構造力学モジュール

新しいアプリ: Viscoelastic Structural Damper

粘弾性ダンパーは、高い構造物を振動から保護するために広く使用されています。 Viscoelastic Structural Damper アプリケーションでは、典型的な粘弾性ダンパーの時間領域と周波数領域の解析ができます。 本アプリケーションの目的は、規定材料モデルのヒステリシスループ (損) 係数や保存係数など、ダンパーの重要なパラメータの計算と解析です。 さらに、本アプリケーションでは、粘弾性材料パラメータに 2 種類の設定をすると、ダンパー挙動の視覚的な比較ができます。

粘弾性ブランチの数とその材料パラメータは、適用する付加の大きさと位相とともに変更できます。 本アプリケーションでは、一定範囲の周波数におけるダンパーの調査や、時間依存問題としてのダンパーの調査が可能です。

ホール 1 の z 方向のヒステリシスプロットを表示した Viscoelastic Structural Damper アプリケーションのユーザーインタフェース。 ホール 1 の z 方向のヒステリシスプロットを表示した Viscoelastic Structural Damper アプリケーションのユーザーインタフェース。

ホール 1 の z 方向のヒステリシスプロットを表示した Viscoelastic Structural Damper アプリケーションのユーザーインタフェース。

新しいアプリ: Beam Section Calculator

Beam Section Calculator アプリケーションでは、さまざまなアメリカ標準梁と欧州標準梁の断面データを評価できます。 計算したデータは転送して、COMSOL Multiphysics® シミュレーションソフトウェアで入力データとして使用できます。

たとえば、断面に働く力とモーメントのセットがある場合、詳細な応力分布も計算できます。 本アプリケーションは、COMSOL Multiphysics の Beam Cross Section インタフェースに構築されています。

Beam Section Calculator アプリケーションで計算した断面データの結果 Beam Section Calculator アプリケーションで計算した断面データの結果

Beam Section Calculator アプリケーションで計算した断面データの結果

新しいアプリ: Truss Bridge Designer

Truss Bridge Designer アプリケーションでは、土木工学構造のクラス用のシミュレーションツールをどのように設計するかを紹介します。ここでは、プラットトラス橋を取り上げます。 この種の橋は、すべてスパンの中央に向けて斜めに下がった、橋の両側にある斜め梁が特徴です。 その設計のため、斜め梁には張力のみがかかります。一方、垂直梁は短いため、座屈の影響を受けにくく、圧縮する力がかかります。

本アプリケーションでは、道路部分と支持梁の主なジオメトリ寸法はすべて変更できます。 また、任意の台数のトラックと横方向の風荷重として付加を与えることもできます。 付加による変位と応力を計算する静的スタディに加えて、橋の固有振動数を計算できます。

Truss Bridge Designer アプリケーションでは、支持梁の応力は、結果タブのひとつに表示されます。 Truss Bridge Designer アプリケーションでは、支持梁の応力は、結果タブのひとつに表示されます。

Truss Bridge Designer アプリケーションでは、支持梁の応力は、結果タブのひとつに表示されます。

新しいアプリ: Linear Buckling of a Truss Tower

座屈解析では、それを超えると構造物が不安定になる臨界圧縮荷重を調べます。 Truss Tower Buckling 解析アプリケーションは、臨界圧縮加重になる垂直圧縮荷重下のトラスタワーの座屈をシミュレートします。

本アプリケーションでは、さまざまなタワー高さ、断面積、各種材料など、さまざまなジオメトリ条件下のタワーの座屈加重を計算して解析します。 タワーは固定してない状態と、支線で支えた状態を選択できます。 本アプリケーションは、計算時に、死荷重の影響を考慮します (トラスと支持支線の自重ならびにそのプリテンション)。

Linear Buckling of a Truss Tower アプリケーションは、支線で支えたタワーの座屈モードを計算します。 Linear Buckling of a Truss Tower アプリケーションは、支線で支えたタワーの座屈モードを計算します。

Linear Buckling of a Truss Tower アプリケーションは、支線で支えたタワーの座屈モードを計算します。

新しいアプリ: MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling

マイクロ電子回路に統合するとき、MEMS デバイスはプリント基板に接合して他のデバイスと接続します。 次に、デバイスと基板との相互接続保護のため、回路全体を、通常はエポキシモールドコンパウンド (EMC) で覆います。 このような用途に使用するエポキシポリマーは、吸湿と吸湿膨張に影響され、EMC と基板間の層間剥離や、MEMS コンポーネントの動作不良を引き起こすことがあります。

MEMS Pressure Sensor Drift アプリケーションは、湿潤環境における吸湿膨張による MEMS 圧力センサーの測定歪みのドリフトをシミュレートします。 本アプリケーションは、必要な感度を達成し、ドリフトを最小限に抑えるのに役立ちます。 そのためには、幾何学的パラメータ、モールドコンパウンド材料特性、外部条件を指定します。

本アプリケーションは、COMSOL Multiphysics® ソフトウェアの Transport of Diluted Species, Solid Mechanics インタフェースと Shell インタフェースで構成されています。

圧力センサーの安定性のシミュレーションから得られた結果を表示した MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling アプリケーション。 圧力センサーの安定性のシミュレーションから得られた結果を表示した MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling アプリケーション。

圧力センサーの安定性のシミュレーションから得られた結果を表示した MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling アプリケーション。

新しいアプリ: Interference Fit

Interference Fit Calculator アプリケーションの目的は、1 本のパイプがもう 1 本のパイプに締まりばめの状態ではまっている接続を調べることです。 内側パイプは、外側パイプで得られるスペースより大きいため、内側パイプは圧縮され、外側パイプは拡張されます。

その結果、接触圧は、両部品の初期ジオメトリによって決まります。 また、伝達可能なトルクと力は、接触圧に比例する、2 つの部品間の摩擦力によって決まります。

本アプリケーションでは、パイプのジオメトリ、重なる領域のサイズ、摩擦係数を変更できます。 その結果、本アプリケーションは、アセンブリの有効応力と、干渉直径における 2 本のパイプの変形を表示します。

Interference Fit アプリケーションで計算した応力の結果 Interference Fit アプリケーションで計算した応力の結果

Interference Fit アプリケーションで計算した応力の結果

外部プログラムライブラリによる材料モデル

ユーザー定義の材料モデルを指定する新しい方法を、COMSOL Multiphysics バージョン 5.2 に導入しました。 新しいバージョンでは、共有ライブラリにコンパイルされた C コードで記述した外部材料関数をアクセスできます。 C コードでゲートウェイ関数を記述すると、別のプログラミング言語で書かれた材料関数も使用できます。 そのため、自身のカスタム材料モデルをプログラムして、そのモデルをアドオンとして配布できます。

外部ライブラリでは、応力歪み関係をすべて定義する場合と、利用できる材料モデルに対する非弾性歪み寄与のみを返す場合があります。 非弾性歪み寄与のみを使用するのは、基本的にきわめて強力な方法です。 非弾性歪み寄与を使用すると、可塑性やクリープなど、Linear Elastic Material (線形弾性材料) ノードのサブノードで利用できる組み込み材料モデルに類似の材料を実装できます。 一方、応力歪み関係一式は、Cam-Clay 材料モデルなど最上位の材料ノードに対応しており、ゼロから材料モデルを定義するときに使用します。

Solid Mechanics インタフェースでは、External Stress-Strain Relation (外部応力-歪み関係) 材料モデルと Linear Elastic Material (線形弾性材料) ノードの下の External Strain (外部歪み) サブノード という 2 つの新しい機能を利用できます。

たとえば Hyperelastic Material, Plasticity (超弾性材料、可塑性) ノードと Creep (クリープ) ノードの既存のユーザー定義オプションは便利ですが、カスタム材料モデルを定義する方法としては制約があります。

いくつかの領域の材料として External Stress-Strain Relation (外部応力-歪み関係) を追加します。

いくつかの領域の材料として External Stress-Strain Relation (外部応力-歪み関係) を追加します。

いくつかの領域の材料として External Stress-Strain Relation (外部応力-歪み関係) を追加します。

小さい相対変位がある接触

COMSOL Multiphysics バージョン 5.2 では、接触対内の距離計算に新しいシンプルな手法を導入しました。 この機能は、締まりばめや、2 つの部品がボルト止めされている場合など、接触面間にほとんど滑りがない場合に使用します。 この手法では、接触元と接触先のマッピングの計算は 1 度だけなので、処理が高速であり、安定した収束が得られます。 この手法を使用する場合は、マッピング方式を接触対の設定で Initial configuration (初期構成) に設定します。

初期接触ギャップ調整

ときには、曲面境界の有限要素離散化によって、接触対の 2 つの境界間の初期距離が顕著に不規則になることがあります。 今回のバージョンでは、この問題を、初期ギャップの組み込み計算機能で解消します。 Solid Mechanics * インタフェースで *Contact (接触) 設定ウィンドウの Force zero initial gap (初期ギャップを強制的にゼロ設定) チェックボックスを選択すれば、この初期ギャップは、後続の解析で取り除くことができます。

自転車のフォークのステアリングチューブとクラウン間の締まりばめによる応力 (マウンテンバイクフォークの干渉締まりばめの新しいチュートリアルから)。 自転車のフォークのステアリングチューブとクラウン間の締まりばめによる応力 (マウンテンバイクフォークの干渉締まりばめの新しいチュートリアルから)。

自転車のフォークのステアリングチューブとクラウン間の締まりばめによる応力 (マウンテンバイクフォークの干渉締まりばめの新しいチュートリアルから)。

Added Mass (付加質量) のフル質量マトリックス入力

Added Mass (付加質量) 機能は、フル質量マトリックスを入力できるよう拡張しました。

任意の熱弾性減衰の組み込み

Force zero initial gap (熱膨張) マルチフィジックス結合では、応力の時間導関数を熱伝達問題の熱源として選択するかどうかを選択できるようになりました。 新しい Thermoelastic damping (熱弾性減衰) チェックボックスを選択すると、時間依存問題の求解時に問題が双方向結合になります。

Stationary Analysis (静止解析) の Prescribed Velocity (規定速度)/Acceleration Interpretation (加速度解釈)

Prescribed Velocity (規定速度) ノードや Prescribed Acceleration (規定加速度) ノードがモデルにある場合、これらの境界条件を静止解析でどのように解釈するかを定義できます。 ノードは制約 (規制) または無視 (フリー) として扱うことができます。 この機能は、周波数領域、時間依存、静止タイプなど、複数の複合解析タイプがあるモデルやアプリケーションに最適です。

新しいモデル: Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork (マウンテンバイクフォークの干渉締まりばめ)

締まりばめは、ひとつの部品をもうひとつの部品の周囲に結合するときや、嵌め合わせるときに使用するテクニックです。 内部部品が冷却されて収縮し、ぴったり合います。 再び部品を加熱して拡張すると、2 つの部品間の接触面で接触圧が高まります。

この種の接触は、ステアリングパイプがクラウンと接触する、マウンテンバイクのフォークのチュートリアルの例でシミュレートしています。 このシミュレーションでは、接触圧と応力分布の他、伝達可能な力とトルクを調べます。

ステアリングチューブとクラウン間の接触部の最大と最小の主応力 ステアリングチューブとクラウン間の接触部の最大と最小の主応力

ステアリングチューブとクラウン間の接触部の最大と最小の主応力