40. 40. 40 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① Asterメニューを開く ② Wizardsを開く 1 ③ 線形弾性(Linear elastic)を選択
  41. 41. 41 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① モデル化は「3D」 ② 次に進む
  42. 42. 42 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① Mesh_1を 選択 ④ 次に進む ② Mesh_1の 表示を確認 ③ メッシュ上のグ ループを使用する ③ 注)形状グループでも取り扱えるが,メッ シュをファイルから読み込む場合はメッシュ のグループを用いることになる
  43. 43. 43 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① 材料特性を入力 ヤング率=200000 (MPa) ポアソン比=0.3 ② 次に進む
  44. 44. 44 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① 境界条件を与えるグループ 名をFixにする(ダブルクリッ クしてメニューを開く) ③ 次に進む ② X, Y, Z方向変位を 3つともゼロに拘束
  45. 45. 45 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① 境界条件を与えるグループ 名をLoadにする(ダブルク リックしてメニューを開く) ③ 次に進む ② 圧力を w/b = 0.05 (MPa)にする
  46. 46. 46 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① ファイルのアイコ ンを開く
  47. 47. 47 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① 解析作業用ディレ クトリを開く ② 名前をつける(ここでは Beam3_mesh1SI.comm) ③ 保存する
  48. 48. 48 ウイザードによるコマンドファイル作成 ① 保存場所を確認 ② Finishで終了する
  49. 49. 49 Eficasによるコマンドファイル編集 ① 「+」をクリックして,Asterの ツリーを開く ② 「+」をクリックして,linear- staticのツリーを開く ③ 「+」をクリックして,Dataのツ リーを開き,Beam3_mesh1SI.comm を右クリックして ④ Eficasを起動する
  50. 50. 50 Eficasバージョンの選択 ② OKする ① 安定バージョンを選択
  51. 51. 51 Eficasバージョンの選択 ① Eficasの起動を確認
  52. 52. 52 モデル化法の変更 ① 「+」をクリックして, AFFE_MODELE,AFFE,b_mecanique, MODELISATIONを開く ② 現在の選択「3D」を選択 ③ 「3D」を除く(右指さ し)マークで移動
  53. 53. 53 モデル化法の変更 ① 3次元ソリッド低減積分 要素「3D_SI」を選択 ③ 有効化する ② 「3D_SI」を選択(左指さ し)マークで移動
  54. 54. 54 モデル化法の変更 ② 上書き保存 ① 「3D_SI」を確認
  55. 55. 55 変更したコマンドファイルの保存 ② Eficasを終了 ① ファイルメニューを 開く
  56. 56. 56 解析ケース(Study)の設定 ① 黄色い星のマークがついている解 析ケース Linear-staticを右クリック ② 編集を開く
  57. 57. 57 解析ケース(Study)の設定 ② コマンドファイルが保存した通 りになっていることを確認(なけ ればファイルのアイコンを開く) ① 解析ケース名を Beam3_mesh1SIに変更 ③ オブジェクトブラウザ上(メ モリ上)から Mesh_1を選ぶ ④ Code_Asterのバージョンに 安定版(stable)を選ぶ ⑤ OKする ③注)from diskを選択し,既に保存して あるディスク上のメッシュファイル名 (Mesh_1.med)を指定してもよい
  58. 58. 58 解析の実行 ① 解析ケース Beam3_mesh1SI を右クリック ② Runする
  59. 59. 59 解析の実行 ① 実行中
  60. 60. 60 解析の実行 ① 解析がAlarmで 終了ことを確認 ② OKする
  61. 61. 61 Asterまでの作業の保存 ① ファイルメニュー を開く ② 名前をつけて保存
  62. 62. 62 Asterまでの作業の保存 ① 解析作業用ディレ クトリを開く ② 名前をつける(ここで はBeam3_aster1.hdf) ③ 保存する
  63. 63. 63 ParaVisの起動 ① プルダウンメニュー からParaVisを開く
  64. 64. 64 ParaViewファイルを開く ① ファイルメ ニューを開く ② ParaView Fileを開く
  65. 65. 65 ① *.rmedファイル を開く ② ファイル名を確認 (ケース名.rmed) ③ OKする 結果ファイルの読込み
  66. 66. 66 モデルの表示 ① 緑色になっている APPLYボタンを押す ② モデルの表示を確認
  67. 67. 67 モデルの表示 ① 左クリック+マウスド ラッグによって,回転させ て見やすくする
  68. 68. 68 変位の表示 ① RESU_DEPL(変位場)から 「DZ(Z方向変位)」を選ぶ ② 変位の表示を確認 ③ 最大変位は -3.480e-2 mm
  69. 69. 69 変形図の表示 ① Filtersを開く ② Commonを開く ③ Warp By Vectorを開く
  70. 70. 70 変形図の表示 ② 拡大率を1000倍く らいにする ① RESU_DEPL(変位 場)の選択を確認 ③ 緑色になっている APPLYボタンを押す
  71. 71. 71 応力の表示 ③ 応力を確認(分布 がおかしい) ① RESU_SIGM_NOEU(節点上の 応力成分)から ② Sxx(X方向応力)を選択 ④ 最大応力は, ほとんどゼロ
  72. 72. まとめ • 線形弾性ウイザードを用いて作成したコマン ドファイルをEficasを用いて修正することで, 低減積分要素を使用した • 変位は理論解に近くなったが,応力は良好に 計算されなかった • 低減積分要素は,要素内の積分点数が少なく, 板厚方向1層では,曲げ応力の分布が良好に 表現できない 72

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