解析作業

A420 応力集中

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孔のある構造を引張って、応力集中を観測してみました。
要素は六面体と三角柱要素からなり、これらの要素を使用するのが目的です。
(本構造の作成であれば、四面体二次要素で十分だと思います(オートメッシュ)。)

対象 六面体、三角柱要素

モデル化: FreeCAD 0.19

メッシング: salome-MECA 9.3.0

ソルバー :CalculiX(2.16)

ポストプロセッシング:CalculiX GraphiX

条件 : 

サイズ:100mm×100mm×1mm 孔直径30mm

ヤング率:210000MPa ポアソン比:0.3

応力集中 条件
穴あき平板 形状

作業: 下記

結果

応力集中図
応力集中計算結果

応力集中係数

\begin{align}
\small  α = \small1+ \small2\sqrt{\frac{a}{r}} =\small1+ \small2\sqrt{\frac{15}{15}} = 3
\end{align}

α:応力集中係数 a:切り込み深さ(本モデルではR) r:切り込みR

応力は480/163=2.94 倍でおおよそ3倍となっています。

作業

ジオメトリ

FreeCADにて作成しています。
参照 T131 モデリング 穴あき平板

後の作業では、サーフェイスだけ必要なので、スケッチの線分から以下のアイコンでサーフェイスを作成します。エンティティ変換

サンプルファイル: A420_hole_plate.step

要素作成

salomeにて作成しています。

参照 T405 メッシュ作成 例 穴あき平板

追加作業として拘束・引張の条件を境界条件として付与する節点のグループ分けを行います。

グループ1は横方向(X軸方向)の拘束を全面に対して行います。高さ方向も止めます。
グループ2は、中心部にて図の上下方向(Y軸方向)も止めます。
グループ3,4は1,2と対応しますが、X軸方向に0.1mm強制変位の設定をします。

グループまで作成したら、unvファイルに書き出します。

サンプルファイル: A420_hole_plate.unv

inpファイル作成

上記で作成したunvファイルをinpファイルに変換します。
unvファイルはFreeCADで読めるのですが、節点境界条件を付ける方法が見当たらないので
(ジオメトリにアタッチして等、方法はあるかもしれません)変換ぺージt911を作成しました。

下記は、inpファイルのひな型になります。

*******以下t911で出力してペースト
<節点について>・・・変換コードで出力
 *Node, NSET=Nall

<要素について>・・・変換コードで出力
 ** Volume elements
 *Element, TYPE=C3D8R, ELSET=EvolumesC3D8R

<境界節点設定>・・・変換コードで出力(グループで設定した節点をセットに割り当てます)
 *Group_1
 *NSET,NSET=NodeBC_Group_1
1,
2,
・・・
*******ペースト終了

*******[以下テキスト修正にて]
**,Define,element,set,Eall ・・・要素セット
 *ELSET,ELSET=Eall
 EvolumesC3D8R
 EvolumesC3D6

*******,SolidMaterial ・・・材料物性
*MATERIAL,NAME=SolidMaterial
*ELASTIC
210000,0.300

*******(要素セットと材料の関連付け)
*SOLID SECTION,ELSET=Eall,MATERIAL=SolidMaterial

*******(ジョブの設定)
*STEP
*STATIC

*******境界条件
*BOUNDARY
NodeBC_Group_1,1
NodeBC_Group_1,3
NodeBC_Group_2,1,3
NodeBC_Group_3,1,1,0.1
NodeBC_Group_3,3
NodeBC_Group_4,1,1,0.1
NodeBC_Group_4,2,3

*******出力設定
*NODE FILE
U
*EL FILE
S,E


*END STEP

A420_hole_plate.unv下記のページにて入力して、加工します。

下記のウィンドウに遷移しますので、ctrl + A などですべて選択します。
前出のひな型inpファイルに張り付けて、物性値・境界条件・ジョブの設定等と合わせて
実行ファイルを作成します。

作成した実行ファイルになります。

サンプルファイル: A420_hole_plate.inp

解析実行・結果確認

CalculiXにて作成されて結果ファイル(frd)をCCXやテキスト閲覧で確認します。

注記

同様の作業であれば、FreeCADにて四面体二次要素でそのまま行った方が楽です。
六面体、三角柱を用いた確認として行いました。

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