構造解析

構造解析とは、設計された構造物に荷重を負荷し、その変形量や発生する応力を計算、分析する手法で、応力解析や振動解析等が含まれます。

構造解析によって、構造物がどれだけの荷重に耐えられるのか、構造物の弱い部分はどこか、力が集中する部分はどこか等を分析することができます。

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OptiStruct 入門ビデオ OptiStructは、静荷重および動荷重下の線形および非線形の問題に対応する、業界でも折り紙付きの構造解析ソルバーで、市場の最先端を行く構造設計と最適化のためのソリューションです。

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solidThinking Inspire 入門ビデオ solidThinking Inspireを使用することにより、構造的に効率の良いコンセプトデザインを素早く簡単に生成し、検証することができます。荷重を入力として使用し、設計空間内に新しい材料のレイアウトを生成できます。

Altairの構造解析ソルバー OptiStruct は、線形・非線形の構造解析および熱解析を非常に効率良く解くことができます。OptiStructの基礎を成すアルゴリズムは、高精度の結果を最短時間で導出します。

OptiStructは、強度や剛性の評価、耐久性解析、熱接触解析、応力解析に適用できるほか、接触、ボルトのプリテンション、ガスケット要素、追従荷重を伴う超弾性材料の大変形などの非線形問題を扱うこともできます。
Quote
「近年の製品リリースはすべて、当社のエンジニアリングプロセスを加速させる原動力になりました」

–Dr.-Ing Alois Starlinger

Head of Structural Development

Stadler Rail


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ギャラリー

パワートレイン耐久性解析 大変形接触解析 超弾性材料 全体・局所解析(ズーミング) プリテンション解析 温度解析
パワートレイン耐久性解析 大変形接触解析 超弾性材料 全体・局所解析(ズーミング) プリテンション解析 温度解析
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線形静解析

OptiStructは、線形構造解析のための全ての機能を備えたソルバーです。単点拘束(SPC)および多点拘束(MPC)境界条件、剛体要素、剛体をサポートしています。局所座標系と基本座標系のいずれかまたは両方を定義することで、グリッド位置を簡単に定義できます。

シェルやソリッド要素のサーフェス上や、ビーム要素の長さに沿って荷重を分散できます。さらに、強制変位および慣性リリーフ荷重も使用できます。熱荷重には熱伝達と発熱などが用意されています。

OptiStructは、ソリッド、シェル、ビーム、ロッド、ブッシュ、スポット溶接、シーム溶接、ジョイント、点質量、1自由度質量、剛性、減衰など、あらゆる要素をサポートしています。複合材は、要素だけでなく、プライと積層定義によっても表現できます。梁は、断面積と断面二次モーメントおよびねじり定数、または断面の幾何形状で定義できます。その他に、軸対称の要素と荷重も用意されています。

モデルはパートの集合として定義でき、各パートはインスタンス化、位置の調整、結合が可能です。また重要な部位について応力の解析精度を高めたい場合には、サブモデリングを使用できます。応力やひずみなどの解析結果は、要素の中心、ガウス積分点、コーナーポイントで計算できます。節点応力・節点ひずみ、要素力、ひずみエネルギーも計算できます。その他の出力タイプには、複合材プライの応力・ひずみ、層間せん断などがあります。複合材の破壊モデルは、Tsai-Wu、Hill、Hoffman、最大ひずみ理論、Hashinなど複数用意されています。複合材の応力・ひずみおよび破壊インデックスは、各プライの複数の面で計算できます。

適用荷重、拘束力、剛体要素力を出力することも可能です。スベての出力は、Altair H3D形式のほか、.op2および.pchファイル形式で保存できます。

Airbus Defence & Space社のSTRENGTH2000®は、強度・安定性解析を実行し、航空宇宙産業における認証目的のための応力レポートを作成するツールボックスです。様々な業界や標準規格に準拠するために、航空宇宙産業における企業各社およびサプライヤーが実施している金属および複合材構造の強度・安定性評価が、STRENGTH2000®により簡素化され、短時間で実施可能となります。


プリテンションと接触解析

プリテンションをかけたボルトは、1次元(ビーム)または3次元(ソリッド)要素でモデリングできます。ボルトのプリテンションは、荷重または短縮距離で定義できます。プリテンション力が計算され、ボルトのプリテンションを1つずつまたはグループごとに順にかけていきます。

接触解析では、節点対サーフェスおよびサーフェス対サーフェスの両方の入力を利用できます。接触条件は、FREEZE(タイド)、STICK、SLIP(摩擦あり)のいずれかです。サーフェス対サーフェス接触は曲面同士の接触で高い精度を発揮できます。多点拘束(MPC)が自動的に生成される、サーフェス対サーフェスのFREEZE接触という特殊なケースを使用すると、計算時間を短縮できます。さらに、SLIP接触(摩擦なし)が設定されており、それ以外に非線形性がない場合(線形材料および微小変位のみの場合)は、特殊な線形接触アルゴリズムを使用することにより、従来の接触計算よりも最大10倍高速に計算できます。

2次のソリッド要素の場合は、接触に適した要素定式化を利用できます。接触に適したこれらの要素を使用すると、接触のチャタリングが減り、収束速度が上がり、より滑らかな接触圧力分布を得ることができます。

不規則なメッシュの場合は、CLEARANCEコマンドを使用して、初期貫通を除去したり初期ギャップを定義したりできます。ADJUSTコマンドを使用すると、均一な初期貫通を定義できます。

接触の出力には、接触圧力、接触力、接触状態(オープン、クローズ、貫通)、スリップ距離、摩擦力が含まれます。接触力は、要素対要素またはサーフェス対サーフェスの値を出力できます。接触の結果は、マスターとスレーブの両方のサーフェスについて出力されます。各サーフェスの接触面積や接触面の合計荷重のレポートも可能です。

領域分割法により、複数のプロセッサーを使用して解析時間を劇的に短縮できます。

非線形材料解析

等方硬化、移動硬化、複合硬化を持つ非線形弾塑性材料が用意されています。複数の温度依存曲線に加えて、非線形の弾性応力-ひずみ曲線を表形式の入力で定義できます。

非線形温度依存性ガスケットの材料特性が用意されています。ガスケットの材料モデルは、塑性とヒステリシス特性を持つ非線形弾性材料です。損傷圧力が考慮されます。ガスケットについて漏洩圧力と接触圧力の結果を得られます。

さらに、大変形解析で超弾性材料を使用できます。超弾性材料モデルは、Neo-Hookean、Mooney-Rivlin、Yeoh、Arruda-Boyce、縮約した多項式入力、単軸・二軸・平面引張試験値の表形式入力などを使用できます。

領域分割法では、複数のプロセッサーを使用して解析時間を劇的に短縮できます。

大変形解析

等方性 / 異方性および超弾性ソリッドモデルの有限のスライディングを伴う大変形解析を実行できるだけでなく、追従荷重もモデル化できます。大変形解析では、ソリッド要素に加えて剛体要素と接触も考慮できます。

大変形解析は、サブケース単位で定義できます。

領域分割法では、複数のプロセッサーを使用して解析時間を劇的に短縮できます。

熱解析

OptiStructでは、熱伝達および固定の熱流束 / 温度を境界条件とし、内部要素の発熱を荷重とする線形定常伝熱解析を実行できます。温度および熱流束の出力結果は、さまざまな結果ファイルに書き出されます。伝熱解析の完了後に、温度場の解析結果を静的構造解析に荷重として適用すると、熱変形と熱応力を計算できます。熱材料特性が温度に依存する場合は、非線形定常伝熱解析を実行することも可能です。

線形・非線形伝熱解析の前に非線形構造解析を実行することもできます。この場合は、接触状態の解析結果が伝熱解析で使用されます。さらに線形・非線形伝熱解析の結果を構造解析に適用すると、接触状態と熱応力場を求めることができます。接触ゾーンでの伝熱は、以下に示すようにギャップの大きさまたはギャップの圧力の非線形関数として指定できます。

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これらを組み合わせることにより、自動の熱接触解析が可能になります。この解析では、以下のように伝熱解析と構造解析を繰り返し実行し、熱場と接触状態を求めます。

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最後に、OptiStructは線形非定常伝熱解析の機能も備えています。ここでは環境温度と節点温度だけでなく、熱流束と発熱も時間の関数として指定できます。また、特定の時間ステップにおける温度場を構造荷重として適用できます。その時間ステップにおける熱変形および熱応力は、さまざまな結果ファイルに書き出せます。

荷重測定

LW EngineeringのLW Finderは、構造荷重を測定するために利用する際の、ひずみゲージの精確でコントロールされた配置を計算します。LW Finderを使用すれば、勘に頼ることなしに、ひずみゲージを配置する最適な場所を特定し、測定誤差を予測することが可能になります。



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