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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】

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 )

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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】

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  1. 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 BENCHVer10.0】 2006年12月12日 サンデン株式会社；　三輪

  2. 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

  3. (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。 1. 結論

  4. (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？　

  5. 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。

  6. ヤング率 ；　205GPa 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；　8000N　　　（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。 2.2　解析条件

  7. 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（ﾃﾞﾌｫﾙﾄ）及び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（ﾃﾞﾌｫﾙﾄ）の条件で、大変形　on／offの違いを見た。 節点数　　1824 要素数　　　424 計算時間　9分 節点数　22900 要素数　11800 計算時間　１９０分

  8. 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。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)

  9. (2).　接触定義の設定変更 A B C D E F 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 反力(Ｎ) 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。 がデフォルトからの変更箇所 強制変位(mm) 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 　Ａ 　Ｂ 　Ｃ 　Ｄ 　Ｅ 　Ｆ 総iter数 766 431 822 766 431 432 cp [sec] 1147 796 954 1144 793 761

  10. 対称-ぺナルティ－substep毎で、0.2mm変位まで計算対称-ぺナルティ－substep毎で、0.2mm変位まで計算 “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。 反力(Ｎ) 強制変位(mm)

  11. (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

  12. (4). ボルト軸力変化 ボルト軸力

  13. 3.　フランジモデル (軸方向荷重) 3.1 解析モデル

  14. 3.2　解析条件 • ４５°ﾓﾃﾞﾙ（１／８ﾓﾃﾞﾙ） • 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、ﾌﾟﾘﾃﾝｼｮﾝ　で、１４２１Ｎ与える • 計算時間（IBM ThinkPad , pentium M 1.8G) • case1　 ３３３　CPUsec （１９iter） • case2 ４５４　CPUsec　（２６iter）　　　 • モデルサイズ • case1case2 • 節点数　１３７６０　　１３６７５ • 要素数　７１３１ ７０７６ 東京大学の解析結果と相違

  15. 食い込み式：荷重条件

  16. プリテンション：荷重条件

  17. 垂直応力（食い込み）

  18. 垂直応力（プリテンション）

  19. 以上

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