自宅でANSYS製品使ってみた【構造解析編】

ANSYS 応力解析 シミュレーション

ANSYS studentをインストールしてFluentを使った簡単な流体計算をしました。

今回は、ANSYS workbenchを使い静的構造解析をやってみます。

普段どちらかというと熱流体系を専門としているので、細かい知識は不足しているかもしれません。

使うのはANSYS 2019 R2です。

スクリーンショット (56)

静的構造解析をプロジェクト概念図にドラッグアンドドロップします。プロジェクトファイルはこまめに保存。
まずはCADで形状(ジオメトリ)を作ります。「ジオメトリ」をダブルクリックするとSCDM(SpaceClaimDesignModeler)が立ち上がります。

構造作成

スクリーンショット (77)

適当に形状を作ります。1辺20mmくらいの四角形です。
Workbenchに戻り、「セットアップ」で、境界条件などを付けます。

材料物性値

スクリーンショット (78)

Mechanicalの編集画面が表示されます。
上から順に設定していきます。

まずは材料。デフォルトは構造用鋼です。
ヤング率200GPa、ポアソン比0.3。

最近のバージョンだと、こんなわかりやすくSN曲線が表示されたりするんですね…
(今回の計算はSN線図など関係ない)

材料を変更したい場合、右上の鉛筆マーク「edit the material」を選択します。

スクリーンショット (79)

材料物性を変更できるウインドウが開きますので、ここで値を変更するなどできます。
(デフォルトでアルミやチタンなどの材料物性も入っていた気もしますが、見つけられませんでした。調べておきます。)

メッシュ作成

スクリーンショット (80)

メッシュを切ります。

左上の「生成」を押すと、デフォルトの設定でメッシュが切られます。
左下の「情報」に、要素数が記載されています。
要素数:1859、節点数:8876

スクリーンショット (82)

分解能を上げると、より細かいメッシュの作成が可能。こちらは分解能「5」でメッシュを切った場合。
(デフォルトのメッシュ分解能は「2」です)
要素数28,672、節点数123,321。

ただ、分解能を上げた状態で計算を実施すると、以下のようなエラーで計算できません。

The version size limits( NODES )have been exceeded.
Contact your ANSYS support person for more information.

上記は計算レポートに表示されるエラーで、GUIにも下記のようなエラーが表示されます。

スクリーンショット (72)

「お客様のライセンスには問題サイズの上限値があり、それらの問題サイズ上限値を超えているため、ソルバーは処理を進行できません」


とあります。ほんまか?要素数1859やぞ?

ANSYS student communityを見ると
「要素コントロールはANSYS studentでは使えない」
とされていました。要素数が上限に達しているわけではなく、サイズコントロール自体ができない模様です。

つまり、要素サイズを変更して計算結果を確認する(精度検証する)事ができない、ということでしょうか。外部メッシャー使えばできそうですが、Workbenchの機能としては制限されてしまっているようです。本当に学術計算に貢献する気あるのか?

ついでにいうと、node/elementの上限は32,000までとも記載されています。
要素数3万以下だとかなり制限されそうです。複雑な形状はStudentではできないかも。

意外と機能制限が多いことに驚きました。ANSYSケチやな

境界条件の設定

スクリーンショット (81)

「構造解析」にて、計算条件を付与します。
上のタブから、それっぽいものを選択して、ジオメトリの面を選択し、左下のプロパティで「適用」とすればよいです(説明が下手ですみません)。

底面を固定、上面に引っ張り方向の「リモート力」を50N与えます(値は適当です)。

スクリーンショット (75)

ANSYS workbenchでは、得たい結果を先に指定する必要があります。
・弾性ひずみ
・変形量
・相当応力(ミーゼス応力)
を追加しておきます。
(弾性変形の前提で金属なので、ミーゼスでみておけばまあいいかと思います)

計算実行と結果確認

スクリーンショット (76)

これで、左上の「解析の実行」を押すと、計算が実行されます。
簡単な計算なので数秒で完了。

図のような応力分布が計算できました。

このように、簡単な計算であれば片手間でやれそうなANSYS workbenchでした。
要素サイズコントロールに制限があるのはとても残念な気持ち。

次は、なんか違う計算をまた暇なときにやってみます。(形状違いで応力比較したりとか)

【メモ】

ANSYSを終了したあと、再度起動すると、たまにエラーになります(ライセンスチェックエラー的な何か)。
何度か再起動しているうちに、ちゃんと起動できるようになります。
バグでしょうか。私の使い方がよくないのでしょうか。

Images used courtesy of ANSYS, Inc.

コメント

  1. […] まずは、普通に静的構造解析を実施します。(計算の設定は前回の記事も参照ください)材料はデフォルトの構造用鋼。 […]

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