プロジェクト

作成者

ANSYS Workbenchユーザー

件名

設計スタディ

対象

社内

プロジェクト作成日時

2003年4月2日（水）、午後5時27分32秒

プロジェクト最終変更日時

2003年5月15日（木）、午前10時16分02秒

レポート作成日時

2003年5月15日（木）、午前10時35分13秒

使用ソフトウェア

ANSYS 7.1

データベース

D:\My Documents\Models\Workbench Projects\Parametric Wheel\Parametric Wheel.dsdb

1. 概要

このレポートには、ANSYS^R エンジニアリング・ソフトウェアで作成した設計および解析情報が記されています。以下に示すシナリオは、エンジニアリング・シミュレーション全体の流れを表しています。

シナリオ 1

Inventorのアセンブリ"D:\My Documents\Models\Workbench Projects\Parametric Wheel\Brake Disc Assembly.iam"を基ベースにしています。
部材間接触、構造荷重、および構造支持を考慮しました。
ミーゼス応力および構造解析の結果を基に、安全率を計算しました。
収束基準は定義していません。
警告基準は定義していません。
支持構造の詳細については下のシナリオ 1、対応する図については付録 A1 を参照してください。

2. 序論

ANSYS のCAE（Computer-Aided Engineering）ソフトウェアを、3D CAD（Computer-Aided Design）で作成されたソリッド・ジオメトリと共に使用して、熱/構造荷重条件下での部材の挙動をシミュレートしました。ANSYSではANSYS, Inc.のFEA（Finite Element Analysis）テクノロジーを自動化して、このレポートに示す結果を生成しました。

以下に示すシナリオは、エンジニアリング・シミュレーションの全体の流れを表します。シミュレーションの定義には、部材ごとの材料特性、（アセンブリにおける）部材間の接触挙動、荷重条件の種類と大きさなど、設計に関する既知の情報が含まれています。シミュレーションの結果によって、各部材がどのように作動するか、設計の改良すべき点がわかります。複数のシナリオにより、与えた荷重条件、材料、または形状が異なるケースの各解析の結果を比較できます。

収束および警告の基準を、任意の結果について定義できます。これらは、計算結果精度の評価指針になり、既知の設計要件に対して許容できる値かどうかの判断基準になります。

解の履歴を使用すると、反復処理の間に解がどのように変化するかがわかり、結果の品質を評価できます。収束基準により、反復処理における結果の変化率の制限を設定します。この基準を満たす結果は「収束した状態」と見なされます。
警告基準により、結果の値について「許容できる」範囲を定義できます。警告範囲は通常、設計仕様において既にわかっているような側面を表しています。

以下に示す内容は、ANSYS "Explorer"ユーザー・インターフェースにおけるデータ編成に準じています。シナリオは、Explorer"Outline"の1つの分岐に対応します。"二重引用符"で強調された名前は、ユーザー・インターフェースでの設定と同じです。

すべての値は、「メートル法（mm、kg、MPa、℃、s）」単位系で記載しています。

注意

このレポートの情報だけで、設計のの評価はできません。ここで示す情報と共に、実験テスト・データや設計技術者および解析担当者の経験を考慮に入れて設計を評価してください。技術設計に向けて質の高いアプローチを行うには、構造的に問題ないことを実測精度で確認するための最終検査として、実際のテストが必要になります。

3. シナリオ 1

3.1. "Model"

"Model"は、Inventorの組立品 D:\My Documents\Models\Workbench Projects\Parametric Wheel\Brake Disc Assembly.iam"からジオメトリを取得します。.

モデルに配置されるすべての部材用バウンディング・ボックス（Bounding Box）の大きさは、グローバルなX、Y、Z軸に沿って314.18×314.18×130.0 mmです。
モデルの総重量は9.32 kgです。

Table 3.1.1. Bodies
Name	Material	Bounding Box (mm)	Mass (kg)	Volume (mm³)	Nodes	Elements
`"Disk:1"`	`"Structural Steel"`	314.18, 314.18, 40.0	6.66	848,365.56	29145	16277
`"Hub:1"`	`"Structural Steel"`	230.51, 230.51, 80.0	2.01	256,642.2	4549	2106
`"bolt:1"`	`"Structural Steel"`	21.8, 16.55, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	373	169
`"bolt:2"`	`"Structural Steel"`	21.84, 16.83, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	366	166
`"bolt:3"`	`"Structural Steel"`	16.55, 21.8, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	377	173
`"bolt:4"`	`"Structural Steel"`	16.83, 21.84, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	383	177
`"bolt:5"`	`"Structural Steel"`	21.8, 16.55, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	374	168
`"bolt:6"`	`"Structural Steel"`	21.84, 16.83, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	371	169
`"bolt:7"`	`"Structural Steel"`	16.55, 21.8, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	368	165
`"bolt:8"`	`"Structural Steel"`	16.83, 21.84, 35.0	2.58×10^-2	3,285.44	363	163
`"Pad:1"`	`"Structural Steel"`	107.75, 34.99, 10.0	0.22	28,108.15	414	48
`"Pad:2"`	`"Structural Steel"`	107.75, 34.99, 10.0	0.22	28,108.15	379	43

3.1.1. 接触

"Contact"では、自動検出用にトレランス0.0が使用されます。
"Contact"は、対称接触を使用するように設定されます。

Table 3.1.1.1. Contact Conditions
Name	Type	Associated Bodies	Normal Stiffness	Scope Mode	Behavior	Formulation	Initial Interface Treatment	Thermal Conductance
`"Contact Region"`	Bonded	`"Hub:1"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 2"`	Bonded	`"bolt:1"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 3"`	Bonded	`"bolt:2"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 4"`	Bonded	`"bolt:3"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 5"`	Bonded	`"bolt:4"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 6"`	Bonded	`"bolt:5"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 7"`	Bonded	`"bolt:6"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 8"`	Bonded	`"bolt:7"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 9"`	Bonded	`"bolt:8"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 10"`	Bonded	`"Pad:1"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 11"`	Bonded	`"Pad:2"` and `"Disk:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 12"`	Bonded	`"bolt:1"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 13"`	Bonded	`"bolt:2"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 14"`	Bonded	`"bolt:3"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 15"`	Bonded	`"bolt:4"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 16"`	Bonded	`"bolt:5"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 17"`	Bonded	`"bolt:6"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 18"`	Bonded	`"bolt:7"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled
`"Contact Region 19"`	Bonded	`"bolt:8"` and `"Hub:1"`	Program Controlled	Automatic	Symmetric	Pure Penalty	Adjusted to Touch	Program Controlled

3.1.2. メッシュ

"Model"に関連づけられた"Mesh"（図A1.2～A1.3）のoverall relevanceは0です。
"Mesh"には、節点が37462個、要素が19824個含まれます。

メッシュコントロールは指定していません。

3.2. "Environment"

"Environment"（図A1.4～A1.5）には、このシナリオの"Model"に定義した荷重条件がすべて含まれます。

下表に、特定のジオメトリに適用される局所的な荷重と支持を示します。

3.2.1. 構造荷重

Table 3.2.1.1. Structural Loads
Name	Type	Magnitude	Vector	Reaction Force	Reaction Force Vector	Reaction Moment	Reaction Moment Vector	Associated Bodies
`"Moment"`	Surface Moment	1,000,000.0 N·mm	[-2.96×10^-10 N·mm x, 5.75×10^-11 N·mm y,-1,000,000.0 N·mm z]	N/A	N/A	N/A	N/A	`"Hub:1"`
`"Pressure"`	Surface Pressure	14.0 MPa	N/A	N/A	N/A	N/A	N/A	`"Pad:1"`

3.2.2. 構造支持

Table 3.2.2.1. Structural Supports
Name	Type	Reaction Force	Reaction Force Vector	Reaction Moment	Reaction Moment Vector	Associated Bodies
`"Cylindrical Support"`	Fixed Cylinder	2,473.27 N	[2,460.49 N x, -215.32 N y, -129.12 N z]	532,022.17 N·mm	[2,908.24 N·mm x, 86,879.21 N·mm y, 524,872.49 N·mm z]	`"Hub:1"`
`"Fixed Support"`	Fixed Surface	39,299.0 N	[-2,460.49 N x, 215.31 N y, -39,221.31 N z]	288,902.74 N·mm	[-50,420.79 N·mm x, 232,656.4 N·mm y, 163,687.32 N·mm z]	`"Pad:2"`

3.3. "Solution"

"Solution" には、"Environment"で定義した荷重条件を与えた "Model" の計算結果が含まれます。

自動選択機能により選ばれたソルバーが使用されました。

3.3.1. 構造解析結果

Table 3.3.1.1. Values
Name	Figure	Scope	Minimum	Maximum	Alert Criteria
`"Equivalent Stress"`	A1.6, A1.7	All Bodies In `"Model"`	0.05 MPa	61.75 MPa	None
`"Total Deformation"`	A1.8	All Bodies In `"Model"`	0.0 mm	5.53×10^-2 mm	None

収束トラッキングは無効としました。

3.3.2. ミ－ゼス応力の安全性

Table 3.3.2.1. Definition
Name	Stress Limit
`"Stress Tool"`	Yield strength per material.

Table 3.3.2.2. Results
Name	Figure	Scope	Type	Minimum	Alert Criteria
`"Stress Tool"`	A1.9, A1.10	All Bodies In `"Model"`	Safety Factor	4.05	None

収束追跡は無効です。

付録

A1. シナリオ1の図

図A1.1. `"Geometry"`ジオメトリ

図A1.2. `"Mesh"`ジオメトリ

図A1.3. `"Mesh"`ジオメトリ

図A1.4. `"Environment"`ジオメトリ

図A1.5. `"Environment"`ジオメトリ

図A1.6. `""ミーゼス応力"`コンター

図A1.7. `"ミーゼス応力"`コンター

図A1.8. `"トータル変位量"`コンター

図A1.9. `"安全係数"`コンター

図A1.10. `"安全係数"`コンター

A2. "Structural Steel"の定義

Table A2.1. `"Structural Steel"` Properties
Name	Type	Value
Modulus of Elasticity	Temperature-Independent	200,000.0 MPa
Poisson's Ratio	Temperature-Independent	0.3
Mass Density	Temperature-Independent	7.85×10^-6 kg/mm³
Coefficient of Thermal Expansion	Temperature-Independent	1.2×10^-5 1/°C
Thermal Conductivity	Temperature-Independent	0.06 W/mm·°C
Specific Heat	Temperature-Independent	434.0 J/kg·°C

Table A2.2. `"Structural Steel"` Stress Limits
Name	Type	Value
Tensile Yield Strength	Temperature-Independent	250.0 MPa
Tensile Ultimate Strength	Temperature-Independent	460.0 MPa
Compressive Yield Strength	Temperature-Independent	250.0 MPa
Compressive Ultimate Strength	Temperature-Independent	0.0 MPa

説明:"平均応力0での疲労データ（Fatigue Data）は、「1998 ASME BPV Code, Section 8, Div 2, Table 5-110.1」からのものです"
材料データ・ファイル:"C:\Program Files\ANSYS Inc\v71\AISOL\CommonFiles\Language\en-us\EngineeringData\Materials\Structural_Steel.xml"

Table A2.1. Thermal Conductivity vs. Temperature

Table A2.2. Alternating Stress vs. Cycles

A3. "Aluminum Alloy"の定義

Table A3.1. `"Aluminum Alloy"` Properties
Name	Type	Value	Temperature
Modulus of Elasticity	Temperature-Independent	71,000.0 MPa
Poisson's Ratio	Temperature-Independent	0.33
Mass Density	Temperature-Independent	2.77×10^-6 kg/mm³
Coefficient of Thermal Expansion	Temperature-Independent	1.7×10^-5 1/°C
Thermal Conductivity	Temperature-Dependent	0.11 W/mm·°C	-100.0 °C
Thermal Conductivity	Temperature-Dependent	0.14 W/mm·°C	0.0 °C
Thermal Conductivity	Temperature-Dependent	0.17 W/mm·°C	100.0 °C
Thermal Conductivity	Temperature-Dependent	0.18 W/mm·°C	200.0 °C
Specific Heat	Temperature-Independent	875.0 J/kg·°C

Table A3.2. `"Aluminum Alloy"` Stress Limits
Name	Type	Value
Tensile Yield Strength	Temperature-Independent	280.0 MPa
Tensile Ultimate Strength	Temperature-Independent	310.0 MPa
Compressive Yield Strength	Temperature-Independent	280.0 MPa
Compressive Ultimate Strength	Temperature-Independent	0.0 MPa

説明:"6061-T6アルミニウム。疲労特性は、「MIL-HDBK-5H, page 3-277」から引用されたものです"
"Aluminum Alloy"には、非線形の熱伝導データが含まれます。通常、この材料を使用した部材の熱解析には、収束するまでに数回の反復処理が必要です。
材料データ・ファイル:"C:\Program Files\ANSYS Inc\v71\AISOL\CommonFiles\Language\en-us\EngineeringData\Materials\Aluminum_Alloy.xml"

Table A3.1. Thermal Conductivity vs. Temperature

Table A3.2. Alternating Stress vs. Cycles

Table A3.3. Alternating Stress vs. Cycles

Table A3.4. Alternating Stress vs. Cycles

Table A3.5. Alternating Stress vs. Cycles

A4. "Titanium Alloy"の定義

Table A4.1. `"Titanium Alloy"` Properties
Name	Type	Value
Modulus of Elasticity	Temperature-Independent	96,000.0 MPa
Poisson's Ratio	Temperature-Independent	0.36
Mass Density	Temperature-Independent	4.62×10^-6 kg/mm³
Coefficient of Thermal Expansion	Temperature-Independent	9.4×10^-6 1/°C
Thermal Conductivity	Temperature-Independent	0.02 W/mm·°C
Specific Heat	Temperature-Independent	522.0 J/kg·°C

Table A4.2. `"Titanium Alloy"` Stress Limits
Name	Type	Value
Tensile Yield Strength	Temperature-Independent	930.0 MPa
Tensile Ultimate Strength	Temperature-Independent	1,070.0 MPa
Compressive Yield Strength	Temperature-Independent	930.0 MPa
Compressive Ultimate Strength	Temperature-Independent	0.0 MPa

材料データ・ファイル:"C:\Program Files\ANSYS Inc\v71\AISOL\CommonFiles\Language\en-us\EngineeringData\Materials\Titanium_Alloy.xml"

Table A4.1. Thermal Conductivity vs. Temperature

A5. 用語集

警告基準: 警告基準を超えると、許容最小値または最大値を超える結果に対してフラグが付けられます。
ボンディッドコンタクト: 選択した面上の接触領域が滑ったり分離したりしないよう、面を互いに「固着」します。
バウンディング・ボックス: 部材やアセンブリを格納する、グローバル座標系のX、Y、Z軸に沿った3次元立方体です。
収束トラッキング: 収束トラッキングを行うと、結果の変化が許容できる基準に達するまで、または最大ループ数に達するまで、解の精度を向上させます。
摩擦のない接触: 標準の非線形接触をモデル化します。接触面に滑りやギャップを考慮することができます。
分離なし: 選択した面上の接触領域が分離できないようにします。摩擦なしの滑りは許容されます。
Rrelevance: 部材の許容精度を定義し、アセンブリ内の各部材の重要度を評価します。relevanceの範囲は-100～+100です。-100でソフトウェアの実行速度が最大になり、+100で計算結果の精度が最大になります。
粗い接触: 接触面にギャップを定義できますが、滑りは許されない（摩擦係数が無限大）非線形接触です。
適用範囲: 選択されたジオメトリのみの結果を出力します。収束トラッキングと組み合わせると、選択されたジオメトリの精度向上に特に用いられます。
可視: このレポートにある図の、部材の表示のオン、オフを制御するユーザー設定項目です。抑制された部材とは異なり、見えない部分の部材も結果の計算では考慮されます。

A6. 本レポートの配布

下表に、このレポートをインターネットまたはイントラネットWebサイトに配信する際、または別の場所に移動する際に含める必要があるファイルを示します。すべてのファイルは、HTMLページとして同じフォルダに格納されています。

このレポートは、元々"W:\ansys\designspace\report2\"フォルダに作成されました。

Table A6.1. Files Included In This Report
File Name	Description
`"brake_rotor.htm"`	This HTML page.
`"StyleSheet.css"`	The Cascading Style Sheet used to format the HTML page.
`"AnsCompanyLogo.gif"`	The ANSYS image displayed at the top of the title page.
`"DS0001.png"`	Figure A1.1. `"Geometry"` Geometry
`"DS0002.png"`	Figure A1.2. `"Mesh"` Geometry
`"DS0003.png"`	Figure A1.3. `"Mesh"` Geometry
`"DS0004.png"`	Figure A1.4. `"Environment"` Geometry
`"DS0005.png"`	Figure A1.5. `"Environment"` Geometry
`"DS0006.png"`	Figure A1.6. `"Equivalent Stress"` Contours
`"DS0007.png"`	Figure A1.7. `"Equivalent Stress"` Contours
`"DS0008.png"`	Figure A1.8. `"Total Deformation"` Contours
`"DS0009.png"`	Figure A1.9. `"Safety Factor"` Contours
`"DS0010.png"`	Figure A1.10. `"Safety Factor"` Contours
`"Table0001.jpg"`	Table A2.1. `"Thermal Conductivity vs. Temperature"` Thermal Conductivity vs. Temperature
`"Table0002.jpg"`	Table A2.2. `"Alternating Stress vs. Cycles"` Alternating Stress vs. Cycles
`"Table0003.jpg"`	Table A3.1. `"Thermal Conductivity vs. Temperature"` Thermal Conductivity vs. Temperature
`"Table0004.jpg"`	Table A3.2. `"Alternating Stress vs. Cycles"` Alternating Stress vs. Cycles
`"Table0005.jpg"`	Table A3.3. `"Alternating Stress vs. Cycles"` Alternating Stress vs. Cycles
`"Table0006.jpg"`	Table A3.4. `"Alternating Stress vs. Cycles"` Alternating Stress vs. Cycles
`"Table0007.jpg"`	Table A3.5. `"Alternating Stress vs. Cycles"` Alternating Stress vs. Cycles
`"Table0008.jpg"`	Table A4.1. `"Thermal Conductivity vs. Temperature"` Thermal Conductivity vs. Temperature