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2D と 3D の接触解析の問題
この章では、2D および 3D の接触解析の問題と、Creo Simulate の結果について説明します。接触解析では、指定した拘束条件の下で指定した荷重を加えたときのモデルの変形、応力、歪みが Creo Simulate によって計算されます。システム定義メジャーもすべて Creo Simulate によって自動的に計算されます。計算されるメジャーは解析のタイプによって異なります。
この章には、次の接触解析の問題が掲載されています。
mvsc001: 2D 接触 - ヘルツ接触
mvsc002: 3D 接触 - ヘルツ接触
mvsc003: 剛体サーフェス上のリングのすべりおよび圧延
mvsc004: 2 つの円柱間のインタフェース
mvsc005: 五面体のすべり
mvsc001: 2D 接触 - ヘルツ接触
解析タイプ:
2D 接触
モデルタイプ:
平面歪み
比較対象:
理論値
参考文献:
Roark, R.J. and Young, W. Formula for Stress and Strain.NY; McGraw-Hill Co. 1982. p. 517.
説明:
単位深さの 2 つの円柱の片側モデルが接触しています。2D 接触を使用してモデリングされています。最大応力と接触面積を求めます。
仕様
要素のタイプ:
2D ソリッド
単位:
IPS
寸法:
R1: 1
R2: 1
材料特性:
質量密度: 0
単位質量あたりのコスト: 0
ヤング率: 1e6
ポアソン比: 0.3
熱膨張: 0
熱伝導率: 0
拘束条件:
垂直エッジで y 方向以外はすべて固定; 下側エッジで x 方向以外はすべて固定
荷重:
上部要素のエッジに -1000 (対称): 全荷重 = -2000
結果データの比較
理論値
Structure
差 (%)
接触面積
0.0481
0.0481
0 %
最大応力 (m=contact_max_press)
26450
26353.88
0.363%
収束 %: 接触面積と接触圧力について 0.8 %
最大次数: 9
方程式の数: 397
mvsc002: 3D 接触 - ヘルツ接触
解析タイプ:
3D 接触
モデルタイプ:
3D
比較対象:
理論値
参考文献:
Roark, R.J. and Young, W. Formula for Stress and Strain.NY; McGraw-Hill Co. 1982. p. 517.
説明:
2 つの半球の 4 分の 1 モデルが接触しています。最大応力と接触面積を求めます。
仕様
要素のタイプ:
2D ソリッド
単位:
IPS
寸法:
R1: 2
R2: 3
材料特性:
質量密度: 1
単位質量あたりのコスト: 1
ヤング率: 1e7
ポアソン比: 0.3
熱膨張: 1
熱伝導率: 1
拘束条件:
xz 面上で y 方向以外はすべて固定; yz 面上で x 方向以外はすべて固定; 下側エッジで固定
荷重:
上部要素の面に -25000 (対称): 全荷重 = -100000
結果データの比較
理論値
Structure
差 (%)
接触面積
0.0507
0.0481
7.692%
最大応力 (m=contact_max_pres)
740285
742075.3
0.241%
収束 %: メジャー収束精度について 1.6 %
最大次数: 9
方程式の数: 6192
mvsc003: 剛体サーフェス上のリングのすべりおよび圧延
解析タイプ:
2D 接触
モデルタイプ:
2D 平面歪み
比較対象:
NAFEMS ベンチマーク
参考文献:
Benchmark tests for finite element modelling of contact, gap and sliding, Ref:- R0081, Issue: 1, CGS - 7, PP 53.
説明:
この問題は、指定変位を与えられた、摩擦が有限の簡単な 2D モデルで構成されます。
1. 接触インタフェース
仕様
要素のタイプ:
2D ソリッド
単位:
mmNs
寸法:
R: 500 mm
材料特性:
質量密度: 7850 kg/m ^3
ヤング率: 210 GPa
ポアソン比: 0.3
拘束条件:
X 軸に沿ってスチールリングが固定されています。
荷重:
G = 2443 N
プレートの底面エッジに対する指定変位 x = 785 mm
摩擦係数
μ=1.0
結果データの比較
NAFEMS
Structure
差 (%)
リングの回転度数 (m = rotation_ring)
90
89.9
0.1%
mvsc004: 2 つの円柱間のインタフェース
解析タイプ:
2D 接触
モデルタイプ:
2D 軸対称
比較対象:
NAFEMS ベンチマーク
参考文献:
Benchmark tests for finite element modelling of contact, gap and sliding, Ref:- R0081, Issue: 1, CGS - 10, PP 61.
説明:
この問題は、20 mm の干渉を含む簡単な 2D 接触の問題で構成されます。平均接触圧力が計算されます。
1. 干渉
仕様
要素のタイプ:
2D ソリッド
単位:
mmNs
寸法:
上図のとおり
材料特性:
質量密度: 0
ヤング率: 206E9 N/m^2
ポアソン比: 0.0
拘束条件:
2 つの円柱の上面および底面は垂直方向に拘束されています。
荷重:
最も左端にダミー荷重が適用されます。
結果データの比較
NAFEMS
Structure
差 (%)
接触圧力 (N/m^2) (m = pressure_avg)
2.275E8
2.346E8
3 %
mvsc005: 五面体のすべり
解析タイプ:
2D 接触
モデルタイプ:
2D 軸対称
比較対象:
NAFEMS ベンチマーク
参考文献:
Benchmark tests for finite element modelling of contact, gap and sliding, Ref:- R0081, Issue: 1, CGS - 4, PP 47.
説明:
この問題は、摩擦が有限の簡単な 2D モデルで構成されます。
1. 接触インタフェース
仕様
要素のタイプ:
2D ソリッド
単位:
MKS
寸法:
上図のとおり
材料特性:
質量密度: 0
ヤング率: 206 GPa
ポアソン比: 0.3
拘束条件:
基盤の底面は、すべての方向に拘束されています。五面体の左側は、9 個の線形ばね (剛性 98 N/m) に対して水平方向に接続されています。ばねの反対側は、すべての方向に拘束されています。
荷重:
F = 1500 N
G = 3058 N
摩擦係数
μ= 0.1
結果データの比較
NAFEMS
Structure
差 (%)
水平方向の変位 (m = displacement_x)
1.0
1.0
0 %