Transcript サンデン三輪さんの結果

第一回締結WG資料
ボルト締結部CAEモデリング技術検討
(ベンチマーク解析結果)
【解析コード；ANSYS WORK BENCH Ver10.0】
2006年12月12日
サンデン株式会社； 三輪
1
目次
1. 結論
2. 2枚板締結モデル (軸直角方向モデル)
2.1 解析モデル
2.2 解析条件
2.3 解析結果
3. フランジモデル (軸方向モデル)
3.1 解析モデル
3.2 解析条件
3.3 解析結果
2
1. 結論
(2枚板締結モデル)
•
板剛性、ボルト剛性および座面限界すべり量について、メッシュサイズ、大変形の
ON/OFFの影響は無かった。
•
接触定義の設定法により板剛性、ボルト剛性に差が見られた。 特に“接触剛性の
更新”について影響が大きかった。
•
接触定義の設定変更およびボルト軸径(谷径) 変更により、板剛性、ボルト剛性およ
び座面限界すべり量について3次元螺旋モデルとほぼ同じ値が得られた。
•
よって、ボルト剛性、座面限界すべり量および応力については接触定義の設定変
更することで、リベット型ソリッドモデルでの評価が可能である。
•
しかし、ボルトゆるみ(軸力低下) については、プリテンション節点での反力では評価
できない。 (並進荷重が負荷された段階から軸力低下)
•
プリテンション節点反力は軸方向に固定されているため、ボルトが変形し傾くとその
cosθ 分だけ軸力が低下していると思われる。 (螺旋モデルでも同じか?)
•
軸力低下量については、断面での節点反力の総和を求めるか、断面の応力分布
から平均応力を求めるしか無いと思われる。
3
(フランジモデル)
• 接触定義の接触挙動については、“非対称” とする。
• 螺旋モデルとリベット型モデルでは、食い込み式での節点力に差が見られる。
(1675N vs 1421N) →(モデル寸法の違いか？）
• 食い込み式とプリテンションでは解析結果はほぼ同じ。
• ガスケット面圧の妥当性検証法はどうするのか？
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2. 2枚板締結モデル (軸直角方向荷重)
2.1 解析モデル
ボルト部分のカット図
寸法は、ＷＧの資料「第２回ボルト締結勉強会資料」（2006/10/25）による。
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2.2 解析条件
ヤング率 ； 205 GPa
ポアソン比； 0.3
摩擦係数； 0.20（全接触面で等しいとした）
初期締結力； 8000 N
（始めに、8000Nの締め付けを行い、一方の端を固定
し、他方の端の変位を0.0mmから0.2mmまで、0.005刻みで変化させて、各変位条
件下の反力を求めた。（静解析）
なお、締結力は、変位0.0mmの状態で、ねじ部に8000Nのプリテンションを与え、
その相対変位を固定した状態（ボルトロック）で、端の変位を変化させている。
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2.3 解析結果
(1). メッシュサイズ、大変形のON/OFF
ANSYS WorkBench の入力項目である「メッシュの妥当性」について、
び100の２ケースで実施した。
0（ﾃﾞﾌｫﾙﾄ）及
また、 「メッシュの妥当性」について、0（ﾃﾞﾌｫﾙﾄ）の条件で、大変形 on／offの違いを見
た。
節点数 1824
424
要素数
計算時間 9分
節点数 22900
要素数 11800
計算時間 １９０分
7
反力
(Ｎ)
3500
3000
2500
2000
大変形：ﾒｯｼｭ妥当性　0
1500
ﾒｯｼｭ妥当性　0
1000
ﾒｯｼｭ妥当性　100
500
強制変位(mm)
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
大変形のON/OFF、メッシュの妥当性に関係なく、同じ答えを得られた。
8
(2). 接触定義の設定変更
①. 挙動； 対象 → 非対称
②. 定式化； ペナルティー法 → 拡大ラグランジェ
③. 接触剛性の更新； 更新しない → 平衡イタレーション毎
反力
(Ｎ)
3500
Aは、デフォルトの設定。
CDEFで、一つずつ変更した。
3000
EFのみ、Aと異なった。
念のため、Bも実施した。
2500
対－ぺ－無
対－Ｌ－iter
非－ぺ－無
対－Ｌ－無
対－ぺ－iter
対－ぺ－sub
2000
1500
A
B
C
D
E
F
がデフォルトからの
変更箇所
1000
500
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｅ
Ｆ
総iter数
766
431
822
766
431
432
cp [sec]
1147
796
954
1144
793
761
強制変位(mm)
Ｆが最も計算時間が少ないので、
次頁以降では、Ｆの条件を用いた。
Ｆ：対称-ぺ－substep毎
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対称-ぺナルティ－substep毎で、0.2mm変位まで計算
“ねじ面滑り”は、無いが、
ＷＧの結果とほとんど同じ結果
を得た。
3500
反力
(Ｎ)
3000
2500
2000
1500
対－ぺ－sub
1000
500
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
強制変位(mm)
10
(3). ボルト軸径変更
対称-ペナルティ－substep毎の
計算結果
3500
3000
直径10mmと8mm
2500
2000
1500
対－ぺ－sub（直径10mm)
直径8mm
1000
500
11
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
(4). ボルト軸力変化
3500
3000
2500
2000
1500
対－ぺ－sub（直径10mm)
直径8mm
1000
500
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
8000
ボ
ル
ト
軸
力
直径10mm
直径8mm
7950
7900
7850
7800
7750
7700
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
12
3. フランジモデル (軸方向荷重)
3.1 解析モデル
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3.2 解析条件
４５°ﾓﾃﾞﾙ（１／８ﾓﾃﾞﾙ）
材料物性・摩擦係数はＷＧ資料と同じ
力（前回）：πＲ２／８＝π（１７－３．４）＾２／８＝５８１／８＝７２．６ Ｎ
（今回）：πＲ２／８＝π１７＾２／８＝１１３．５Ｎ
（ＷＧ資料では、１４５Ｎになっている）
CASE1：食い込み式（ボルトを0.1＋0.1ｍｍ小さく作成して、解析の初期段階で食い込みがお
こっているとして、解析する）
CASE2：CASE1の計算結果から、ﾌﾟﾘﾃﾝｼｮﾝ で、１４２１Ｎ与える
計算時間（IBM ThinkPad , pentium M 1.8G)
case1
３３３ CPU sec （１９iter）
case2
４５４ CPU sec （２６iter）
東京大学の解析結果と相違
モデルサイズ
case1
節点数 １３７６０
要素数 ７１３１
case2
１３６７５
７０７６
14
食い込み式：荷重条件
15
プリテンション：荷重条件
16
垂直応力（食い込み）
17
垂直応力（プリテンション）
18
以上
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