CalculiXにてビームとシェル接触の確認をしています。
対象 ビームとシェル要素
簡単なモデルを用いて、ビームと板要素の接触を確認しました。
salomeとParaViewを経由しています。
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
B020 台車
モデル化： FreeCAD0.20
メッシャー：salome9.7
ソルバー ：CalculiX（2.16)
ポストプロセッシング：Paraview5.9.0
条件 :
形状
材質
ヤング率 210000MPa （N/mm2）
ポアソン比 0.3
荷重条件 ビーム上部を下方向へ10N負荷
強制変位 ビーム上部を右方向へ1mm移動
摩擦係数 0.2
作業: 下記（上記の参照・類似を確認してもOK）
結果
datファイルへの出力：節点12はビームの上部端点
下向き荷重9.999N Ｘ方向荷重1.9999N
//datファイル
forces (fx,fy,fz) for set NFIX2 and time 0.1000000E+01
12 1.999999E+00 -2.635060E-05 -9.999354E+00
\begin{align}
F = μN
\end{align}
\begin{align}
２ = 0.2 × 10 (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 : A313_contact_beam_shell.step
ワイヤーを一つ作成します。（参考：ワイヤー draft (Ver0.20)）
プレートを一枚作成して、ワイヤーでインプリントします。
（参考：平板(Ver0.19) ライナー（割線））
■メッシュ作成
salomeでFreeCADからステップファイルを読み込んだら、ビームとプレート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
メッシュを作成する際、それぞれのGroupで要素を作成します。
ビームとシェル要素をそれぞれのグループで作成します。
参考：beam Auto Mesh 、平板
サンプルファイル : A313_contact_beam.unv, A313_contact_shell.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。
ここでは、ccxでunvファイルからinpファイルにします。（参考：メッシュ変換）
inpファイルにした後、以下に修正します。（要素タイプはB31のまま）
A313_contact_beam_OUT.inp *node, nset=Nset1 11, 0.000000e+000, 0.000000e+000, 0.000000e+000 12, -1.867775e-032, 0.000000e+000, 1.000000e+001 *element, elset=B31,type=B31 1, 11, 12,
beamとshellのinpファイルを一緒にして設定を追記します。
・接触マスターはサーフェイス側にしておく
*node, nset=Nset1
11, 0.000000e+000, 0.000000e+000, 0.000000e+000
12, -1.867775e-032, 0.000000e+000, 1.000000e+001
*element, elset=B31,type=B31
1, 11, 12,
*node, nset=Nall
1, -5.000000e+000, -5.000000e+000, 0.000000e+000
2, -1.500000e+001, -5.000000e+000, 0.000000e+000
3, -5.000000e+000, 5.000000e+000, 0.000000e+000
4, -1.500000e+001, 5.000000e+000, 0.000000e+000
5, 5.000000e+000, -5.000000e+000, 0.000000e+000
6, 5.000000e+000, 5.000000e+000, 0.000000e+000
7, 1.500000e+001, -5.000000e+000, 0.000000e+000
8, 1.500000e+001, 5.000000e+000, 0.000000e+000
*element, elset=S4R,type=S4R
11, 3, 1, 2, 4,
12, 6, 5, 1, 3,
13, 8, 7, 5, 6,
*MATERIAL, NAME=SolidMaterial
*ELASTIC
210000, 0.300
*BEAM SECTION, ELSET=B31, MATERIAL=SolidMaterial, SECTION=RECT
1 , 1
0.0, 1.0, 0
*SHELL SECTION, ELSET=S4R, MATERIAL=SolidMaterial
1.0
*NSET,NSET=Nfix
1,
3,
5,
6,
*BOUNDARY
Nfix,1,3
*NSET,NSET=Nfix2
12
*BOUNDARY
Nfix2,2,2
Nfix2,6,6
Nfix2,5,5
*ELSET,ELSET=Emast
11
12
13
*NSET,NSET=Nslav
11
*SURFACE,NAME=Smast
Emast,S1
*SURFACE,NAME=Sslav,TYPE=NODE
Nslav
*CONTACT PAIR,INTERACTION=SI1,TYPE=NODE TO SURFACE
Sslav,Smast
*SURFACE INTERACTION,NAME=SI1
*SURFACE BEHAVIOR,PRESSURE-OVERCLOSURE=LINEAR
1000000.0
**摩擦係数の設定
*FRICTION
0.2,5000.
*STEP,NLGEOM
*STATIC
*BOUNDARY
12,1,1,1.0
*CLOAD
12,3,-1.0000000000000E+01
*NODE FILE, OUTPUT=3d
U
*EL FILE
S, E
*NODE PRINT,NSET=Nfix2
RF
*END STEP サンプルファイル（上記） : A313_contact_beam_shell_fix256.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
FreeCADでfrdファイルを読み込んだり、vtk出力してParaviewで確認してもよいです。
参考：T103 FreeCAD tips FEM
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