ボルト締結部 CAE モデリング技術検討 ( ベンチマーク解析結果 ) 【...

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第一回締結 WG 資料. ボルト締結部 CAE モデリング技術検討 ( ベンチマーク解析結果 ) 【 解析コード; ANSYS WORK BENCH Ver10.0】. 2006 年 12 月 12 日 サンデン株式会社; 三輪. 目次. 結論 2 枚板締結モデル ( 軸直角方向モデル ) 2.1 解析モデル 2.2 解析条件 2.3 解析結果 3.  フランジモデル ( 軸方向モデル ) 3.1 解析モデル 3.2 解析条件 3.3 解析結果. (2 枚板締結モデル ) - PowerPoint PPT Presentation

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ボルト締結部 CAE モデリング技術検討( ベンチマーク解析結果 )

【解析コード; ANSYS WORK BENCH   Ver10.0 】

2006 年 12 月 12 日サンデン株式会社; 三輪

第一回締結 WG 資料

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目次

1. 結論

2. 2 枚板締結モデル ( 軸直角方向モデル )

  2.1 解析モデル

  2.2 解析条件

  2.3 解析結果

3.  フランジモデル ( 軸方向モデル )

  3.1 解析モデル

  3.2 解析条件

  3.3 解析結果

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1. 結論(2 枚板締結モデル )

• 板剛性、ボルト剛性および座面限界すべり量について、メッシュサイズ、大変形の ON/OFF の影響は無かった。

• 接触定義の設定法により板剛性、ボルト剛性に差が見られた。 特に“接触剛性の更新”について影響が大きかった。

• 接触定義の設定変更およびボルト軸径 ( 谷径 ) 変更により、板剛性、ボルト剛性および座面限界すべり量について 3 次元螺旋モデルとほぼ同じ値が得られた。

• よって、ボルト剛性、座面限界すべり量および応力については接触定義の設定変更することで、リベット型ソリッドモデルでの評価が可能である。

• しかし、ボルトゆるみ ( 軸力低下 ) については、プリテンション節点での反力では評価できない。 ( 並進荷重が負荷された段階から軸力低下 )

• プリテンション節点反力は軸方向に固定されているため、ボルトが変形し傾くとその cosθ 分だけ軸力が低下していると思われる。  ( 螺旋モデルでも同じか ?)

• 軸力低下量については、断面での節点反力の総和を求めるか、断面の応力分布から平均応力を求めるしか無いと思われる。

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( フランジモデル )

• 接触定義の接触挙動については、“非対称” とする。

• 螺旋モデルとリベット型モデルでは、食い込み式での節点力に差が見られる。   (1675N vs 1421N)  → ( モデル寸法の違いか?)

• 食い込み式とプリテンションでは解析結果はほぼ同じ。

• ガスケット面圧の妥当性検証法はどうするのか? 

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2. 2 枚板締結モデル ( 軸直角方向荷重 )

2.1 解析モデル

ボルト部分のカット図

寸法は、WGの資料「第2回ボルト締結勉強会資料」( 2006/10/25 )による。

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2.2  解析条件ヤング率 ;  205   GPaポアソン比;  0.3摩擦係数;  0.20 (全接触面で等しいとした)初期締結力;  8000   N    (始めに、 8000N の締め付けを行い、一方の端を固定し、他方の端の変位を 0.0mm から 0.2mm まで、 0.005 刻みで変化させて、各変位条件下の反力を求めた。(静解析)なお、締結力は、変位 0.0mm の状態で、ねじ部に 8000N のプリテンションを与え、その相対変位を固定した状態(ボルトロック)で、端の変位を変化させている。

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2.3  解析結果

(1).  メッシュサイズ、大変形の ON/OFF

ANSYS WorkBench の入力項目である「メッシュの妥当性」について、   0( )及びデフォルト 100 の2ケースで実施した。 

また、 「メッシュの妥当性」について、 0 ( )の条件で、大変形 デフォルト on/ offの違いを見た。

節点数  22900要素数  11800計算時間 190分

節点数   1824要素数    424計算時間  9 分

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.05 0.1 0.15 0.2

  0大変形:メッシュ妥当性

  0メッシュ妥当性

  100メッシュ妥当性

大変形の ON/OFF 、メッシュの妥当性に関係なく、同じ答えを得られた。

反力(N )

強制変位 (mm)

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(2).  接触定義の設定変更①. 挙動; 対象 → 非対称

②. 定式化; ペナルティー法 → 拡大ラグランジェ

③. 接触剛性の更新; 更新しない → 平衡イタレーション毎

強制変位 (mm)

反力(N )

 A  B  C  D  E  F

総 iter 数 766 431 822 766 431 432

cp [sec] 1147 796 954 1144 793 761

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

対-ぺ-無iter対-L-

非-ぺ-無対-L-無

iter対-ぺ-sub対-ぺ-

A

B

C

D

E

F

A は、デフォルトの設定。

CDEF で、一つずつ変更した。

EF のみ、 A と異なった。

念のため、 B も実施した。

Fが最も計算時間が少ないので、次頁以降では、Fの条件を用いた。F:対称 - ぺ- substep 毎

がデフォルトからの変更箇所

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100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.05 0.1 0.15 0.2

sub対-ぺ-

強制変位 (mm)

反力(N )

“ ねじ面滑り”は、無いが、WGの結果とほとんど同じ結果を得た。

対称 - ぺナルティ- substep 毎で、 0.2mm 変位まで計算

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(3).  ボルト軸径変更

対称 - ペナルティ- substep 毎の計算結果

直径 10mm と 8mm

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.05 0.1 0.15 0.2

sub 10mm)対-ぺ- (直径8mm直径

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.05 0.1 0.15 0.2

sub 10mm)対-ぺ- (直径8mm直径

7700

7750

7800

7850

7900

7950

8000

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

10mm直径8mm直径

(4). ボルト軸力変化

ボルト軸力

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3.  フランジモデル ( 軸方向荷重 )

3.1 解析モデル

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3.2  解析条件

45 ° (1/8 )モデル モデル

材料物性・摩擦係数はWG資料と同じ

力(前回):πR2/8= π(17-3.4)^2/8=581/8=72.6 N  (今回):πR2/8= π17^2/8=113.5N  

(WG資料では、145Nになっている)   

CASE1:食い込み式(ボルトを 0.1+ 0.1mm小さく作成して、解析の初期段階で食い込みがおこっているとして、解析する)

CASE2:CASE1 の計算結果から、  で、プリテンション 1421N与える

計算時間( IBM ThinkPad , pentium M 1.8G)case1   333  CPU  sec (19 iter )case2 454  CPU  sec  (26 iter )   

モデルサイズ       case1   case2節点数 13760  13675要素数 7131 7076

東京大学の解析結果と相違

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食い込み式:荷重条件

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プリテンション:荷重条件

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垂直応力(食い込み)

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垂直応力(プリテンション)

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以上