接触を考慮した固有値解析や周波数応答解析?

[AltairNakagawa 2]

接触を考慮した固有振動解析や周波数応答解析はできますか？というお問い合わせをよくお受けしますが、結論から言うとできません。それは接触という非線形現象と固有振動や周波数応答という線形現象は両立しないからです。簡単な例として図１のようなモデルを作ってみました。これは長方形シェルの一端を固定し、もう一端は固定されたソリッドのブロックと接触させたモデルを斜め下から見ています。シェルとソリッドの間は接触(Contact)または固着(Tied)とし、シェルの中央部にインパクト荷重を負荷してOptiStructで計算を行い、荷重点の応答を見てみることにします。接触(Contact)は非線形、固着(Tied)は線形の現象となります。

計算結果が図2です。横軸は時間、縦軸は変位量でプラス方向が接触する方向、マイナス方向が離れる方向です。接触(Contact)条件の場合、長方形シェルは荷重負荷のあとブロックから離れた状態で数周期振動したあとブロックと接触して跳ね返されるため不規則な振動を繰り返しています。一方固着(Tied)の場合は変位量ゼロを中心とした一定周期の振動が発生しています。

固有振動解析や周波数応答解析というのは構造物の振動特性を正弦波で表現する手法ですので、接触によって引き起こされるような非線形な振動は対象とならないことが分かります。どうしても接触を考慮したい場合は今回のように非線形過渡応答解析で対処することが可能ですが、大規模なモデルでは非常に時間が掛かります。

[AltairNakagawa 2]

補足です。

固有値解析や周波数応答解析のサブケースでSTATSUB(PRELOAD)=N (Nはボルト締め付けなどの初期荷重静解析サブケース番号)と指定することにより初期荷重の影響を引き継げますが、引き継がれる内容に注意が必要です。添付のサンプルモデルをご参照ください。

 

引き継がれる内容

・接触状況

　　初期荷重で接触していると判断された部位は着いたまま、接触していないと判断された部位は離れたままとなります。着いたり離れたりはしませんのでご注意ください。

・幾何剛性による剛性変化

　　初期荷重により幾何剛性が付加された影響が考慮されます。一般に初期荷重が引っ張りの時は剛性が増加し、圧縮の時は剛性が低下します。

 

引き継がれない内容

・歪および応力分布

　　初期荷重によって発生した歪や応力は固有値解析や周波数応答解析には引き継がれません。

・変形状態

　　初期荷重サブケースが微小変形解析の場合、発生した変形状態は固有値解析や周波数応答解析には引き継がれません。

　　初期荷重サブケースが大変形解析(NLPARM(LGDISP))の場合、発生した変形状態は固有値解析や周波数応答解析に引き継がれます。しかし、構造ー音響連成モデルではエラーとなりますので、その場合は初期荷重サブケースを微小変形解析としてください。

3D.fem