解析作業R

B011 蛇腹(bellows)

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いくつかの接触部を持つモデルを試してみました。(かなり冗長)

ベース

使用ツール

項目 使用ツール 備考
モデル化 FreeCAD 0.21
メッシャー salome 9.8
プリプロセッシング
テキスト編集
ソルバー CalculiX 2.16
ポストプロセッシング

FreeCAD 0.21 ParaView 5.10.0

frdファイルの読み込み

モデル条件

形状

厚みが小さすぎますが、、、

物性値

計算させるために硬い材料で一旦行います。(接触の確認)
蛇腹にありがちなゴムとはかなり乖離があります。

材質項目設定
材料ヤング率21000 MPa
ポアソン比0.49

境界条件

項目設定
境界条件拘束①全拘束(面)
強制変位②X:-30mm Y:-30mm
摩擦係数0.0 (未設定)

結果

変位結果
カット面側
//①固定端反力
 total force (fx,fy,fz) for set NODEBC_GROUP_1 and time  0.1000000E+01

        1.539853E+03  2.135832E+03 -2.163716E+02
//③対象面荷重
 total force (fx,fy,fz) for set NODEBC_GROUP_3 and time  0.1000000E+01

       -2.205109E+01 -2.384838E+01  2.338036E+02

硬い材料なので、蛇腹としての反力は大です。

作業

様々な方法がありますが、salomeで六面体要素を作成してみます。

ジオメトリ

FreeCADで断面を作成したのち、フェイス形状にしてsalomeにメッシュを作成します。
参考:T131 モデリング
   エンティティ変換

断面形状
サーフェスモデル

サンプルファイルb011_sec_surface.step

メッシング

salomeで要素を作成してグループ分けを行います。

ジオメトリの読み込み

板要素の作成(四角形要素)

板要素

板要素を回転させて
ソリッド要素に
(180°分 = 6°×30個)

節点グループの設定
手動

接触面グループの設定
(モデルを12カ所に
分けて表面をそれぞれ
接触グループにします。)

サンプルファイルb011_mesh.unv

inpファイルの作成(テキスト編集)

unvファイルからinpファイルへ

方法としてはcalcuixのランチャーから変換する方法があります。メッシュ変換

小規模であれば、T911 unvToInpテキストファイル処理(仮)でも行えます。
接触面を取り出すため、こちらの処理で行っています。
節点と要素の部分はそのまま用いて、接触面については子分けで処理します。(下記)

接触面番号の取り出し

接触面をinpファイルにするのに、T911 unvToInpテキストファイル処理(仮)を用いています。
処理の都合で、接触面用のグループ4~15までを個別に分けて処理します。(全部入れた場合だと処理しきれない不具合のため)

例えば、接触面要素用のグループ④だけにするようにグループ⑤以下を削除したinpファイルを作成して処理します。
グループ④だけにすると要素とそれに付随する接触面番号が出力されます。

inpファイル

inpファイルは形状用のファイルと条件用のファイルを分けて作成します。

B011_st.inp ・・・条件用ファイル

Mesh_3_OUT_all.inp ・・・形状用ファイル(節点、要素、接触面定義の情報)

**//////////////t911出力可////////////////////////

*INCLUDE,INPUT=Mesh_3_OUT_all.inp

**////////////////////////////////////////////
** ■物性値の定義
*MATERIAL, NAME=SolidMaterial
*ELASTIC
21, 0.490

** ■要素プロパティ (ELSET等は定義名入力)

**ソリッド(*解除のこと)
*SOLID SECTION,ELSET=EvolumesC3D20R,MATERIAL=SolidMaterial
*SOLID SECTION,ELSET=EvolumesC3D15R,MATERIAL=SolidMaterial

**NODE TO SURFACE or SURFACE TO SURFACE
**option:SMALL SLIDING or LARGE SLIDING
**option: ADJUST

**//接触ペアの設定
*CONTACT PAIR, INTERACTION=INTFemConstraintContact,TYPE=SURFACE TO SURFACE
 Group_4,Group_5
Group_5,Group_6
Group_6,Group_7
Group_7,Group_8
Group_8,Group_9
Group_9,Group_10
Group_10,Group_11
Group_11,Group_12
Group_12,Group_13
Group_13,Group_14
Group_14,Group_15

 *SURFACE INTERACTION, NAME=INTFemConstraintContact
 *SURFACE BEHAVIOR,PRESSURE-OVERCLOSURE=LINEAR
 1000000.0 
**//

** ■ジョブ設定(静解析)
*STEP
*STATIC

** ■境界条件
*BOUNDARY
NodeBC_Group_1,1,3
NodeBC_Group_2,2,2,-30
NodeBC_Group_2,1,1,-30
NodeBC_Group_3,3,3

** ■出力指定
*NODE FILE, OUTPUT=3d
 U
 *EL FILE
 S, E

*NODE PRINT, NSET=NodeBC_Group_1, TOTALS=ONLY
RF

*NODE PRINT, NSET=NodeBC_Group_3, TOTALS=ONLY
RF

*END STEP 

Mesh_3_OUT_all.inpの抜粋

//節点情報
***節点23251個*** 
*Node, NSET=Nall
1,9.089,35.259,0
2,10.055,36,0
3,11.02,35.259,0
。。。

//要素情報 六面体と五面体が混在しています。
****要素タイプ116****
** Volume elements
*Element, TYPE=C3D20R, ELSET=EvolumesC3D20R
6745, 397, 367, 217, 277, 58, 57, 55, 56, 13861, 20034, 13745, 20033, 6702, 6911, 6698,
6912, 8732, 8702, 8642, 8672,
6746, 398, 368, 218, 278, 397, 367, 217, 277, 13862, 20036, 13746, 20035, 13861, 20034, 13745,
20033, 8733, 8703, 8643, 8673,
。。。

//固定端や強制変位点の箇所
***境界節点設定***
*****Group_1
*NSET,NSET=NodeBC_Group_1
13505,
13803,
13804,
13805,
。。。


***境界面設定***
**Group_4
*SURFACE, NAME=Group_4
6774,S1
6804,S1
9684,S1
6745,S2
6775,S2
9655,S2
。。。
**Group_5
*SURFACE, NAME=Group_5

//その他の接触面箇所//

。。。
**Group_15
*SURFACE, NAME=Group_15

サンプルファイルB011_st.inp Mesh_3_OUT_all.inp

その他

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