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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スタンプモデル26 圧力条件と強制変位条件の違い


次に強制変位条件の場合解析していきますが、

その前にスタンプモデルの荷重条件についてもう一度検討して、

圧力条件と強制変位条件の違いについてみておきます。

スタンプの現象をモデル化する場合、以下の3つのモデル化が考えられます。

(1)スタンプ台のスタンプされる部分に一様な圧力をかける(圧力条件モデル)

stamp57

(2)スタンプ台のスタンプされる部分の節点を-z方向に一様に移動させる(強制変位モデル)
stamp58

(3)スタンプ部分もモデル化して接触条件を入れてモデル化する(接触モデル)
stamp59

当然(3)の接触モデルが一番現実に近いモデル化になりそうです。

実際、現実のスタンプ台の押される部分は一様な変形もしませんし、一様な圧力もかかっていません。

しかし、シミュレーションを行ううえでは接触条件は非線形解析となってしまい難しいです。

特に応力を評価する場合、接触面の応力は接触条件を計算する数学的なパラメータに依存してしまう場合もあります。

そうなると、解析のやり方によっては、相対的な比較もままならない、ということになりかねません。

(そのあたりをうまくできる方は解析の上級者です)

まず最初は、計算上の数学的なパラメータに結果が左右されないモデルを作成して、

実際の物理現象との差異がどれくらいあるのかを考察して、次のステップに進むのがよいのではないか、と私は思います。

接触モデルはまた別の機会に行うとして、今回は参考書に従って、圧力条件のモデルと強制変位のモデルを行います。

この2つのモデルも、圧力条件の合計荷重と強制変位の場合の反力を同じにしても、

計算結果が異なることに注意しなければなりません。

つまり、圧力条件の時の圧力をかけた面の変位は一様ではありません。

実際前回の圧力をかけた面のz方向変位の解析結果を見てみると、

stamp60

外周にいくほど変位が小さくなっています。

これは荷重をかけている部分より外側のスタンプ台の部分が、変形を拘束しているからです。

圧力条件と強制変位条件が異なることが確認できたと思います。


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テーマ:宇宙・科学・技術 - ジャンル:学問・文化・芸術

  1. 2010/03/29(月) 20:00:00|
  2. Calculix線形静解析
  3. | トラックバック:0
  4. | コメント:5
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コメント

これは、他の要因が効きそうです

台の部分をモデル化しないと駄目かな
フニャフニャな所で荷重かけを実施した場合と
硬い所で実施した場合とでは、部材にかかる力はかなり変わるはずです

現実ゼロ変位は起こらず 負荷荷重に対し UZ=0で受ける類の計算は、殆ど間違い。
その間違い計算が、教科書的なものに沢山出てるのが困ったことです 
近似なのでOKいう訳にもいかんですからねー
  1. URL |
  2. 2010/03/30(火) 07:29:55 |
  3. jjishii #-
  4. [ 編集]

Re: これは、他の要因が効きそうです


jjishiさん、こんにちは。
遅レスすいません。

> 台の部分をモデル化しないと駄目かな
> フニャフニャな所で荷重かけを実施した場合と
> 硬い所で実施した場合とでは、部材にかかる力はかなり変わるはずです

たしかに、現実的には塑性変形や材料の不均一性などもありますので、現実をあらわしているモデルとは言いがたいでしょう。
ただ、理論的には、静的な線形解析では下が固かろうが柔らかかろうが、スタンプ台にかかる力は同じです。(上から押された力と下からの反力ががつりあっていますからね)
下が柔らかく、スタンプ台の底面が変形してしまう場合は応力分布は変わってきますが。(とう意味で力がかなり変わると書かれたとのでは思っています)

> 現実ゼロ変位は起こらず 負荷荷重に対し UZ=0で受ける類の計算は、殆ど間違い。
> その間違い計算が、教科書的なものに沢山出てるのが困ったことです 
> 近似なのでOKいう訳にもいかんですからねー

”間違い”とたたき切られてしまう(?)といわれる少し違和感がありますね。。。
というのもそれを言い出すと、モデル化云々以前に有限要素法の理論自体が近似を必ず含んでおり厳密ではありませんので、究極的にはFEMは全て間違い、となってしまいます(笑)
現実に近いモデルか、それとも現実離れしたモデルか、という議論していくほうが健康的(?)ではないでしょうか。
また現実に近いモデルと現実の離れしたモデルの境界線も、状況(解析対象物の状況だけではなく解析担当者の立場(?)も含む)によりますし。
例えば3点曲げ試験や4点曲げ試験をシミュレーションする時、支持や負荷を単純にz方向の拘束と強制変位にして弾性解析で解くのと、支持ジグまでモデル化し接触解析にして形状非線形効果を入れて解くのでは、後者の方が現実に近いのは確かですし、航空機や原子炉などの人命にかかわるようなものの材料評価をするには、後者のほうが採用されるべきでしょう。しかし、私のように超激安民生品を対象とする場合、適切な非線形計算パラメータを決めたり、計算時間がかかりますので、今日中にはできません、とは言えないので(涙)、弾性で解いて相対評価したり、補正パラメータをあらかじめ求めておいてそれで補正したりすることも実際行っています。結局欲しいのは、設計開発に必要な情報なので、その情報がどの程度の精度を求めているのか、もしくはスピードを求めているのかによって、どこまでモデル化するのかを考える必要があります。パターン自動化して設計者が簡単に行えるようにする場合でも、その部分を(現場の空気を読んで?)うまく決めないと、遅いとか、精度が悪いとか文句が出てしまうと思いますが。
ということで、合っているとか間違っているとか言う議論は結構難しいですね(もちろんある程度以上のレベルの話のなかで、ではありますが)。この例題も荷重が面圧力の場合と強制変位の場合2通り行っていますが、参考にした本にはどっちが合っているとは書いていませんし。。
  1. URL |
  2. 2010/04/01(木) 22:14:18 |
  3. tsunodako #-
  4. [ 編集]

ッムムム おっはようございます

>>”間違い”とたたき切られてしまう(?)といわれる少し違和感がありますね。。

FEM前のハリ理論ですが 現実 剛体も存在しない。拘束も存在しえない。
故に断固嘘であると主張していきますぞ。
教育者・勉学者は、いつの時代も嘘つきですからね。

流体の、静止状態から、突発で流れ発生したりも嘘ですが、こちらは助走路とか
確保しておけば、まぁ現実に近くそこそこいう感じ。構造の仮定は駄目駄目で・・。
  1. URL |
  2. 2010/04/03(土) 09:09:27 |
  3. jjishii #OARS9n6I
  4. [ 編集]

Re: タイトルなし

強気な(?)コメントありがとうございます。

確かに、現実の挙動をきちんと表していないという点では、簡易的な拘束条件を用いるの言うのは嘘になります。

が、それは設計屋さんも構造解析屋さんも知っている話です(笑)

いや、それを知ることが、一人前の設計屋さん解析屋さんになる条件でしょう。

そのレベルになれば、シミュレーションする時どこがモデルと現実と異なっているかをきちんと勘案して結果を評価しています。

ハード、ソフトが進化している現在、大規模モデルを作ってパーフェクト(にかなり近い)モデルを作ればよいのでは、という考え方もあります。

それで解決できる場合もありますが、現状の技術ではいろいろ問題が生じる場合の方が多いです。。
(例えば非線形性を考慮しなければならない場合が多くなり、そうなるととたんに高度な解析技術と試験とのあわせこみが必要となって、非常にコストの高い解析になってしまいます)

また、試験結果だって、測定装置の条件や限界、オペレーターの腕にも依存するので嘘があります。
(引張試験でヤング率を正確に求めるのでさえ、結構難しいです)

そういった嘘だらけの試験や解析の情報の中から、”本物”をとりだし、判断し、信頼性の高いものを作り上げていくのが設計開発力向上の重要な要素だと思っています。

では”嘘”の解析から本物の情報がどうやって得られるのか、ということが問題ですが、これについての私の考えを書き出すと、とても長くなるので、別ブログhttp://blogs.yahoo.co.jp/tsunodakoでおいおい書いてきたいと思います。
(なかなか更新できずにいますが ^^;)

ただ、一部のソフトベンダーの方やメーカーでシミュレーションやられている方が、いかにも構造解析CAEが現実をパーフェクトにシミュレーションできるようかの如く言っているのも確かです。

彼らも実際は嘘だとわかっているのですが(たぶん。。)、ビジネスや組織防衛(?)の都合上、そういうニュアンスで言わなければならないのだと思います。

しかし、CAEを知らないマネージメント層の方や、設計者、解析者の若手の方々に混乱を与えているようですし、それが元で誤った構造解析の使用法をされている方も見受けられます。

そういった点では、構造解析の拘束条件は嘘だとたたききっても悪くないかもしれませんね。。。
  1. URL |
  2. 2010/04/03(土) 22:52:46 |
  3. tsunodako #-
  4. [ 編集]

条件に対する解いう点で、嘘でないですが、妥当な条件は誰も設定できんいう
象が踏んで壊れん机は過剰品質思いますが (そんな筆箱や物置があったろうな・・)
沼地に机を置けば、メリメリと湿地にめり込み、踏んでも壊れない

完全な静止は現実にはなく、微妙にバランスするので実現象は厄介です。
ブラックホールにでも行けば、完全拘束に近くなるのでしょうか?
この問題がなければ、多くのCAE関係者は富豪でしょうねー^^)

材力だって、断面2次モーメントでたわみ求めて、アレも嘘だし、
(完全なる静止が世にあれば嘘でないけど)
勉強したって大した価値ない思ってます。  勉強しろとウルサイ人がいますが。
  1. URL |
  2. 2010/04/04(日) 07:53:24 |
  3. jjishii #OARS9n6I
  4. [ 編集]

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