Connectors (コネクタ)

概要

Connectors (コネクタ)は、複数部品を対象とした構造解析の複雑さを軽減します。これは、物理的なコンポーネントを必要とせずに、複数のパーツ間の接続を定義することで実現します。

Connectors (コネクタ)は、以下の構造シミュレーションタイプでサポートされています:

• Static: 静解析

• Dynamic: 動解析

• Thermomechanical: 熱応力解析

• Frequency Analysis: 固有振動解析

• Harmonic: 周波数応答解析

SimScaleでは、以下のコネクタを使用できます。

• Pin connectors: ピン結合

• Bolt connectors: ボルト結合

図1に示すように、シミュレーションツリーの 「+」 アイコンをクリックすると、新しいコネクタを作成できます。

図1: Connectors (コネクタ)はSimulations ツリーの「Contacts (接触)」の下にあります。

大変位

SimScaleはコネクタ内で小さな変位しか許容しません。大変位や回転の場合は、接続部を含む接続部のすべての部品間でPhysical contacts (物理的接触)を使用する必要があります。

Pin connectors (ピン結合)

Pin connectors (ピン結合)を使用すると、アセンブリ内の物理的なピンを、三点支持関係と1次元有限要素を組み合わせた仮想的な結合として置き換えることができます。仮想的な結合はピンの物理的な挙動を模倣するため、細かくメッシュ分割された物理部品や複雑な接点設定が不要になります。

図2: ボルトの代わりにPin connectors (ピン結合)を使用できるアセンブリの例

重要

• 各仮想ピンに対して個別にPin connectors (ピン結合)項目を定義する必要があります。

• Pin connectors (ピン結合)は、円筒面にのみ定義できます。

使用方法 - Pin connectors (ピン結合)

Pin connectors (ピン結合)は、共有するピン軸を中心に複数のボディを接続することができ、接続の動作は、図3に示すような設定で定義できます。図3ではBody to body (ボディとボディ)の接続として設定されており、この場合、仮想ピンはボディの変形に合わせて動きます。

また、ピン結合を使用して、ボディをグラウンドに固定されたピンに接続することもできます。この場合、仮想ピンは固定されたままであり、接続はグローバルな拘束として機能します。

Pin connectors (ピン結合)のデフォルト設定パネルを図3に示します。

図3: Pin connectors (ピン結合)のデフォルト設定

設定の説明は以下の通りです:

• Interaction (相互作用)

  • Body to body：2つ以上のボディを1つの仮想ピンで接続することができます。ピンはボディと一緒に動きます。

  • Body to ground：2つ以上のボディは、1つの仮想ピンを介して地面に接続することができます。ピンは静止したままです。

Kinematic Behavior (動作挙動)

• Rotation (回転)

  • Free rotation (自由回転)：物体はピンの軸を中心に自由に回転します。

  • Rigid (剛体)：ピン軸方向のボディの回転はロックされます。

  • With torsion spring (トーションばね)：トーションばねの剛性により回転が制御されます。

• Axial translation (軸方向移動)

  • Rigid (剛性): ピン軸方向のボディの並進がロックされます。

  • Free sliding (フリースライド): ボディはピン軸方向に自由に並進可能

  • With axial spring (軸方向スプリング付き): 軸方向移動のための軸方向バネ剛性を定義します。

Advanced setting (詳細設定)

• Assigned face behaviour

  • Deformable (変形可能): 割り当てられた面の小さな変形を許可します。

  • Undeformable (変形不可): 割り当てられた面の変形を許可しません。

Pin connectors (ピン結合)の面の割り当て

Pin connectors (ピン結合)の面を割り当てる際は、面が同心であることを確認してください。面が同心であるとは、面が同じ回転軸を共有する必要があることを意味します。この条件が満たされない場合、シミュレーションはエラー警告を表示します。

Bolt connectors (ボルト結合)

Pin connectors (ピン結合)と同様に、Bolt connectors (ボルト結合)も仮想的なもので、数学的に等価なモデルに置き換えることで、物理的なボルトを計算することができます。

図4: Bolt and nut connectors (ボルト・ナット結合)で置き換えたアセンブリの例

図5: Screw connectors (ねじ結合)で置き換えたアセンブリの例

重要

• 各仮想ボルト・ナット/ねじ結合に対して、個別のボルトコネクタ項目を定義する必要があります。

• Screw タイプのボルトコネクタは、円形(円周、円、円筒)に対してのみ定義できます。

• Bolt and nut タイプのボルトコネクタは、上記以外の形状にも対応します。ただし、ボルトの頭部とナットを選択する面/エッジは、異なるボディに属している必要があります。

Bolt connectors (ボルト結合)の使い方

ボルトコネクタは、複数のボディの物理的な拘束接続を置き換えることができます。ボルトには、 Bolt and nut (ボルト・ナット) と Screw (ねじ)の2種類があります。図6は、ワークベンチに表示されるボルト結合のデフォルト設定をハイライトしたものです。

図 6: Bolt connectors の デフォルト設定

設定の説明は以下の通りです:

• Bolt type (ボルトタイプ)

  • Bolt and nut (ボルト・ナット)：ボルトとナットの物理的接続を置き換えます。ボルトには1つ以上の面/エッジが必要で、ナット面には1つ以上の面/エッジが必要です。面/エッジは同じボディに属する必要があります。

  • Screw (ねじ)：ねじの実質的な接続を置き換えます。ボルトの頭部に1つ以上の面/エッジ、ねじ面に1つ以上の円筒面が必要です。

• Shank diameter (シャンクの直径)  : ボルトのシャンクの直径。

• Mechanical properties (機械的性質)  : 詳しくはこちらのページをご覧ください。

  • (E) ヤング率

  • (V) ポアソン比

  • (\(\rho\)) 密度

  • Enable bolt preload: ボルトに予荷重がかかっている場合、オンに切り替えます。その後、 Forceの値が必要になります。

Advanced setting:

• Assigned face behaviour (割り当てられた面の動作)

  • Deformable (変形可能)：割り当てられた面の小さな変形を許可します。

  • Undeformable (変形不可)：割り当てられた面の変形を許可しません。

図7: Bolt and nut connectors の割り当てる面の選択(左)。ボルトの頭の割り当てとナットの割り当ての両方をエッジで置き換えることができます(右)。

図8: Screw connectors の割り当てる面の選択(左)。ボルト頭の割り当てはエッジ(右)で置き換えることができます。ねじ部の割り当ては常に円筒面でなければなりません。

ボルトコネクタの面/辺の割り当て

ボルトコネクタの面を割り当てる際、面/辺が同心であることを確認してください。 つまり、面は同じ回転軸を共有する必要があります。この条件を満たさない場合、シミュレーションはエラーを表示します。