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周波数応答解析(直接法)｜Abaqusチュートリアル

(Abaqusバージョン：Abaqus 6.9 Student Edition)

周波数応答解析に関する詳しい説明は『動解析入門』を参照してください。前回に引き続き周波数応答解析ですが、今回は直接法でやってみたいと思います。

プレートの周波数応答解析(直接法)
　

概要

本項では前項のモード法で解析した周波数応答解析のモデルを直接法に変更して解析します。境界条件等は同じ設定を利用します。予め前項のモデルを開いて別名保存をしておいてください。

一応解析条件を書いておきます。前回と違って今回は直接法ですの固有値解析を事前に実施しません。よって固有値の抽出条件はありません。また、モード減衰は直接法で使えませんので、材料の構造減衰として設定します。その他の条件はモード法と同じです。

解析条件

  • プレート寸法：300×50×1.2
  • 材料：鉄鋼材料を想定(E=210GPa,ρ=7.85e-6kg/mm^3,ν=0.3)
  • 拘束条件：片側の端部を完全固定
  • 荷重条件：梁の先端に1Nの正弦波荷重(周波数範囲：1〜100Hz)
  • 減衰：材料の構造減衰0.1

モデルの外観は以下です。

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解析ステップの定義

解析ステップの変更

前回、モード法で周波数応答解析の定義をしたStep-2を直接法の周波数応答に変更します。モデルツリーにおいて、ステップ/Step-2の右クリックメニューから"置換"を選択します。

上記操作で現れる"ステップの置換"ダイアログにおいて、Steady-state dynamics,Direct を選択して、続けるボタンをクリックします。

上記操作で現れる"ステップの編集"ダイアログの基本タブにおいて、スケール：線形、振動数の下限値：1、振動数の上限値：100Hz、応答計算点の数：496、バイアス：1と入力します。これは周波数刻み幅(Δf)=0.2Hzで計算する設定となります。ちなみに応答点の数は(振動数の上限値-下限値)÷Δf+1となります。

(参考)
周波数応答解析におけるΔfを見積もる方法

設定が完了しましたらOKボタンをクリックしてダイアログを閉じます。

※モード法では"ステップの編集"ダイアログで減衰の設定をしましたが、直接法ではステップでの減衰設定がありません。

固有値解析ステップの削除

直接法では固有値解析が不要ですので、固有値解析のステップであるStep-1を削除します(残しておいても構いませんが・・)。モデルツリーにおいて、ステップ/Step-1の右クリックメニューから"削除"を選択します。

そうしますと、以下のようなダイアログで警告されますが、”はい”をクリックします。境界条件(拘束条件)をstep-1のみに設定している場合はステップを削除すると一緒に削除されますので注意してください。念のため境界条件(拘束条件)がちゃんと残っているか確認してください。もし消えてしまった場合にはInitialステップに再度作成してください。

フィールド出力要求の設定

フィールド出力は前回のモード法と同じ条件を使用します。

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減衰の定義

モード法では解析ステップの定義のところでモード減衰を定義しましたが、直接法では当然ながらモード減衰を定義することはできません。Abaqusの直接法周波数応答解析で減衰を定義する方法には以下があります。

直接法周波数応答解析における減衰の定義方法

  • 減衰要素(ダッシュポットによる粘性減衰)
  • 材料減衰(レイリー減衰、構造減衰)
  • 全体減衰(レイリー減衰、構造減衰)

これらのうち、全体減衰に関してはAbaqus/CAEでの入力に対応しておらず、inpファイルを直接編集して減衰定義のカードを追加する必要があります。

ここでは材料減衰を定義してみます。

材料減衰定義

モデルツリーにおいて、材料特性/steelの右クリックメニューより、編集をクリックします。(材料名はご自身で設定した材料名に読み替えてください)

材料の編集ダイアログにおいて、機械的メニュー/減衰をクリックします。

構造の項に構造減衰係数0.1を入力します。ちなみに構造減衰G=減衰比ζ×2の関係があります。前項でモード減衰比0.05を入力したので、比較できるようにそれと同等になるようにしました。

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解析ジョブの作成と投入

解析ジョブの作成

解析モデルが完成したので、解析ジョブを作成して計算を実行してみましょう。モデルツリーにおいて解析を展開してジョブの項が表示されるようにします。今回は前回実施したモード法の周波数応答解析のモデルをベースにしているので、その時のジョブが残っています。ジョブ名の右クリックメニューから"名前の変更"を選択します。

上記操作で現れる"ジョブの作成"ダイアログでジョブの名前にplate_ssd_direct_jobと入力し、"OK"ボタンをクリックします。変更するジョブ名は任意です。

ワーキングディレクトリの設定

解析結果のファイルやログファイルなどはワーキングディレクトリに作成されます。予め設定しておかないと、どこにファイルが保存されたのか解らなくなってしまうこともありますので、一応設定しておきましょう。

ファイルメニューからワーキングディレクトリの設定を選択します。ご自身の環境に合わせて設定ください。モデルファイルと同じディレクトリの方が解りやすいかもしれません。

解析ジョブの投入

モデルツリーにおいて、先ほど定義したジョブplate_ssd_direct_jobの右クリックメニューから"ジョブの投入"を選択します。この操作で計算が実行されます。計算が実行中はジョブ名の横に"実行中"と表示され、計算が終了すると"完了"に変わります。

plate_ssd_direct_jobの右クリックメニューから"モニタ"を選択しますと、解析の進行状況を確認することができます。ログの窓に完了と表示されれば計算終了です。

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解析結果の表示

前回と同様、プレート先端の加速度応答をグラフで表示する方法について説明します。

結果ファイルの読み込み

モデルツリーにおいて、ジョブ名(plate_ssd_direct_job)の右クリックメニューから"結果"をクリックします。

応答のグラフ作成

まずは複素数の形式を設定します。メニューから結果/オプションを選択します。

結果オプションダイアログにおいて、”複素数の形式”タブを選択、数値形式で”大きさ”にチェックを入れます。よければ"OKボタン"をクリックします。

メニューからツール/XYデータ/マネージャを選択します。

XYデータマネージャにおいて、作成ボタンをクリックします。

XYデータの作成ダイアログにおいて、ODBフィールド出力をクリックします。

ODBフィールド出力からのXYデータダイアログにおいて、位置：節点、編集フィールドで空間加速度/Magnitudeを選択します。ここでは加速度の絶対値としましたが、評価したい項目をここで自由に選択することができます。

ODBフィールド出力からのXYデータダイアログにおいて、要素/節点タブをクリックしてタブを切り替えます。"選択の編集"ボタンをクリックして、ビューポート上で評価したい節点をクリックします。

ここでは下図のようにプレートの先端エッジの中心を選択しました。赤い点が選択した節点です。選択できましたらプロンプトエリアの"完了"ボタンをクリックします。

ODBフィールド出力からのXYデータダイアログにおいて、"プロット"ボタンをクリックします。

そうしますと、選択した節点の加速度応答が下図のように表示されます。

ちなみに下図は前回モード法で解析した時の結果です。小さくて見づらいですが、縦軸のレンジは0〜0.3×10^6で同じです。モード法でも直接法でもほぼ同じ結果になっていることが確認できますね。

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