Coreform公式ドキュメントを基にした日本語版です。技術仕様・対応状況の最終的な基準は公式英語版です。
ドアロックassemblyのsurface-to-surface contact
摩擦surface-to-surface contactを持つ3部品のimmersed IGA assembly。
1 概要
1.1 目的
この例題では、Abaqus/Standardの静解析において、3つの変形可能なimmersed isogeometric analysis（IGA）Part間でcontactによって荷重が伝達される問題を扱います。assemblyはhinge、link、connecting pinで構成されます。linkを保持した状態で規定変位によりhingeを引き、connecting pinを介して荷重を伝達します。
この問題では、複数IGA Part間のcontact、摩擦すべり、大変形kinematics、弾塑性材料、reaction-force outputを使用します。
1.2 サポートされるcontact範囲
Coreform IGA for Abaqusが現在サポートするのは、Abaqus/Standardのsurface-to-surface contact pairのみです。Immersed IGA surfaceは、Abaqusで通常meshされたsurfaceと組み合わせることもできます。意図するinteractionごとにmain surfaceとsecondary surfaceを明示的に選択してpairにする必要があります。self-contactはまだサポートされないため、main surfaceとsecondary surfaceは異なるbodyに属していなければなりません。
General contactもサポートされません。次は使用しないでください： General contact (Standard) また、可能なcontactを自動検出するために ALL EXTERIOR definitionへ依存しないでください。node-to-surface contactを含むその他のcontact formulationも、現在のサポート範囲外です。
サポートされるsurface-to-surface機能は引き続きexperimentalであり、contact-surfaceの選択、surface tessellation、mesh resolution、penalty parameter、非線形solution controlの影響を受ける可能性があります。この例題が収束しても、別のcontact modelが収束することや正確な結果を与えることは保証されません。工学的判断に使用する前に、contact挙動、力の伝達、評価対象量を参照解または従来のAbaqus離散化と比較して検証してください。
1.3 Coreform IGA for Abaqusにおけるcontactの扱い
surface-to-surface contact問題を設定するには、Coreform IGA for Abaqus jobを作成する前に、Abaqus/CAEでcontact property、contact surface、surface-to-surface interactionを定義します。job生成時、Coreform IGA for Abaqusは明示的なcontact-pair定義を保持し、各Abaqus surfaceが参照するCAD faceを特定します。選択した各IGA boundaryについて、pluginはtrimmed spline boundaryを評価し、三角形分割したAbaqus SFM3D3 surface elementのlayerとしてexportします。これらのsurface elementにより、Abaqus/Standardのnative surface-to-surface contact algorithmが動作できる通常のelement-based surfaceが提供されます。
exportされたcontact surfaceのnodeはIGA volumeのcontrol pointではなく、追加のboundary自由度です。Coreform IGA for Abaqusは、該当するboundary nodeを接続先のIGA user elementへ追加し、penalty formulationによりその変位をspline displacement fieldへcoupleします。そのため、surface element上でAbaqusが計算したcontact forceは、boundary penalty couplingを通してIGA volumeへ伝達されます。Abaqusのtangential contact penaltyとCoreform IGA for Abaqusのboundary coupling penaltyは役割が異なります。前者は選択したfriction lawを強制し、後者はexportされたcontact surfaceを基礎となるIGA solutionへcoupleします。
この構成により、Abaqusのcontact機構をbody-fittedまたはimmersed IGA Partと連成できますが、exportされたsurface tessellationを通じてCAD boundaryを近似することになります。局所曲率と圧力分布を表現できる十分に細かいcontact-surface tessellationとIGA mesh resolutionを使用してください。
1.4 Model定義
このmodelでは、test artifactに記録された MMTS整合単位系 を使用し、2種類のsteel materialを定義します。両材料とも等方弾性と、2点を用いて線形外挿する塑性硬化定義を使用します。
| 物性 | Weak steel | Strong steel |
|---|---|---|
| 密度 | \(8.00 \times 10^{-9}\ \mathrm{tonne}/\mathrm{mm}^3\) | \(8.00 \times 10^{-9}\ \mathrm{tonne}/\mathrm{mm}^3\) |
| Young率 | \(200 \times 10^{3}\ MPa\) | \(200 \times 10^{3}\ MPa\) |
| Poisson比 | \(0.29\) | \(0.29\) |
| 初期降伏点 | \(1.50 \times 10^{3}\ MPa\) plastic strainで \(0\) | \(2.00 \times 10^{3}\ MPa\) plastic strainで \(0\) |
| 第2硬化点 | \(150 \times 10^{3}\ MPa\) plastic strainで \(10\) | \(200 \times 10^{3}\ MPa\) plastic strainで \(10\) |
pinは円筒部と2つのend capにpartitionされています。円筒部にはstrong steel materialを、2つのend capにはweak steel materialを使用します。hingeとlinkは全体にweak steelを使用します。
| 解析設定 | 値 |
|---|---|
| 単位系 | mm, N, MPa |
| Model | Door-Lock |
| Procedure | Static, General |
| 幾何学的非線形 | On |
| Initial increment | \(0.1\) |
| Minimum increment | \(10.0 \times 10^{-9}\) |
| Link boundary condition | Pinned |
| Hinge displacement \((U_1, U_2, U_3)\) | (0, 0, 5) mm |
1.5 Contact定義
このmodelでは、等方penalty-friction interaction propertyを使用します。normal contact behaviorにはAbaqusの既定値を使用します。
| Contact設定 | 値 |
|---|---|
| Formulation | surface-surface |
| Interaction type | friction |
| 摩擦係数 | \(0.3\) |
| Maximum elastic-slip fraction | \(5.00 \times 10^{-3}\) |
| Sliding | Finite |
| surface thicknessを含める | Yes |
| Interaction | Main surface |
| — | — |
| pin_to_hinge_contact | Pin |
| pin_to_link_contact | Pin |
| hinge_to_link_contact | Hinge |
3つのinteractionはいずれも Initial stepからactiveです。initial overclosure adjustmentは行わず、user-specified initial clearanceも指定しません。
1.6 IGA離散化
| 離散化設定 | 値 |
|---|---|
| Mesh | Immersed rectilinear |
| Spline degree | \(2\) |
| Continuity | \(C^1\) |
| Element size \((x, y, z)\) | (2, 2, 2) mm |
| Padding elements \((x, y, z)\) | (2, 2, 2) |
boundary tessellationはgeometryとelement sizeからmesherが決定します。現在はuser-specifiedの離散化設定ではありません。
1.7 出力とtest結果
field-output requestとreaction-force history requestはtestで次のように定義されています：
| Output | 値 |
|---|---|
| Field variables | S, U, PEEQ |
| Field position | Averaged at nodes |
| History component | RF3 |
| History region | hold_link_surfaces |
| 合算するhistory region数 | \(666\) |
規定変位の終了時、linkのreaction force合計は \(-46.946\ kN\).