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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Calculixによるバイメタルシミュレーションの入力と結果


前回の条件でデータを入力してみます。

データは以下の通り(メッシュデータ省略)

*INCLUDE, INPUT=all.msh
*INCLUDE, INPUT=e1.nam
*INCLUDE, INPUT=e2.nam
*INCLUDE, INPUT=fixx.nam
*INCLUDE, INPUT=fixy.nam
*INCLUDE, INPUT=fixz.nam
*MATERIAL, Name=mat1
*ELASTIC
28000, 0.3
*EXPANSION,ZERO=273.
1.E-6
*MATERIAL, Name=mat2
*ELASTIC
28000, 0.3
*EXPANSION,ZERO=273.
2.E-6
*SOLID SECTION, Elset=Ee1, Material=mat1
*SOLID SECTION, Elset=Ee2, Material=mat2
*INITIAL CONDITIONS,TYPE=TEMPERATURE
NALL,293.
*STEP
*STATIC
*TEMPERATURE
NALL,373
*BOUNDARY
Nfixx,1,,0
Nfixy,2,,0
Nfixz,3,,0
*NODE FILE
U
*EL FILE
S, E
*END STEP

メッシュ図は
バイメタルメッシュ図
クリックすると大きくなります

z方向の変位量の結果は以下の通り。

反っているのがわかります。

バイメタルz方向変位
クリックすると大きくなります


***これはフリー有限要素法ソフトウエアCalculixについての説明です。ABAQUSコマンドの説明ではありません***

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  1. 2008/08/31(日) 21:35:34|
  2. Calculix熱応力解析、伝熱解析
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温度分布がある場合の熱応力解析


熱応力は、前回の例題のように、

-線膨張係数の異なる2つの材料が結合されて、均一な温度がかかるとき

に発生しますが、

-単一の材料の中に温度分布が発生した時、

にも発生します。

そこで、今回は、単一の材料に温度分布がある場合を考えてみました。

下図のように単一の材料の板の上半分と下半分で温度が異なる場合、熱応力が発生し、板が反るはずです。

温度分布熱応力
クリックすると大きくなります

境界面は上半分と下半分の中間の温度としました。

次回データを作って見ます。

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  1. 2008/09/01(月) 22:16:20|
  2. Calculix熱応力解析、伝熱解析
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Calculixを使った温度分布がある場合の熱応力解析

昨日のモデルの入力データは以下の通り。
(メッシュデータは省略)

*INCLUDE, INPUT=all.msh
*INCLUDE, INPUT=temp1.nam
*INCLUDE, INPUT=temp2.nam
*INCLUDE, INPUT=temp3.nam
*INCLUDE, INPUT=fixx.nam
*INCLUDE, INPUT=fixy.nam
*INCLUDE, INPUT=fixz.nam
*MATERIAL, Name=mat1
*ELASTIC
28000, 0.3
*EXPANSION,ZERO=273.
1.E-6
*SOLID SECTION, Elset=Eall, Material=mat1
*INITIAL CONDITIONS,TYPE=TEMPERATURE
NALL,293.
*STEP
*STATIC
*TEMPERATURE
Ntemp1,373
Ntemp2,423
Ntemp3,473
*BOUNDARY
Nfixx,1,,0
Nfixy,2,,0
Nfixz,3,,0
*NODE FILE
U
*EL FILE
S, E
*END STEP

z方向の変位のコンター図は以下のようになった。

温度分布がある場合の変位分布
クリックすると大きくなります。


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  1. 2008/09/02(火) 21:12:54|
  2. Calculix熱応力解析、伝熱解析
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Calculixで伝熱解析

Calculixで伝熱解析をしていこうと思います。

伝熱解析は、境界条件として温度や熱などを与えることにより発生する温度分布を求めるシミュレーションです。

よって、今まで行ってきた応力解析や振動解析とは異なる解析で、使用する物性値も違います。

しかし、有限要素法への定式化は似ているため、多くの有限要素法構造解析のソフトウエアでとくことができます。

たとえば静解析の場合、
変位→温度
応力、圧力→熱流束
熱伝導率→弾性率

と、置き換えられるといっても、問題ないでしょう。
(厳密ではありませんが)

解析の種類分けを見てみると、

-定常解析:
温度分布が時間によって変動しない、応力解析で言うところの静解析



-非定常解析:
温度分布が時間によって変動する、応力解析で言うところの時刻歴応答解析

に分けられます。

また、物性値や境界条件が線形か非線形かによって、

線形解析と非線形解析

にも分けられます。


Calculixでは、定常、非定常、線形、非線形ともに伝熱解析ができます。

データ中に

*HEAT TRANSFER

という入力で宣言することにより、熱応力解析となります。



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  1. 2008/09/03(水) 22:00:00|
  2. Calculix熱応力解析、伝熱解析
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Calculix伝熱解析で使える境界条件

Calculix伝熱解析で取り扱える境界条件を見てみます。

1.温度固定条件
節点の温度を固定する条件です。

*BOUNDARYの自由度番号を11にすることにより、設定可能です。

2.熱流束
外部からの熱の流入や発熱条件としても使用可能です。
*DFLUXで、面を通過する熱流束、*CFLUXで集中熱流束が使用可能です

3.熱伝達
物質の境界面に発生する熱伝達も設定可能です。
(まだ使っていないので確認してませんが)
*FILM入力を使用します

4.輻射
*RADIATEで設定できます。
どこまでできるかは、これから検証したいと思います。

何も設定しない境界面は断熱条件になります。

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  1. 2008/09/04(木) 22:00:00|
  2. Calculix熱応力解析、伝熱解析
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