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過渡応答解析(モード法)｜Abaqusチュートリアル

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

過渡応答解析(時刻歴応答解析)に関する詳しい説明は『動解析入門』を参照してください。ここではAbaqusによるモデル化方法に関して説明します。

**プレートの過渡応答解析(モード法)**

概要
解析ステップの定義
フィールド出力要求の定義
履歴出力要求の定義
初期条件の定義
解析ジョブの作成と投入
解析結果の表示

概要

本項ではプレートの固有値解析モデルに初速度を与え、モーダル法で時刻歴応答解析を実施する方法について説明します。本項でのモデリングを始める前に、予めプレートの固有値解析モデルを開いて別名保存をしておいてください。

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
固有値抽出範囲：1～500Hz
初期条件：Z方向に初速度1000mm/s
減衰：1～500Hzの範囲で減衰比0.05

モデルの外観は以下です。解析する状況としてはZ方向に1000mm/sで運動していたプレートが急に停止した後の自由振動を解析します。具体的な状況がイメージしにくいかも知れませんが、意外と活用できる解析方法です。

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解析ステップの定義

解析ステップの作成方法

モデルツリーにおいて、ステップの右クリックメニューから"作成"を選択します。この時、ステップモジュールに自動で切り替わります。

上記操作で現れる"ステップの作成"ダイアログにおいて、このステップの後に新しいステップを追加で、Step-1(固有値解析のステップ)を選択、名前にStep-2(デフォルト)、プロシージャタイプ：線形摂動、Modal dynamics 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、初期条件を使用するにチェック(今回は初期条件として初速度を与えるのでチェックが必要)、時間幅に1と入力(1秒間に起こる現象を解析するという意味)、時間増分(Δt)に0.0005と入力します。今回はほとんどがモード1(11.3Hz)が励起されると考えられますが、念のためモード4(198Hz)まで影響を波形として確認できるようにしました(参考：過渡応答解析におけるΔtの決め方)。計算上は500Hzまでのモードを考慮しています(参考：モード法の周波数応答、過渡応答解析におけるモード数)。

次に減衰タブにおいて、次の範囲で減衰を指定：振動数、直接減衰データを使用するにチェック、振動数と臨界減衰比の関係で1～500Hzで0.05と入力します。

周波数によってモード減衰比を変化させたいときは行を増やして適切に設定します。今回は一律で0.05としました。

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。

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フィールド出力要求の設定

過渡応答解析のフィールド出力を設定します。上記で過渡応答解析のステップを定義すると、自動で新たなフィールド出力F-Output-2が設定されます。このF-Output-2の右クリックメニューから"編集"をクリックします。

今回はモデル全体の出力頻度を20インクリメントごとに設定します。OKボタンをクリックします。

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履歴出力要求の設定

フィールド出力要求は解析結果を3Dモデルで確認するための要求ですが、あまり出力間隔を細かく設定すると結果ファイルが膨大になってしまうという問題があります。履歴出力では集合で定義した特定の節点等の結果をグラフで確認することができます。必要なところのみの出力となるので、結果ファイルも軽くなり、今回のような時系列の計算では多用されます。

集合の定義

まずは集合として評価する節点を定義します。モデルツリーにおいて、アセンブリを展開して集合の右クリックメニューから作成をクリックします。

集合の作成ダイアログにおいて、節点にチェックして、続けるボタンをクリックします。名前を任意に変更しても構いません。

ビューポート上で、プレート先端のエッジ中心付近の節点を選択し、プロンプトエリアの完了ボタンをクリックします。

履歴出力要求の定義

モデルツリーにおいて、履歴出力要求の右クリックメニューから作成をクリックします。

履歴出力の作成ダイアログにおいて、続けるボタンをクリックします。

履歴出力要求の編集ダイアログにおいて、領域：集合：Set-1、頻度を1インクリメントごと、出力変数として、並進変位(UT)、並進速度(VT)、並進加速度(AT)と設定します。最後にOKボタンをクリックします。

強度的な評価をしたい場合にはもっとも応力が大きくなる拘束部位付近の節点を集合に定義しておき、履歴出力で応力や歪みを設定しておくとよいでしょう。

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初期条件の設定

モデルツリーにおいて、規定場の項目の右クリックメニューから"作成"を選択します。この時、荷重モジュールに自動で切り替わります。

上記操作で現れる"規定場の作成"ダイアログにおいて、ステップでInitialを選択、カテゴリで機械的、タイプで速度を選択し、続けるのボタンをクリックします。名前を適宜変更しても構いません。

次にビューポート上でプレート全体を選択し、完了ボタンをクリック。

上記操作で現れる"規定場の編集"ダイアログにおいて、V3(Z方向)に1000(mm/s)と入力し、OKボタンをクリックします。

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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固有値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_modal_dynamics_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_modal_dynamics_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_modal_dynamics_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

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_modal_dynamics_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

振動の応答を履歴出力からグラフで表示する方法について説明します。左側のツリーのジョブ名を展開して履歴出力内の項目からSpatial acceleration:A3(Z方向の加速度の意味) at ～をダブルクリックします。ノード番号やNSET名などはご自身で設定した名前になっていると思います。