Nonlinear Mechanical (Marc): 非線形構造解析(Marc)（アドオン）

概要

Nonlinear Mechanical (Marc) 解析タイプは、大変形、困難な接触相互作用(自己接触を含む)、強い非線形材料挙動を受ける構造要素や部品の複雑な機械的応答を計算するために使用されます。 
このソルバーは、通常の構造解析ソルバと比較して、金属の塑性変形、ゴム部品の大変形、複雑な接触が生じる接合部などに解析に特に適しています。

Nonlinear Mechanical (Marc) は、 「Marc™」によって提供されています。 Marc ™はHEXAGON社の登録商標です 。 

図1: スポーツアパレル業界で使用されているラティス構造の圧縮試験。

SimScaleでは、以下に示す手順で非線形メシミュレーションを簡単にセットアップできます。

Nonlinear Mechanical (Marc) の作成

Marcソルバによる非線形構造解析 (Nonlinear Mechanical (Marc)) を作成するには、まず使用するジオメトリモデルを選択し、 Create Simulation をクリックします:

図2: SimScaleで非線形力学(Marc)シミュレーションを作成する手順

次に、SimScaleでサポートされている解析タイプのリストが表示されますので、Nonlinear Mechanical (Marc) 解析タイプを選択し、 Create Simulation をクリックします 。

図3: 上のツリーから 「Nonlinear Mechanical(Marc)」 解析タイプを選択し、下部の 「Create Simulation」 をクリックします。

 以下のシミュレーションツリーとそれぞれの設定項目がワークベンチに表示されます。

図4: SimScale Workbenchにおける非線形力学解析のシミュレーションツリー

Geometry

Geometryセクションでは 、シミュレーションに必要なCADモデルを表示・選択できます。メッシングやシミュレーション関連のエラーを避けるため、CADモデルを十分に準備することが重要です。CADの準備とアップロードに関する詳細は こちらをご覧ください。

Contacts

使用するジオメトリモデルが複数のボディを含むアセンブリである場合、ユーザーはここで接触による相互作用の扱いを定義します。接触の設定として、 「Glued」、「Touching」、「Glued+Touching」の3種類を選択できます。他の構造解析ソルバの Contacts の設定と異なりユーザーは、接触する面ではなくボディに対して接触の状態を定義します。

Contact bodies に接触するボディを選択して割り当てます。

• Glued:

  • 物体同士が接着されている状態を定義します。

  • 初期状態で離れているボディ同士がシミュレーション中に接触した場合も接触の瞬間から固着され、その後に分離することはありません。 (この点は従来の構造解析ソルバでの Contacts の設定における Bonded と異なります。それ以外は同様です。）  

• Touching:

  • 接触と分離を扱うことができ、摩擦を考慮した接触解析をできます。 Physical Contacts(物理的接触)と似ています。

  • ボディを選択して接触を定義するため、1つの設定内で複数のボディの接触を許容し、1つのボディのみを割り当てた際にも自己接触も解析できます。

  • Interference fit (干渉フィット)では、CADジオメトリでめり込んだ面（干渉した面）を含めることにより、プレストレスを解析できます。例えば、ボルトのプレストレス条件をモデル化できます。

図1: Touching(接触)定義の設定

• Glued + Touching:

  • 基本的に、 Glued と Touching を1つにまとめたものです。同じボディの組み合わせ内で、接着として扱いたい面と接触解析を行いたい面の両方がある場合に使用します。

  • Contact bodies へ対象とするボディを選択して割り当てます。

  • Touching faces へ「Touching 」として扱いたい面（すなわち、固着しない面）を選択して割り当てます。

図2: Glued(接着)＋Touching(接触)定義の設定

Materials

材料特性を定義するために、各パーツに必ず1つの材料を割り当ててください。さらに、応力-ひずみ関係と材料の密度に使用される構成則を記述する材料挙動を選択することができます。詳細は 材料のページをご覧ください。

※使用できる材料モデルは順次実装されていく予定です。

Boundary Conditions

現在は以下の境界条件がサポートされています:

Imposed displacement : 強制変位

変位ベクトルを定義する境界条件です。各座標方向(x,y,z)の割り当てられたグループの変位に規定値を定義するか、自由に動かせるように無制約のままにすることができます。機能と設定方法は Fixed value と同じためこちらをご覧ください。

図3: 強制変位境界条件の設定

Pressure : 圧力

Pressure(圧力) 境界条件では、面(または面の集合)に分布荷重が適用されます。これは、流体や他の固体と接触している面を通して加えられる荷重をモデル化するのに便利で、荷重は面の法線方向に加えられます。 詳細はこちらをご覧ください。

図4: 圧力境界条件の設定。フォロワー圧力境界条件を適用するにはトグルをオンにします。

圧力境界条件とは対照的に、Follower pressureはシミュレーション中に動的に適応するため、本質的に非線形です。 詳細はこちらをご覧ください。

Numerics

Numerics はシミュレーションの設定において重要な役割を果たします。適切な離散化スキームとソルバーを方程式に適用することで、方程式の解法を定義します。シミュレーションの安定性とロバスト性の向上に役立ちます。すべての数値設定はユーザーが完全にコントロールできるようになっていますが、必要な場合以外はデフォルトのままにしておくことをお勧めします。

Numericsは上級ユーザーを対象としていますが、興味のある方は ドキュメント(英語ページ)からご確認ください。

Simulation Control

Simulation Controlでは、シミュレーションの一般的な制御を定義します。このタブでは、一連の変数を設定することができます。例えば、シミュレーションの End timeやMaximum runtimeを定義することができます。

パラメータの概要とその意味については、このページを参照してください。

Result Control

Result Controlでは、計算対象のパラメータを追加指定できます。例えば、面積や体積の平均コントロールや、特定の点の量をモニタリングするための点データを設定することができます。変位、ひずみ、接触結果などの追加ソリューションフィールドも抽出できます。Result Controlの詳細については、こちらのページをご覧ください。

Mesh

非線形力学解析(Marc)では、Standardメッシャーが利用できます。メッシュについては、こちらのページをご覧ください。