解析作業R

B012 ボルトとナット 剛体確認

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 剛体要素を用いて、ボルトとナットを組み合わせたモデルを行います。
実際、ねじ山をモデル化するようなことはそうそうないと思いますが、
見た目がわかりやすいですし、検討パターンの考えやすさから行います。
目的は、剛体の操作になります。

ベース

ひとまず、計算可能なモデルを作成します。

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 9.9
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 5.10.0frdファイルの読み込み

モデル条件

アドインを使用します。

形状

形状はアドインから取り込んだものになります。

物性値

材質項目設定
材料ヤング率210000 MPa
ポアソン比0.3

境界条件

項目設定
境界条件拘束ナット下面を拘束
強制変位ボルトを回転
摩擦係数0.0 (未設定)

ねじ山に接触面定義を設定します。

結果

ボルト(剛体)を回転させると、ねじ山をたどって軸方向へ移動します。

応力結果は以下です。値はあてになりません。

剛体であるボルトにはほとんど結果はでません。(わずかに値に変動がある)

作業

様々な方法がありますが、なるべく簡易な方法で行います。

ジオメトリ

ボルトとナットはFreeCADのアドインであるFastenersから作成します。

サンプルファイルB012_boltNut1-M6x12-Screw.step,
B012_boltNut1-M6-Nut.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。

stepファイルを読み込みます。

ボルトとナットのねじ山部分をグループとして定義します。
メッシュグループとして設定する際に、ジオメトリ情報として使用します。

 オートメッシュで要素を作成します。
 ねじ山の表面部分は、接触用の定義を行うため、グループ化します。グループ化する際には、ジオメトリ参照で行うと便利です。
 unvファイルとして書き出します。

四面体1次要素で作成しています。

 ナット側も同じように設定します。

参考:

サンプルファイルb012_Mesh_1.unv ,
b012_Mesh_2_2.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

unvファイルからinpファイルへ変換する必要があります。
以下の参考での処理を行います。
ボルトとナットの要素ファイルについて、要素グループの名称を変更することと、接触面の指定を追加します。

参考:

サンプルファイルb012_Mesh_1.inp ,
b012_Mesh_2_2.inp

inpファイル

実行ファイルとして設定などを記載したinpを作成します。


***ボルトメッシュの読み込み
*INCLUDE,INPUT=b012_Mesh_1.inp

***ナットメッシュの読み込み
*INCLUDE,INPUT=b012_Mesh_2_2.inp

***コントロール用の節点を定義
*Node, NSET=cNode
2000,0,0,0
2001,0,0,0
3000,0,0,0
3001,0,0,0

*ELSET, ELSET=Eall1
EvolumesC3D4
EvolumesC3D4_2

** ■物性値の定義
*MATERIAL, NAME=SolidMaterial
*ELASTIC
210000, 0.300

*SOLID SECTION,ELSET=Eall1,MATERIAL=SolidMaterial


*RIGID BODY,ELSET=EvolumesC3D4,REF NODE=2000,ROT NODE=2001


**NODE TO SURFACE or SURFACE TO SURFACE
**option:SMALL SLIDING or LARGE SLIDING
**option: ADJUST
*CONTACT PAIR, INTERACTION=INTFemConstraintContact,TYPE=SURFACE TO SURFACE
 DEP,IND
 *SURFACE INTERACTION, NAME=INTFemConstraintContact
 *SURFACE BEHAVIOR,PRESSURE-OVERCLOSURE=LINEAR
 1000000.0 

***回転と拘束を追加します。
*BOUNDARY
2001,3,3,18.84
NodeBC_Group_1,1,3
 
*STEP, NLGEOM
*STATIC, SOLVER=SPOOLES,direct
0.01,1.0

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

*END STEP 

回転は6πラジアン分(3回転)になります。

結果

参考:

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