解析作業

A311 接触摩擦

この記事は約6分で読めます。

CalculiXにて摩擦設定の確認をしています。

対象 ソリッド要素(四面体二次)

簡単なモデルを用いて、接触摩擦力を確認しました。
同じような作業はFreeCAD単独でも行えますが、
salomeとParaViewを経由しています。(パーツ操作・結果処置のしやすさから)

参照A140 例題D 片持ち梁の解析(接触 荷重)
   A310 例題I 接触面調査

類似A312 接触固着
   T225 接触摩擦 複数

モデル化: FreeCAD0.20

メッシャー:salome9.6

ソルバー :CalculiX(2.16)

ポストプロセッシング:Paraview5.9.0

条件 : 

形状

モデル形状図(mm)

材質

ヤング率 210000MPa (N/mm2

ポアソン比 0.3

荷重条件 上部ブロックを下方向へ9N負荷※ (解析時間0~1まで増分負荷後、一定負荷)
    ※節点9個に1Nづつ負荷しているので、等分布荷重ではありません。(外周部が大きい)

強制変位 上部ブロックを右方向へ1mm移動(解析時間1~2まで増分移動)

摩擦係数 0.2

負荷荷重条件

作業: 下記

結果

ブロック移動
摩擦反力

ブロックに9Nかけた後、解析時間1→2の間で摩擦反力1.8Nになります。

\begin{align}
F = μN
\end{align}

\begin{align}
1.8 = 0.2 × 9 (N)
\end{align}

作業 

■ジオメトリ作成

FreeCADでブロック二つを作成します。

参考:A310 例題I 接触面調査
上記のほか、片持ち梁のモデルでも参考になると思います。

サンプルファイル : A311.FCStd, A311-Body001.step, A311-Body002.step

■メッシュ作成

FreeCADからステップファイルを読み込んだら、接触面用のグループを作成しておきます。

参考: T404 ジオメトリ Tips、 メッシュ作成

四面体二次で要素作成した後、節点と表面要素のグループを作成します。

FreeCADで行う場合にはA130 例題C 片持ち梁の解析(接触 が参考になると思います。

サンプルファイル : A311_Mesh_1.unv, A311_Mesh_2.unv

■inpファイル作成

CalculiXで実行するinpファイルを作成します。
いくつか方法がありますが、以下の方法をとっています。
t911ページでunvファイルをinpに変換
 ベースブロック(mesh1)と上部ブロック(mesh2)の二つについて行います。
 アッシーのinpで条件等を定義します。
・テキスト修正

参考: A420 応力集中 t911によるファイル変換
    T223 複数体 テスト用 複数ファイルの操作

A311_ccx_multi.inp・・・親ファイル
A311_Mesh_1.inp・・・ブロック①
A311_Mesh_2.inp・・・ブロック②

A311_ccx_multi.inp

**要素を定義してあるファイルを読み込みます。
*INCLUDE,INPUT=A311_Mesh_1.inp
*INCLUDE,INPUT=A311_Mesh_2.inp
 **すべての要素をセットEallに登録します。
 ** Define element set Eall
 *ELSET, ELSET=Eall
 EvolumesC3D10
 EvolumesC3D10_2
 **すべての要素をセットMaterialSolidSolidに登録します。
 *ELSET,ELSET=MaterialSolidSolid
 EvolumesC3D10
 EvolumesC3D10_2
 **すべての節点をセットNallに登録します。
 *NSET,NSET=Nall
 Nall_1
 Nall_2
 ** MaterialSolid (mm ton)
 *MATERIAL, NAME=MaterialSolid
 *ELASTIC
 210000, 0.300

 *SOLID SECTION, ELSET=Eall, MATERIAL=MaterialSolid

**接触面ペアの設定
 *CONTACT PAIR, INTERACTION=INT1,TYPE=SURFACE TO SURFACE
 DEP1,IND1
 *SURFACE INTERACTION, NAME=INT1
 *SURFACE BEHAVIOR,PRESSURE-OVERCLOSURE=LINEAR
 1000000.0 
**摩擦係数の設定
 *FRICTION
 0.2,5000.

**荷重制御
 *AMPLITUDE,NAME=Graph1
 0,0,
 1,1,
 2,1,

**強制変位
 *AMPLITUDE,NAME=Graph2
 0,0,
 1,0,
 2,1,

 *STEP,INC=10000
 *STATIC,direct
 0.1,2

 *BOUNDARY
**上部ブロック拘束(Y軸方向)
 NodeBC_Group_1,2,2

**ベースブロック全拘束
 NodeBC_Group_2,1,3

**上部ブロック節点荷重
 *CLOAD,AMPLITUDE=Graph1
 416,3,-1.0
 418,3,-1.0
 420,3,-1.0
 421,3,-1.0
 424,3,-1.0
 425,3,-1.0
 426,3,-1.0
 427,3,-1.0
 436,3,-1.0

**上部ブロック節点強制変位
 *BOUNDARY,AMPLITUDE=Graph2
 NodeBC_Group_1,1,1,1.0

**結果出力
 *NODE FILE
 U
 *EL FILE
 S, E

**datファイルへの書き出し 上部ブロック反力(摩擦反力)
 *NODE PRINT, NSET=NodeBC_Group_1, TOTALS=ONLY
  RF

 *END STEP 

サンプルファイル : A311_ccx_multi.inp, A311_Mesh_1.inp, A311_Mesh_2.inp

■結果処理

結果ファイル(frd)をランチャーから読み込んで動画確認したり、グラフ化すればよいと思います。

参考: T201 CalculiXのインクリメント表示
    datのグラフ表示

Paraview経由

t921にfrdファイルをParaviewで確認するためのVtk変換ページを作成しました。
サイズが小さい場合には処理できます。

加工するとzipファイルで保存できます。

解凍して、seriesをParaviewで読み込みます。

Paraviewで確認します。
摩擦の反力はdatを別途、エクセル等で処理する必要があります。

参考: 変形図 倍率

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