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2012年10月27日 (土)

LIAISON_SOLIDEによる剛体は大回転出来ない

私はゴムのような柔らかい機械部品の構造解析を商用ソフトで行うことが多いのですが、その場合、解析対象となるゴム部品は変形体としてモデル化し、それに干渉する金属部品などは変形しない「剛体」として考え、その表面のみを剛体面として定義します。

しかしCode_Asterには「剛体面」という機能は無く、変形体としてのメッシュを「LIAISON_SOLIDE」(マニュアル:U4.44.01.pdf)によって剛体結合するしかありません。入力ファイル(med)に剛体面の定義が無いのですから、それは当然といえます。

ところが、この「LIAISON_SOLIDE」という機能は、どうやら大回転には対応していないようです。フォーラムをいくらか検索してみましたが、どうもそのような感じです。

http://www.code-aster.org/forum2/viewtopic.php?id=16995

以下はその検証です。

ソフトウェアは、DEXCS2011-Salome-A3(64)(SALOME6.3 + Code_Aster STA10.5)の利用です。

・一辺1mmの立方体を、六面体1次要素で2x2x2に分割する。
・材料は線形弾性(鉄)
・LIAISON_SOLIDEで剛体結合する。
・center点を回転中心として、そこの節点で並進移動と回転を制御する。
 (「K_TR_D_N」を用いる。これは、こちらで公開されている資料のうち、「AFFE_CHAR_MECA_LIAISON_1.pdf」を参考にさせていただきました。)

Rigid0101


・DEFORMATION='GROT_GDEP' とする。

・time 0~0.5で、5(mm)平行移動
・time 0.5~1で、2π(rad)回転。

下の動画はその結果です。


静止画です。

平行移動完了時(time=0.5)
Rigid0102


回転完了時(time=1.0)
Rigid0103

平行移動は問題ありませんが、回転するにしたがって、形状が膨らんでいきます。
応力も発生しているし、どう見ても一回転していません。明らかにおかしいです。

このように、剛体結合(LIAISON_SOLIDE)は大回転出来ないことが確認できました。
機械部品の構造解析では、複数の部品を組み合わせて回転挙動を扱うこともあるので、これはかなり残念です。他の「LIAISON・・・」系については未検証ですが、同じかもしれません。

大回転で剛体を扱うことはあきらめ、変形体として非常に硬い線形材料の設定で扱うしかなさそうです。

今回のメッシュファイル(mmed)とcommファイルは下記です。

rigid01.zip

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