両もちはりの解析(1)|Salome-Meca

部品のアセンブリ解析を行います。
今回は2回に分けて掲載します。
1回目—両もちはりの解析
2回目—計算結果の出力と比較

使用ソフト:SalomeMeca2019+Ubuntu18.04(with Virtualbox)

1.解析内容

下図に示す両もちはりの中心に荷重がかかったときのたわみを計算します。
・荷重:100N
・はりの寸法:幅20mm、高さ10mm、長さ:160mm
・材料:200000N/mm2、ポアソン比0.3

2.解析モデル

<拘束条件>
下図に示します。
なお、今回は、今後板ばねのような大変形解析をやりたいため、はり本体と支点を接触する設定にしています。

・荷重:-2.5N(Z方向)
   FORCE_ALETEは、単位長さあたりの荷重を示します。
   今回は、-50N(荷重)/20mm(はりの幅)=-2.5N/mm
・非線形解析による接触解析
 はりとはりを支える支点に接触が発生します。
・出力:Z方向変位

<要素>
 6面体2次要素(自動メッシュ)

3.解析結果

はり中央位置のたわみ:6面体2次要素:0.0257mm
計算時間:市販のノートパソコンにて30分程度でした。

4.材料力学公式による計算と比較

荷重位置のたわみは、両もちはりの公式より
δ = P x L3 / 48 x E x I
P:荷重、L:長さ、Eヤング率、I:断面2次モーメント
δ = 100*1603 / (48*200000*1667) = 0.0256mm
2次要素のたわみは、ほぼ公式どおりでした。

5.今後見直したほうが良い点

このネタを2020/8/22 オープンCAE勉強会@関西にて発表していくつか助言をもらいました。ソフトの扱いに慣れてきたら、対処しようと思います。
(1)たわみが微小変形レベルの場合は、単品解析が望ましい。
 理由:計算時間が長いのは、接触解析の処理が主要因である。
 対処法:支点位置にある接点を拘束する。
(2)計算時間が長い。
 理由:SalomeMecaで2次要素を用いた解析は相当重い。
 対処法1:ソルバーの並列処理(Code Asterの並列化処理を行う)
 対処法2:低減積分要素を使う。(3D_SI要素をつかう)
 対処法3:幅、高さ方向のメッシュを粗くする(SubMeshにて設定する)
 対処法4:幅方向も対称のため、幅方向も半分にして1/4モデルにする。

2020.9.13追記
2020/8/22 オープンCAE勉強会@関東(構造など)の際にも助言をもらいました。
今回の6面体2次要素に限らず、2次要素は中間接点が存在するため、接触判定が難しく解析が収束しないことから、1次要素を使用するのが望ましい。(私が別の解析で2次要素を使って接触解析を使おうと思ったら、動かないというトラップにかかったため、エラーが出る場合はあきらめたほうがよいと思います。)

<参考資料>
*.med:メッシュファイル *.comm:コマンドファイル