CalculiX

T224 応力集中 板要素

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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。
要素は四角形と三角形要素からなり、これらの要素を使用するのが目的です。
元となる作業はA420 応力集中 になります。そちらは四角形と三角形要素を押し出しにより
六面体と三角柱要素からなります。ここでは押し出す前の要素についての作業です。
ですので、ほぼ同じ内容になります。

結果

応力は490/164=2.99 倍でおおよそ3倍となっています。

作業

ジオメトリ

元データ A420 応力集中 

FreeCADにて作成しています。
参照 T131 モデリング 穴あき平板

サンプルファイル: A420_hole_plate.step

要素作成

元データ A420 応力集中 

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: Mesh_1_shell.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。(板要素用)

*******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=S3, ELSET=EfacesS3

*Element, TYPE=S4R, ELSET=EfacesS4R

<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・・・四角形と三角形要素のセットをセットEallへ
*ELSET,ELSET=Eall
EfacesS4R
EfacesS3

**,SolidMaterial
*MATERIAL,NAME=SolidMaterial
*ELASTIC
210000,0.300

*SHELL SECTION, ELSET=Eall, MATERIAL=SolidMaterial
1.0

*STEP
*STATIC

*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


*NODE FILE,OUTPUT=2D
U
*EL FILE
S,E


*END STEP

Mesh_1_shell.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: 020_stress_concent_shell_r1.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にて三角形二次要素でそのまま行った方が楽です。
四角形要素を用いた確認として行いました。

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