固体力学

固体力学のモデリングには, 完全な 3D, 2D (平面応力, 平面ひずみ, 一般化された平面ひずみ), および 2D 軸対称などのオプションがあり, 多数の物理領域へのマルチフィジックスカップリングが組み込まれた固体構造を解析するための最も一般的なアプローチを提供します. 固体力学の問題を正確に記述するための多様な材料モデルが用意されており, 方程式ベースのモデリングによってこれらの機能を簡単に拡張することができます. 定数, 空間的変化, 異方性, 非線形の式, ルックアップテーブル, またはこれらの組み合わせで材料特性を定義できます. ユーザー定義の式に基づいて, 要素を有効化にしたり, 非有効化したりできます.

シェルとメンブレイン

薄型構造には, シェル (3D, 2D 軸対称) 要素やプレート (2D) 要素を使用すると, 非常に効率的です. 定式化により, 厚いシェルのモデル化に必要な横せん断変形が可能になります. また, 選択した表面の垂直方向にオフセットを指定することができ, ジオメトリの完全 3D 表現を使用したモデリングを簡素化できます. シェル要素解析の結果は, 完全な固体表現として表示されます.

薄膜や薄い生地などの超薄型構造には, 曲げ剛性のない定式化が必要です. メンブレンインターフェースではそれが可能で, 3D または 2D 軸対称の曲平面応力要素を使用して, しわの影響を含む面内および面外変位を計算します. このような構造を解析する場合, プレストレス状態から始められる機能が広く使用されます.

弾性波

等方性, 直交異方性, 異方性, 圧電性の固体における弾性波伝搬のモデリングは, シングルフィジックス, マルチフィジックスの応用である振動制御, 非破壊検査 (NDT), 機械的フィードバックのために使用されます. 応用分野は, マイクロメカニカルな問題から地震波の伝搬まで多岐にわたります.

固体力学インターフェースでは, 固体中のせん断波と圧力波の影響を考慮した完全な構造ダイナミクスの定式化を使用して, 弾性波を解析します. 機械的ポート条件を使用して, 導波管構造の伝搬モードを励起, 吸収したり, コンポーネントの散乱行列を計算したりすることができます. 吸収境界条件と完全整合層 (PML) により, 無境界領域の効率的なモデリングが可能になります.

弾性波 (陽的時間発展)インターフェースは, 多くの波長を含む大きな領域での過渡線形弾性波伝搬問題専用で, 高次の不連続ガラーキン有限要素法 (dG-FEM), 陽的時間発展に基づいています. また, このインターフェースはマルチフィジックスに対応しており, 流体ドメインとシームレスに連成します.

材料モデル

構造力学モジュールには, 線形弾性, 粘弾性, 圧電性材料モデルが備わっていますが, 非線形構造材料モジュール または ジオメカニクスモジュール を追加することで, 超弾性および弾塑性を含む幅広い非線形材料モデルを利用することができます.

さらに, 既存の材料モデルを拡張したり, 独自のモデルを作成したりと, 多くの可能性を秘めています. 材料特性の入力フィールドには, 応力, ひずみ, 空間座標, 時間あるいは別のフィジックスインターフェースからのフィールドに依存する式を直接入力します. 周波数領域解析では, 複素数値式を入力できます. たとえば, カスタム微分方程式を追加して, 非弾性ひずみを寄与することができます.

材料モデルは, 熱膨張, 吸湿膨張, 初期応力とひずみ, および数種類のダンピング (減衰) にも対応しています. 材料特性は, 等方性, 直交異方性, 完全異方性のいずれかを選択できます. C 言語でコード化された外部関数を用いれば, 独自の材料モデルを組み込むことができます.

荷重と拘束

構造力学モジュールでは, 多数の異なる荷重と拘束のオプションが用意されており, 高精度モデリングを容易にします. 領域, 境界, エッジ上の分布荷重, 従動荷重, および移動荷重を定義できます. また, 総力を指定し, 重力または付加質量を含め, 遠心力, コリオリの力, オイラーの力で回転フレームを含めることができます.

モデルを拘束するためには, スプリングとダンパー, および規定変位, 速度, 加速度があります. 周期境界条件, 低反射境界, 完全整合層 (PML), 無限要素により, モデルサイズを縮小して効率的なモデリングを実現しています.

ダイナミクスと振動

構造力学モジュールは, 過渡解析と周波数応答解析をカバーします. 周波数応答解析には, 固有振動数, 減衰固有振動数, および周波数スイープ解析が含まれます. さらに, ランダム振動および応答スペクトル解析用の特殊なスタディタイプも利用できます. ランダム振動解析では, 相関のない荷重と完全に相関した荷重を含む, 周波数の関数としてのパワースペクトル密度 (PSD) に基づく入力が可能です. 典型的な例としては, タワーの風荷重の解析があります. 応答スペクトル解析は, 地震や衝撃などの短時間の非決定論的イベントに対する構造応答を決定するための効率的な方法として使用されます.

コンポーネントモード合成 (CMS) は, 動的サブストラクチャリングとも呼ばれ, Craig–Bampton 法を使用して線形コンポーネントを計算効率の高い低次元モデル (ROM) に縮小します. これらの ROM コンポーネントは, 動的解析または定常解析で使用できるため, 計算時間とメモリ使用量が削減されます.

梁, パイプ, およびトラス

梁のモデリングに特化した要素タイプがあり, その断面特性によって記述されます. 細い梁 (オイラー-ベルヌーイ梁理論) と太い梁 (ティモシェンコ梁理論) の両方の定式化が利用可能です. 事前定義されたカップリングにより, 梁と他の要素タイプを組み合わせれば, 固体構造, シェル構造の強化を調べることができます. 一般的な断面をモデル化する機能に加え, 一般的な断面タイプのライブラリも用意されています.

さらに, 構造力学モジュールでは, 軸力のみを受ける細長い構造 (トラス) をモデル化できます. これらの要素は, たるんだケーブルや補強構造のモデリングにも使用できます.

パイプの構造解析は梁の構造解析と似ていますが, 通常はパイプの応力に大きく寄与する内圧が加わります. また, 温度勾配は通常, パイプ断面全体ではなく, パイプの壁を通して発生します. 内圧と抗力による荷重は, パイプ流れモジュール を使用したパイプ流れと熱の解析結果から直接得ることができます.

接触と摩擦

機械のシミュレーションでは, 物体が互いに接触する状況が頻繁に発生します. 静的および動的解析には接触のモデリングが含まれており, 接触している物体は任意の大きさの相対変位を持つことができます. また, 摩擦の影響もモデル化することが可能で, 粘着と滑りの両方に対応しています.

接触解析には, 接触する物体間の接着, 分離を規定したり, 物体が互いにスライドする際の摩耗による材料の損傷をモデル化したりする機能も備わっています.

破壊力学

亀裂のモデリングのための, いくつかの異なるアプローチが用意されています. 亀裂は無限に薄く, 単一の境界で表される場合と, ジオメトリ内の分離した表面で表される場合があります. 亀裂には, 任意の数の分岐とそれに相当する亀裂前線があります.

2D と3D で J 積分と応力拡大係数を計算できます. 亀裂面に荷重を規定することもできます.

非線形構造材料モジュールまたはジオメカニクスモジュールを追加することで, さまざまな基準に基づいて脆性材料の損傷や亀裂をモデル化することができます.

エンジニアリング機能

構造力学モジュールには, 現実世界のモデルをより迅速に作成するための構造エンジニアリング機能がいくつか用意されています. これらの機能には, 剛体領域や運動拘束をモデル化するための剛体コネクターなどの境界条件, ボルトプリテンション, 圧力容器を解析するための応力線形化などの境界条件が含まれます.

• 剛体ドメイン
• NASTRAN^® インポートからの RBE2 要素の自動処理
• ボルトネジ山接触モデリング
• 溶接評価
• メッシュに依存しないスポット溶接
• 整列した穴を自動的に接続するリベットなどの留め具
• 反りの評価
• 安全係数の式
• ソリッドを切断する際の断面力の計算
• 荷重ケースの重ね合わせ
• 有効な材料特性の計算:
  • 代表体積要素 (RVE) を使用