ANSYSでの解析方法，解析結果について

質問

はじめまして
私は，大学で解析ソフトANSYSを用いて研究をしている者です．

SUSの板材（100×100×0.8）にSUSの円柱（r＝5　h＝１０）を押し付けて，板材に圧痕をつくる解析を行いました．

しかし，自分の解析結果が実際とかけはなれているので，解析方法に間違いがあると考えました．

私の解析方法，解析結果について，ご意見をいただければうれしくおもいます．

手を貸していただける方がいましたら，どうぞよろしくお願い申しあげます．

解析手順，解析結果について以下のブログにまとめましたので，御覧になってください．　http://blogs.yahoo.co.jp/kobajug/MYBLOG/yblog.html

失礼します．

yahooブログ
http://blogs.yahoo.co.jp/kobajug/MYBLOG/yblog.html

回答No.3

noname#230359

こんにちは、ブログも拝見させていただきました。

ここ３年ほど使ってませんがANSYSはいろいろ調べた覚えがあるのでアドバイスになるかわかりませんがいくつか

１.解析の目的
これは板の変形がメインですか？それとも両方ともが重要ですか？
それによって要素をどこに割くかも変わってくると思います。
いまのモデルでは円柱に要素を割きすぎていて板に要素が割けてないように見えます。

円柱は結果評価に使わないなら高さを減らすか、剛体でプレート（２次元要素）にしてしまっても別段解析では問題ないように感じます。
また、円にもHEXメッシュが切れますので、メッシュによる解の偏りも減るとおもいます。

２．使用要素
私の記憶では3次元要素は縦横比がある一定以上（３倍だったかな？）になると薄肉方向が全体を支配するため精度が落ちるはずです。
　これを回避するには、シェル要素を使うか、鉄板の分割をもっと細かくしないといけないと思います。

３．拘束条件
モデルでは側面を完全拘束されていますが、これではX,Y方向に変位できないので、反力として側面側からの引っ張りが発生してませんか？
垂直方向の自由度は残しておくべきだと思います。

４．”除荷”
という言葉を使われていますが、FEMソフトで解析した結果は時刻歴応答解析かなにかで、解析しない限り応力を与えられた状態の答えになると思います。除荷を実現するのであればそのあたりも考慮してみてください。

簡単に気付いたところだけあげましたが参考になれば・・・

ふと読み返していて、表現的に怪しいところがあったので追記します。

３．拘束条件の”垂直方向の自由度は残しておくべきだと思います。”のところ
拘束している面に対して垂直という意味で、Ｚ軸をフリーにしてくれという意味ではありませんＹＺ平面ならＸをＸＺ平面ならＹをという意味です。
あしからず

お礼

返事が送れて申し訳ございません．

アドバイスをして頂きどうもありがとうございます．

akai_kazeさんのアドバイスを試してみたいのですが，解析ソフトが入っているパソコンが故障してしまい解析できません．

また，結果が出次第報告させていただきます．

失礼します．

回答No.2

noname#230359

既に回答がありますが、拘束条件が悪いと思います。ゴムがモデル化されていないので、固定端から荷重点への距離が長くなり、結果本来ゴムで相殺される曲げモーメントが過大になり、図３，４結果から余分な部分も変形しています。

対策はゴムをモデル化することです。メッシュ量が問題であれば、指摘があるように1/４モデルで簡素化です。また、モデル平面面積をもっと少なくして完全拘束し、モーメント量を減らす。または、塑性変形円＋αの部分の平板Z方向を固定する等で解決すると思います。

図５に関しては？です。なぜひし形になるか分かりません。以下を確認してみて下さい。
１）どの様な要素(Q4等)を使っていますか？その形状関数の連続性C１かC0で変位微分値の歪の結果は大きく変わります。
２）ソリッドモデルでなくプレート(Mindlin等）やシェル要素を使う。
３）完全塑性か剛塑性モデルかは認識しておいてください。精度に関わります。
４）結果表示が節点表示になっています。もし要素内補完値表示が出来るようであればもっとスムーズな塑性歪輪郭になると思います。

的外れな事を書いたかもしれませんが、何か手掛かりになれば幸いです。

お礼

丁寧に回答して頂きありがとうございます．

次回は，まささんのアドバイスを参考に，ゴム材をモデル化し，１/４モデルで解析してみたいと思います．

そのためにも，接触と対称条件について学ぶ事から始めます．

どうもありがとうございました．

回答No.1

noname#230359

解析をお手伝いするほど応力解析を判っている訳ではありませんので，
見当違いとお感じになったら読み飛ばしてください。

一つ教えて頂きたいことがあります。

実験の際，SUS板をどのように支持なさったのでしょうか？
板の外周を拘束して円柱を押しつけたのですか？
そうであれば，板を何らかの方法でクランプしたことと思います。
あるいは，板の下面にＳＵＳよりも柔らかい材料（アルミとか樹脂）を
敷いて，板の外周は特に拘束しないで円柱を押しつけたのでしょうか？

実験の様子の写真をアップして頂けると，適切なコメントがつけてもらえる
ように思います。

柔軟性のある樹脂の上に板材と円柱を設置したのであれば，
解析するモデルもそれを模して作成することが第一に行うべきと思います。

樹脂材の厚さ，ヤング率，ポアソン比などのデータが必要になることと
思います。

ご健闘を期待します。実測と解析結果が近づいたら情報アップしてください。

円筒と板が接するエッジ部（円周）のメッシュを細かくして，遠ざかった
ところは粗くして構わないはずです。思い切りメリハリつけてください。

今回の解析例は対称性がありますから，フルモデルで解析する必要はなく
３６０度を４分割した９０度分を解析すれば十分な結果が得られるはずです。
（これだけでメッシュの制約を４倍は拡大できるはずです）

正方形の四隅は大した意味を持たないでしょうから，１次元退縮させたモデル
を使うことができるかもしれません。

指導教官とよく相談なさってください。

私が考える，モデルを３次元から２次元にするということは，
ｘ－ｙ座標に代えて，円筒の中心から半径方向の距離ｒと高さ（厚さ）
方向ｚの２次元でモデル化するということです。

申し訳ありませんが，ＡＮＳＹＳでこのような２次元モデルが作れるのかど
うか不案内です。

「正方形の四隅は大した意味を持たない・・・」は，円筒が接触した周囲の
塑性変形の解析が主目的であれば，応力が小さく塑性変形していないと考え
られるSUS板の四隅は解析対象から外して，円形の板を押圧したと考えても
許されるかと考えたからです。
　周辺部のしわの発生などについての解析を無視していいなら，上記のよう
な仮定が許されるようにも思います。

ご専門の方のコメントを期待したいとおもいます。

お礼

回答して頂きありがとうございます．

ohkawa のアドバイスに従い，実際の際の写真をアップしました．

荷重を加える際には，板をクランプしているのではなく，柔軟性のある樹脂の上に板材と円柱を設置し，上から荷重を加えました．

回答して頂きありがとうございます．

ohkawaさんのおっしゃる通りに，実際の条件と同じように解析モデルを作る必用があるかもしれません．

私の用いているANSYSは教育機関用で，メッシュの限界値が設定されているので，メッシュする部材が円柱，板，ゴム材と３つになると，どこに重点を置いてメッシュを細かくするかという問題も生じてきそうです．

早急にアドバイスして頂き，どうもありがとうございました．

色々試してみます．

回答して頂きありがとうございます.

アドバイスに従い，メッシュにメリハリをつけてやってみたいと思います．

恐縮ですが，「正方形の四隅は大した意味を持たないでしょうから，１次元退縮させたモデルを使うことができるかもしれません。」の部分について，もう少し詳しく説明していただけないでしょうか．

１次元退縮とは，板材を２次元で作成するということなのでしょうか？

回答願います．

ちなみに，現在，私の研究室にはANSYSを使える教員，研究生がおらず，一人で文献を読みながら進めていかなければならない状況にあります．

今回の問題点は，去年修士を卒業された先輩が解決できずに，残していった課題でもあります．

他に，板材に剛球を押し付け点圧痕を作成したもの，板材に円筒を横にして押し付け線圧痕を作成したものに関しては，解析ができたのですが，この面圧痕のものに関してだけがうまくいかないので，悩みの種であります．

失礼します．