例題32 弾性衝突の過渡解析

本例題について

  • 初速度を与えた物体が静止した物体に弾性衝突する様子を過渡解析します。

  • 衝突過程における応力分布、変位分布を知ることができます。

  • 表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。

  • 応力過渡解析は特別オプション機能です。

解析空間

項目

条件

解析空間

2次元

モデル単位

mm

 

解析条件

計算時間を短縮するために解析空間は2次元を選択しています。

変位量が大きい(微小でない)現象を解析しますので大変位をチェックしています。

項目

条件

ソルバー

応力解析[Galileo]

解析の種類

過渡解析

大変形

大変位をチェック

 

過渡解析タブにて以下のように時間ステップを設定しています。

衝突前のタイムステップは粗めに、衝突後のタイムステップは細かめに設定しています。

タブ設定

設定項目

条件

過渡解析

No.

ステップ数

出力間隔

時間ステップ[s]

1

10

1

0.1×10-4

2

80

1

0.025×10-4

モデル図

同じサイズの円形のシートボディを作成しそれぞれに以下に示すボディ属性および材料定数を設定しています。

またそれぞれの周囲の辺に接触境界(被接触面と接触面)を設定しペア設定しています。

BODY属性および材料定数の設定

BODY No./BODY Type

BODY名

材料名

0/Sheet

ボディ属性_001

005_ポリウレタン※

1/Sheet

ボディ属性_002

005_ポリウレタン※

※材料データベースを利用

 

左側のボディの初期速度はゼロ(初期設定のまま)、右側のボディの初速は以下のように設定しています。

BODY属性名

初期速度

ボディ属性_002

X成分-100[m/s]

Y成分,Z成分はゼロ

境界条件

境界条件名/トポロジ

タブ

境界条件の種類

条件

コンタクター/Edge

機械

接触表面

接触面をチェック

ターゲット/Edge

機械

接触表面

被接触面をチェック

コンタクターとターゲットはお互いが接触しあう接触表面のため境界条件のペア設定を行っています。

解析結果

1.5e-4[sec]における主応力分布を変位図で以下に示します。

2つのボディの接触部において変形が発生して応力が集中している様子が分かります。

 

 

2つのボディの中心の速度を横軸を時間でグラフ出力した結果を示します。

青プロットが右側のボディ中心の変位、赤プロットが左側のボディ中心の変位になります。

上のグラフから時刻1.0e-4[sec]から2.0e-4[sec]にかけて速度が

右ボディから左ボディへ徐々に乗り移っている様子が分かります。

 

これは「直線上での同じ質量の物体同士の弾性衝突前後において速度の交換が起こる」という弾性衝突の理論

と一致する結果といえます。

 

結果を表示した状態で[解析結果]タブの

から、[アニメーションの作成] をクリックし、アニメーション表示を行うと、

衝突前後の様子をより視覚的に把握することができます。

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