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64チタンの衝突解析についての課題
2023/10/21 01:32
- CAEソフトウェアLS-DYNAを使用して片持ち固定の板の中心にゼラチン球を衝突させる解析を行ったが、振動履歴が合わない課題が発生。
- 材料モデルMAT89のパラメータC,Pを変えても解析結果に影響せず、原因の特定が困難。
- 基本的物性値や解析モデルの妥当性は問題なく、板の寸法や要素数も適切であることは確認済み。解析結果に至る原因について打開策を模索中。
64チタンの衝突解析について LS-DYNA
2022/07/13 20:26
CAEソフトウェアLS-DYNAを使用して片持ち固定の板の中心にゼラチン球を衝突させる解析を行いました．
実験も行い，解析結果との比較を行ったのですが，どうしても振動履歴が合いません．(添付写真は自由端中心部の振動履歴です)半周期目は合っているのですが，それ以降の振幅が写真のように小さいです．
私は使用している材料モデルMAT89に入力するパラメータC,Pが正しくないと思ったのですが，値を変えて解析を行っても，詳しい原因が解明できていません．ヤング率，密度，ポアソン比などの基本的物性値やメッシュサイズ，ゼラチン球の解析モデルの妥当性は問題ないことは確認済みです．板の寸法は100×180×t1.5，solid要素，要素数54000です．
原因が多すぎて，難しいかもしれませんが，打開策を考えていただきたいです．よろしくお願いいたします．
質問者が選んだベストアンサー
詳細な補足ありがとうございました。大学の研究テーマのようですね。
この推測が当たっていれば、Q&Aサイトを利用するよりも、指導教員や学術文献にあたることがよさそうですが・・・・・・
グラフのカーブを比較したとき、衝突直後の負の半サイクルは、青色線、灰色線ともによく整合していますが、正のサイクルに移行した後、灰色線の振幅が減少して、周期が短くなっているようにみえます。この現象は、ゼラチン隗が板の先端に張り付いたままの状況なのか、バットで打ち返すように板から剥離して跳ね返る状況なのかの差異ではありませんか？？
灰色線の挙動は、ゼラチンが板から板から剥離して、ある程度の運動エネルギーをもって飛び去ったために、板の側に残るエネルギーが減少して振動振幅が減少し、同時に等価的な質量が減少して振動周期が短縮したと考えると辻褄が合いそうな気がします。
仮に、上記の推測が当たっているとすれば、解析のモデル化で不足していることは、ゼラチンの粘着力のようなパラメータのように思います。
パラメータのフィッティングよりも前に、解析結果を点検して、ゼラチンが跳ね返されているか、板に張り付いた状態なのかを確認なさったら如何でしょうか。
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その他の回答 （2件中 1～2件目)
打開策をご提示できるような回答ではありませんが、疑問に感じたことを幾つか申し上げたいと思います。
1) 自由端中心部とは、片持ち板の中心部のことでしょうか？
2) 片持ち板の質量＞＞ゼラチン球の質量の関係があるのでしょうか？
3) 添付図の青色線と灰色線が表すのはそれぞれどの部分のデータでしょうか？また、数値は偏位を表しているのでしょうか？
4) 「半周期目は合っているのですが」とのことですがこの周期は、片持ち板の自由振動の周期と整合しているでしょうか？
5) 「ゼラチン球の解析モデルの妥当性は問題ない」とのことですが、どのような観点で問題ないと判断なさっているのでしょうか？
6) ゼラチン球を衝突させて振動解析をなさっていますが、衝突させる物体としてゼラチンを選択した理由は何でしょうか？
補足
2022/07/13 22:53
回答ありがとうございます。
>1) 自由端中心部とは、片持ち板の中心部のことでしょうか？
片持ち板の自由端短手方向の中心部です。（わかり辛くてすみません）
>2) 片持ち板の質量＞＞ゼラチン球の質量の関係があるのでしょうか？
質量は板が135g、ゼラチンが9gほどです。衝突速度が200m/sなので定性的な表現ですが、非常に衝撃は大きいです。（板が破断はしませんが、少しだけ凹みます。）
>3) 添付図の青色線と灰色線が表すのはそれぞれどの部分のデータでしょうか？また、数値は偏位を表しているのでしょうか？
どちらのデータも1)の部位、つまり自由端のデータです。青色線が衝突実験、灰色線が解析のデータです。 グラフは縦軸が変位（球の衝突方向をZ軸とするとZ軸の変位）、横軸が経過時間です。
>4) 「半周期目は合っているのですが」とのことですがこの周期は、片持ち板の自由振動の周期と整合しているでしょうか？
添付写真のグラフの波形を比較し、実験結果との整合を見ました。ただ、板は最初の衝突以外に外部からの作用を受けない状態なので自由振動であり、回答者様のご認識であっていると思われます。
>5) 「ゼラチン球の解析モデルの妥当性は問題ない」とのことですが、どのような観点で問題ないと判断なさっているのでしょうか？
ゼラチン球の荷重測定実験を別に行なっており、実験結果と、数値解析における衝撃荷重のピーク値が良い一致を示したので解析モデルは妥当だと判断しました。
>6) ゼラチン球を衝突させて振動解析をなさっていますが、衝突させる物体としてゼラチンを選択した理由は何でしょうか？
これは、鳥が衝突した際を想定しているためです。板は航空機のファンブレードを想定しています。なお、鳥の代わりにゼラチンを使用することの妥当性は他の方の論文で示されています。（長くなるので詳しくは省略します、すみません）
質問するのが初めてだったので、非常にわかりづらくてすみませんでした…
よろしくお願いいたします。