有限要素法のフリーのソフトウエア を試す

CAEで使われるフリーの有限要素法(FEM)ソフトウエアであるCalculixやOpenfoamを使ってみようとチャレンジしてたその足跡を残す。。。ついでに他のフリーソフトや商用ソフトの無償版にも手を出してみる。

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剛体移動が起きてしまう例題 その2

さて最後に、3点曲げ(両端支持はり)のモデルを見てみます。

以下の様にモデルを作成しました。

3point-bend-model

断面積1x1、長さ20の梁です。

作り方によって節点番号が変わってしまうと思うのですが、

私のモデルではx=0,y=0の線上とx=20,y=0の節点をyfixというセットに入れました。

また節点番号57,58,237は、梁中央上部の節点で荷重点になっています。

以下にモデルデータを示します(要素、節点は省略)

(もし、ご自分でモデルを作られる方は、作ったモデルの節点番号に合わせて、
以下のモデル入力データを読み替えてください)

まず、荷重節点をz、x方向に固定した場合を示します。

この場合は正しい結果が出ます。

*INCLUDE, INPUT=all.msh
*NSET,NSET=yfix
279,283,130,137,129,198,202,197,321,318
*NSET,NSET=LOAD
237,57,58
*MATERIAL, Name=steel
*ELASTIC
28000, 0.3
*SOLID SECTION, Elset=Eall, Material=steel
*STEP
*STATIC
*boundary
load,1
yfix,2
57,3
*CLOAD
57,2,-1
237,2,-0.5
58,2,-0.5
*NODE FILE
U
*EL FILE
S, E
*END STEP

計算すると、ほぼ理論値のたわみが出てきます。

3点曲げ正しい拘束
クリックすると大きくなります。

次に、荷重節点の拘束をはずして計算してみます。

まず、3点曲げの計算をする前に、拘束のないx方向に荷重をかけてみます。

*boundary
yfix,2
*CLOAD
57,1,-1
237,1,-0.5
58,1,-0.5

とうぜん、x方向に吹っ飛びますが、計算はできたようです。

x方向大変位
クリックすると大きくなります。

単位系がkgf-mm系だとすると、

9.59E+9mm=9.59E+3km=9590km!!

東京からだとロンドンくらいまでいけるでしょうか(参考

すごい剛体移動ですが、私は月まで飛ばしたこともあります。。。


さて、3点曲げの例題に戻ります。

*boundary
yfix,2
*CLOAD
57,2,-1
237,2,-0.5
58,2,-0.5

と入力します。

y方向の変位をみてみると、

拘束条件不足y方向変位
クリックすると大きくなります。

何と正しい結果が得られました。

しかし、z方向変位を見てみると、

拘束条件不足z方向変位
クリックすると大きくなります。

結果が対称になっていないので、剛体移動してしまったことがわかります。

このように、実際は特に荷重方向以外の拘束がない場合はうまくバランスが取れて、一見結果がおかしくない様に見えることが多いです。

しかし、少し条件を変えて計算してみたりすると、突然巨大な変位が発生しまうことがあり、これがいやらしいところであります。

また、解析ソフトがバージョンアップした時に、今まで計算できたモデルが計算できなくなったという話をよく聞くのですが、

バージョンアップにより若干プログラムが変わった(収束性や精度を上げるためなのですが)ため、

今までのバージョンではバランスがとれたものが、最新のバージョンではバランスがとれなくなり、

計算結果が大きく変わってしまうということもありますので、注意が必要です。


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  1. 2009/04/07(火) 21:36:06|
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