9.0 熱応力と弾塑性解析(基本)

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次の9.1とともに、この記事の前提を記載します。
<dd>5.0 線形熱応力、6.0 接触解析の基本、7.0 塑性変形の基本 の読了を前提として、操作についての記載を省略している場合があります。
5.0、6.0、7.0 の記事は、1.0、2.0、4.0の記事の読了を前提としています。</dd>

###解析内容
<dl>
  <dt>使用ファイル</dt>
  <dd>bar-100x20x10.stp</dd>
  <dt>単位</dt>
  <dd>mm-ton</dd>
  <dt>材料物性値</dt>
  <dd>はんだ　　(注1)</dd>
  <dd>縦弾性係数：E=17640 [MPa]</dd>
  <dd>ポアソン比：ν=0.4</dd>
  <dd>線膨張係数：α=26.7e-6 [1/℃]</dd>
  <dd>降伏点：εs=0.001、σs=17.64 [MPa]</dd>
</dl>
<b>荷重状態</b>
　fix0(面)：Dx = Dy = Dz =0 [mm]
　fix100(面)：Dx = Dy = Dz =0 [mm]
　形状全体：　-40 ℃ → 120 ℃ (注2) (注3)
<img width="75%" alt="Fig501.PNG" src="https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/888272/3f8be640-d16d-f541-b473-e12b3b47081e.png">
<ul>
<li>(注1)<br>この値は元の例題での値です。PrePoMax の Material Library に近い材料は無いため新規作成します。</li>
<li>(注2)<br>5.0の記事では表面を120℃にしました。この記事では形状全体を120℃にします。</li>
<li>(注3)<br>この記載は元の例題での記載です。この記事では0℃→160℃で行います。その理由は5.0の記事に記載しています。</li></ul>

###形状の読込
PrePoMaxの新規起動または新規作業開始をしてください。
unit system:<b>mm,ton,s,℃</b> に設定してください。

bar-100x20x10.stpをインポートしてください。
オブジェクト・ブラウザのGeometryタブのツリーにSolid_part-1が作成され、グラフィック・パネルには部品が表示されます。

###メッシュ作成
デフォルトのメッシュサイズのままで良いです。
Solid_part-1にCreate Meshを実行してメッシュを生成してください。

###材料物性値の設定

新規作成してください。
　FE ModelタブのツリーのMaterialsの右クリックメニューのCreateを選択。
　メニューバーの場合はProperty→Material→Createです。

<b>Material names</b> = Material-1 (デフォルトのまま)
<b>Elasticity/Elastic</b>
　Young's modules = 17640 MPa
　Poisson'sratio = 0.4
<b>Thermal/Thermal expansion</b>
　Thermal expansion = 26.7e-6 ℃^(-1)
　Zero temperature = 20 ℃ (デフォルトのまま)
<b>Thermal/Thermal conductivity</b>
　Thermal conductivity = 1 mW/(mm・℃)　　(注4)
<b>Plasticity/Plastic</b>
　　Yield stress　Plastic strain[/]
　　17.64 [MPa]　　 0 [/]
　　17.64 [MPa]　　10 [/]


<ul>
<li>(注4)<br>適当な正の値を入力してください。この記事は熱的定常状態のため熱伝導の考慮は不要です。しかし設定しないとエラーになり、熱伝導率が0の値でもエラーが出ます。</li></ul>

ツリーのMaterialsの下にMarerial-1が表示されているのを確認して次に進んでください。

セクションの設定をしてください。
　FE ModelタブのツリーのSectionsの右クリックメニューのCreateを選択してください。
　メニューバーの場合はProperty→Section→Createです。
Type = Solid section
Name = Solid_selection-1 (デフォルトのまま)
Material = material-1 (デフォルトのまま)
Region type = Part name
　 Part = Solid_part-1

ツリーのSectionsの下にSolid_selection-1が表示されているのを確認して次に進んでください。


###面の命名
あとのStep/BCsのときに設定することにして、ここでの作業を不要とします。

###解析設定
解析ステップを新規作成してください。

　FE ModelタブのツリーのStepsの右クリックメニューのCreate。
　メニューバーの場合はStep→Step→Createです。

　<b>Type</b> = Coupled temperature-displacement step
　<b>Data</b>
　Name = Step-1 (デフォルトのまま)
　Solver = Default (デフォルトのまま)
　Nlgeom = Off (デフォルトのまま)
　Stedy state = On (デフォルトのまま)
　Incrementation = Default (デフォルトのまま)

BCs(Boundary Conditions；境界条件)を作成してください。

　FE ModelタブのツリーのStep-1/BCsの右クリックメニューのCreate。
　メニューバーの場合はStep→BC→Createです。

≪固定面≫
　<b>Type</b> = Fixed
　<b>Properties</b>
　Name = Fixed-1 (デフォルトのまま)
　Region type = Selection

　fix0とfix100を選択してください。

≪温度≫
　<b>Type</b> = Temperature
　<b>Properties</b>
　Name = Temperature-1 (デフォルトのまま)
　Region type = Selection
　Magnitude = 160 ℃

　マウスのボックス選択機能を使って、形状全体を選択してください。

![Fig0901.PNG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/888272/206b8774-959f-8689-2fc3-8a0cf2ad76a1.png)

相当塑性ひずみが出力されるようにしてください。
　FE ModelタブのツリーのStep-1/Field utputs/EF-outputs-1 の右クリックメニューのEdit。
　メニューバーの場合はStep→Field utputs→Editで、表示される画面からEF-output-1を選んでください。

　Variables to output の行の▼のアイコンを左クリック。　
　PEEQをチェックオン。

≪ファイル保存≫
いったんファイルを保存してください。名前は任意ですが、ここでは09_00フォルダーの09_00.pmxファイルとしました。

###ソルバー計算
ソルバー計算を実施してください。

###結果の表示
表示例を示します。
塑性歪みとミーゼス応力を載せました。
塑性歪みは、全方向に固定されている両端面の付近に集中しています。
![Fig0902.PNG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/888272/9b31fc3b-70e3-f721-6ce1-2684b746e41b.png)
![Fig0903.PNG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/888272/e397dcba-766f-e707-2e09-fd695e105114.png)

≪ファイル保存≫
ファイルを保存して終了してください。

≪補足≫
この記事のようにStep/BCs/Temperatureで形状を指定するのではなく、その前に(ブラウザーツリーの上のほうで)指定するには、Node Set を作成してください。ノードセットなのはFEM(Finite Element Method)では自然な発想です。この説明で納得できない人はFEMの入門書を読んでください。
Surface setも結局のところはノードセットに帰着しますが、PrePoMaxでSuffaceSet機能があるのは面の上のノードを選び難いからだと思います。ソリッドならばボックス選択で簡単に設定できます。