MV-1029： 点-可変形サーフェスフォース（PTdSF）のモデル化

本チュートリアルでは、接触力を伴うPTdSF（点-可変形サーフェス）ジョイントをモデル化する方法について学習します。

PTdSFforce（点-可変形サーフェス）ジョイントは、接触力を有する高次ペア拘束です。ここでは、フォースは線形フォースまたはPoissonタイプとしてモデル化されます。この拘束は、１つのボディ上の指定したポイントを、別のボディ上の指定した可変形サーフェスに沿って動くよう拘束します。ポイントは、剛体または弾性体に属していることが可能です。本チュートリアルで使用する可変形サーフェスは、剛的にサポートされているプレート上に定義されています。質量は、PTdSFforce拘束でサーフェスに沿って動くよう制約されています。ここでの追加のフィーチャーとして、弾性接触力がボールと可変形サーフェス間でボールの重心位置でかかっています。本チュートリアルでは、線形フォースのモデルを扱います。

ポイントの作成

このステップでは、PTdSFフォースモデルに必要なポイントを作成します。

始める前に、mbd_modeling\interactiveフォルダーにあるPlate.h3dおよびmembrane.femファイルを自身の<作業ディレクトリ>にコピーします。
  1. 新しいMotionViewセッションを開始します。
  2. 以下のいずれかの方法で、Add Point or PointPairダイアログを開きます：
    • Project Browserで、Modelを右クリックして Add Reference Entity > Pointを選択します。
    • Model-Referenceツールバーで、（Point）アイコンを右クリックします。
  3. LabelにBallCMと入力します。デフォルトの識別子を受諾します。
  4. OKをクリックします。
  5. Propertiesタブをクリックし、座標値を、X = 0.0、Y = 0.0、Z = 50.0と指定します。
  6. Table 1に指定したポイントについて、手順2から5までを繰り返します。
    Table 1.
    Point X Y Z
    PointMembInterface39 -55.0 -55.0 0.0
    PointMembInterface40 55.0 -55.0 0.0
    PointMembInterface41 55.0 55.0 0.0
    PointMembInterface42 -55.0 55.0 0.0

ボディの作成

このステップでは、PTdSFフォースモデルに膜とボールのボディを作成します。

ボールの定義には、予め指定された慣性プロパティが使用されます。
  1. 以下のいずれかの方法で、Add Body or BodyPairダイアログを開きます：
    • Project Browserから、Modelを右クリックし、Add Reference Entity > Bodyを選択します。
    • Model-Referenceツールバーで、（Body）アイコンを右クリックします。
  2. ダイアログで、LabelにMembraneと入力します。デフォルトの識別子を受諾します。
    Note: 本チュートリアルにおいてこれ以降、残りの変数についてはすべてデフォルトの名称を受諾します。
  3. Propertiesタブで、Flex Body (CMS)チェックボックスをクリックします。
  4. （Graphic fileブラウザ）アイコンをクリックし、<作業ディレクトリ>からPlate.h3dを選択します。
  5. ステップTable 2を繰り返します。ダイアログで、LabelにBallと入力します。
  6. Propertiesタブで、Table 2に与えられている情報を指定します。
    Table 2.
    Mass Ixx Iyy Izz Ixy Iyz Izx
    1 40000.0 40000.0 40000.0 0.0 0.0 0.0
  7. CM Coordinatesタブをクリックし、Use center of mass coordinate systemボックスにチェックマークを入れます。
  8. をダブルクリックします。
  9. ダイアログでBallCMを選択し、OKをクリックします。軸のプロパティについては、デフォルトの設定を受諾します。

マーカーと可変形サーフェスの作成

このステップでは、膜に必要なマーカーを定義します。

  1. generalツールバーでMacros > Create Deformable Surface from FEMをクリックします。


    Figure 1.
  2. Deformable Surface from FEMパネルでをダブルクリックします。
  3. ダイアログでMembraneを選択し、OKをクリックします。
  4. をダブルクリックします。
  5. ダイアログでModelを選択し、OKをクリックします。
  6. 続いてFEMファイルを選択するために、（ファイルブラウザ）アイコンをクリックします。
  7. 作業ディレクトリからmembrane.femファイルを選択し、OKをクリックします。


    Figure 2.
  8. Generate Surfaceをクリックします。
    マーカーと可変形サーフェスが作成されます。

ジョイントの作成

このステップでは、膜とグラウンドとの間の固定ジョイントを定義します。

  1. 以下のいずれかの方法で、Add Joint or JointPairダイアログを開きます：
    • Project Browserから、Modelを右クリックし、Add > Constraint > Jointを選択します。
    • Model-Constraintsツールバーで、（Joints）アイコンを右クリックします。
  2. ダイアログで、LabelにJoint 1と入力します。
  3. TypeにFixed Jointを選択し、OKをクリックします。
  4. Jointパネル内で、Connectivityタブを設定します。
    1. をダブルクリックします。
    2. ダイアログでMembraneを選択し、OKをクリックします。
    3. をダブルクリックします。
    4. ダイアログでGround Bodyを選択し、OKをクリックします。
    5. をダブルクリックします。
    6. ダイアログでPointMembInterface39を選択し、OKをクリックします。
  5. Table 3に指定したスペックを使用し、手順1から4までを繰り返します。
    Table 3.
    Label Joint Type Body 1 Body 2 Point
    Joint 2 Fixed Joint Membrane Ground Body PointMembInterface40
    Joint 3 Fixed Joint Membrane Ground Body PointMembInterface41
    Joint 4 Fixed Joint Membrane Ground Body PointMembInterface42

接触の作成

ここで、可変形膜とボールの間の接触力を定義します。

  1. 以下のいずれかの方法で、Add Contactダイアログを開きます：
    • Project Browserから、Modelを右クリックし、Add > Force Entity > Contactを選択します。
    • Model-Forceツールバーで、（Contacts）アイコンを右クリックします。
  2. ダイアログで、LabelにContact 0と入力します。
  3. TypeドロップダウンメニューからPointToDeformableSurfaceContactを選択します。続いて、OKをクリックします。
  4. Contactパネル内で、Connectivityタブを設定します。
    1. をダブルクリックし、Ballを選択します。続いて、OKをクリックします。
    2. をダブルクリックし、BallCMを選択します。続いて、OKをクリックします。
    3. をダブルクリックし、DeformableSurface 1を選択します。続いて、OKをクリックします。
  5. Propertiesタブをクリックします。
    1. Radiusに10と入力します。
    2. Stiffnessに1000と入力します。
    3. Dampingに0.2と入力します。
    4. Flip normalボックスからチェックマークを外します。

グラフィックスの作成

このステップでは、ボールにグラフィックを作成します。

  1. 以下のいずれかの方法で、Add Graphics or GraphicPairダイアログを開きます：
    • Project Browserから、Modelを右クリックし、Add > Reference Entity > Graphicsを選択します。
    • Model-Referenceツールバーで、（Graphics）アイコンを右クリックします。
  2. ダイアログで、LabelにBallと入力します。
  3. TypeドロップダウンメニューからSphereを選択します。続いて、OKをクリックします。
  4. Connectivityタブで、をダブルクリックします。
  5. ダイアログでBallを選択し、OKをクリックします。
  6. をダブルクリックします。
  7. ダイアログでBallCMを選択し、OKをクリックします。
  8. Propertiesタブで、Radiusの下に10と入力します。
  9. Visualizationタブで、グラフィックの色を選択します。

節点の検索

  1. Project Browserで、Membraneボディをクリックします。
  2. Referenceツールバーで、（Bodies）アイコンをクリックします。
  3. パネル内で、Nodesボタンをクリックします。
  4. ダイアログで、Only search interface nodesボックスからチェックマークを外します。
  5. Find Allボタンをクリックします。
  6. ダイアログを閉じます。
    モデルはFigure 3ようになるはずです。


    Figure 3.
  7. モデルをptdsf_contact.mdlとして保存します。

モデルの実行

  1. ツールバーで、（Run）をクリックします。
  2. Runパネルで、Figure 4にリストされている値を指定します。
    Figure 4.
  3. Save and run current modelラジオボタンをクリックします。
  4. （ブラウザアイコン）をクリックし、ソルバーファイルの名称をresult.xmlと指定します。
  5. 保存をクリックします。
  6. （Check Model）ボタンをクリックし、モデルのエラーを確認します。
  7. ソルバーを起動するために、Runボタンをクリックします。
  8. シミュレーションが完了したら、Closeでソルバーウィンドウを閉じ、Clearでメッセージログを閉じます。

結果の表示

このステップでは、アニメーションを確認し、ボールの重心のZ位置およびこの弾性接触について貫通の距離をプロットします。

  1. ソルバーがジョブを完了すると、Animateボタンがアクティブになります。Animateをクリックします。
    （Start/Pause Animation）ボタンをクリックし、アニメーションを見ます。

    膜とボールの変位のプロファイルにも注目する必要があります。そのためには、ボールの重心のZ位置をプロットします。

  2. MotionViewに戻り、Runパネルで、Plotボタンをクリックします。
    これでHyperGraphウィンドウが開き、結果ファイルを読み込みます。
  3. パネル内で、プロットについて、Figure 5に示す選択を行います：


    Figure 5.
  4. Applyをクリックします。
    ボールのZ変位のプロファイルは、Figure 6に示すようになっているはずです。


    Figure 6.
  5. をクリックし、セッションに新規ページを追加します。
  6. パネル内で、プロットについてオプションを、Figure 7に示すとおり選択します。


    Figure 7.
    時間の関数としての貫通のプロファイルは、Figure 8に示すとおりとなっているはずです：


    Figure 8.