MSC Marc 大規模解析対応非線形解析

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MSC Marc 大規模解析対応非線形解析

 

Marcは1960年代後半にロンドン大学とブラウン大学で12年以上にわたって研究教育に携わったペドロ・V・マサール博士によって開発された非線形構造解析プログラムです。その後、多くの有限要素法研究者、技術者の参加によって整備・拡張が続けられ、現在のMarcに発展してきました。
Marcのプログラムはモジュール化されており、それらの組み合わせによって幅広い用途に対応させることができます。特に非線形解析分野の機能に優れ、領域分割法による並列計算処理機能を用いた大規模問題にも実績があります。航空宇宙・重工業・自動車・電機電子・建設・医療関係と幅広い範囲をカバーするソ ルバーとして様々な産業分野の解析を支援し、最終的な設計の決定段階において広く利用されています。
Marcプログラムは解析ライブラリ、材料ライブラリ、要素ライブラリ、機能ライブラリの4つのライブラリを有しており、広範囲にわたる機能が用意されています。これらの構成要素は、組み合わせて利用することが可能で、さまざまな非線形問題に対して高い柔軟性と適応性を備えています。


Marcの特長として以下の項目が挙げられます。

 

自動接触解析機能(contact)

MarcのCONTACT機能ではインターフェース要素や接触要素といった特殊な設定は一切必要ありません。変形体もしくは剛体のグループ化を行なうだけでそれらの接触/解離を自動判定して解析を行なえます。
接触面における摩擦力についてもクーロン/せん断/stick-slip/バイリニア等の摩擦モデルが用意されています。さらに、熱的な接触条件を含む熱伝導(THERMAL CONTACT)および連成解析(COUPLED CONTACT)に際し、ある距離以内に接触ボディ同士が近接した場合に対面輻射の寄与を考慮する機能(NEAR CONTACT)や、連成解析に際して摩擦熱、塑性発熱を考慮する機能もサポートされています。

 

全体リメッシング機能(2D/3D)

有限要素法で塑性加工のような大ひずみ問題を解析する際には、要素が大きくゆがんで解析の続行が困難になる状況にしばしば直面します。Marcには、現在のモデルの変形形状や要素情報を保持しつつ、ゆがみのない新しいメッシュ自動的に生成して解析を続行させる、全体リメッシング機能が用意されています。要素のゆがみやひずみ変化に応じて自動的に全体リメシングが行われ、リメッシングボディの形状的な曲率変化に応じたメッシュの密度変化を考慮させることも可 能です。この機能は弾塑性、剛塑性材、エラストマに対してCONTACT機能と組み合わせて使用することができます。

 

各種材料モデル

Marcでは多種多様な材料モデルが用意されています。金属からゴムのような非金属まで、広範囲な非線形材料分野に対応しています。

 

形状フィーチャのハンドリング

Marcには、専用の会話型プリ・ポスト・プロセッサMentatが用意されています。多彩なCADインターフェースとPatranのMOM(Mesh on Mesh)およびテトラメッシング技術も組み込まれた強力なオートメッシュ機能により、複雑なモデルも短時間で有限要素モデルにすることができます。さらに、3次元モデルの六面体自動メッシュ分割も可能です。なお、Mentatのオプション機能であるACIS機能を追加することで、モデリングに際して Solidの形状フィーチャをハンドリングすることも可能です。
また、PatranをMarcの構造解析、熱伝導解析、熱応力解析、熱-応力連成解析用のプリ・ポスト・プロセッサとして使用することも可能で、Marc の全自動接触解析機能(CONTACT)、Marc DDM機能がサポートされます。この場合、PatranのオプションモジュールCAE Solid Modelingを追加することにより、Solidの形状フィーチャを扱ったモデリングを行うこともできます。

 

熱的解析およびMultiphysicsサポート

熱的解析およびMultiphisics解析機能は、今後も拡張が進められていく重要な分野の1つです。Marcを選択することのメリットは、これらの機能と汎用的なMarcテクノロジを組み合わせて解析を検討できることです。
一般的な定常/非定常の熱伝導解析では、ジュール熱、潜熱、輻射、熱的接触(THERMAL CONTACT)を扱うことが可能で、熱応力解析(非連成)や熱-応力連成解析は勿論、圧電解析、電気-熱-応力連成解析、静電場-構造連成解析、電磁場 -熱連成解析、流体-熱連成解析、流体-構造連成解析、流体-熱-構造連成解析といった、Multiphysics機能がサポートされます。

 

電機・電子(E&E)業界向け

電機・電子業界向けのソリューション機能として、はんだの解析(陰的および陽的クリープ解析機能)およびMultiphysics機能が提供されます。流体との連成を除くMultiphysics機能は、汎用的なCONTACT機能と組み合わせて解析することも可能です。

 

鍛造・板成型シミュレーション向け

ストレッチ成型、深絞り加工、多段鍛造、バルク成型、超塑性加工をはじめとする、多彩な鍛造・板成型向けの解析機能がサポートされます。

 

Marc DDM

Marc DDMは領域分割法を採用した並列計算処理機能です。全体モデルをそれぞれの領域(Domain)に分割し、1つの領域を1つのCPUで計算します。その際、領域境界節点での内力は通信により整合性の確認が行われるため1CPUでの結果と同じ解の精度が保証されます。この機能はSMP、DMP、 Clusterマシン環境で使用可能です。
 
 
 
 

関連するものづくりソリューション

  ・ゴム部品の大変形・接触解析
  ・スイッチのフィーリング解析
  
・鍛造金型における大変形・接触解析
 

解析基本機能

解析ライブラリ


静解析、動解析、クリープ解析、座屈解析、熱伝導解析などの解析機能から構成されます。非線形動的問題や熱伝導問題といった現実の物理現象に対応して解析機能を選択することが可能です。

・ 線形解析
・ 非線形解析(形状、材料、境界条件の非線形性)
 - 非線形境界条件
 - 座屈、不安定座屈解析
 - 弾塑性解析
 - クリープ解析
 - 粘弾性解析
 - 粘塑性解析
 - 破壊力学(クラック、J積分)
・ 接触解析(CONTACT、GAP)
・ 動解析
 - 実固有値解析
 - 時刻歴応答解析(陰解法/陽解法)
 - 調和応答解析
 - スペクトル応答解析
・ 剛-塑性流れ解析
・ 超塑性解析
・ 地盤解析
・ 設計感度・設計最適化解析
・ AXITO3D解析
・ 定常回転解析
・ 熱伝導解析(熱的接触を含む)
 - 定常解析
 - 時刻歴応答解析
 - 放射形態係数計算機能
 - 熱ギャップ
 - 流路要素機能
・ 流体ベアリング解析
・ 静電場解析
・ 静磁場解析
・ 電磁場解析
・ 圧電解析
・ 音響解析
・ 音響-構造連成解析
・ 流体解析
・ 流体-熱連成解析
・ 流体-構造連成解析
・ 流体-熱-構造連成解析
・ 熱-応力連成解析
・ 流体/固体相互作用-付加質量法
・ 電気と熱の連成解析(ジュール熱解析)
・ 電気-熱-応力連成解析

 

材料ライブラリ


材料ライブラリには、工学上の問題で使用される幅広い材料モデルが登録されており、線形材料はもちろんのこと、金属や地盤の非弾性挙動やゴム材の挙動を表 すために、塑性、粘弾性、超弾性といった非線形材料の使用が可能です。材料定数の温度やひずみ速度に対する依存性も考慮することが可能です。

・ 線形弾性材料
・ 積層複合材料(進展性破壊を含む)
・ 弾塑性材料(等方/移動/混合硬化則、繰り返し塑性)
・ 異方性塑性(Hill、Barlatの降伏条件)
・ 剛塑性材料
・ ガスケット材料
・ 非線形亜弾性材料
・ 形状記憶合金モデル
・ エラストマ(Mooney、Ogden、Arruda-Boyce、Gent、Foam)
・ 静水圧に依存する降伏モデル(Mohr-Coulomb、Buyukozturk)
・ パウダー材(粘弾塑性モデル)
・ クリープモデル(陽解法、ORNL則、体積スウェリング、陰解法)
・ 粘塑性モデル(陽的定式化、陰的定式化による統一粘塑性モデル)
・ 粘弾性材料、熱-レオロジー的に単純な材料
・ Narayanaswamyモデル(体積緩和モデル)
・ 時間-温度-相変態(T -T -T)モデル
・ 低張力材料(コンクリート)
・ 地盤モデル(線形/非線形弾性体、Cam-Clayモデル)
・ ダメージモデル(延性金属、エラストマ)
・ 非構造的材料(熱伝導、流体、電場、磁場、音響)
・ ユーザー定義の材料構成則

 

要素ライブラリ


Marcは平面応力構造体と平面ひずみ構造体、軸対称構造体、プレート構造体、トラス構造体、梁構造体、任意シェル構造体、3次元ソリッド構造体に対応した広範な要素ライブラリを備えており、解析対象のあらゆる幾何形状に適応させることができます。
いろいろな要素タイプを同じ目的の解析に使用することが可能ですが、計算コストと解析精度の両立など、ユーザーの目的に応じて低次や高次の要素を使い分け ることが可能です。また、想定ひずみ法、選択低減積分法、低減積分要素(アワーグラスコントロール付き)、ハーマンの定式化要素など、非線形解析に起こり がちなさまざまな問題に対処するための要素技術が用意されています。

・ トラス要素
・ はり要素(中実・開/閉断面)
・ シェル要素(厚/薄肉・軸対称)
・ 複合材ソリッド要素
・ 膜要素
・ 平面応力要素
・ 平面ひずみ要素
・ 一般化平面ひずみ要素
・ 軸対称ソリッド要素
・ 3次元ソリッド要素
・ ハーマン要素
・ 半無限要素
・ ギャップ要素
・ リバー要素
・ ケーブル要素
・ エルボー要素
・ 熱伝導要素(非構造系要素)
・ ユーザー定義の要素

 

代表的な機能ライブラリ


機能ライブラリに含まれているユーザーサブルーチン、自動増分設定などの機能は、解析を簡単にかつ効率的に実行することを可能とします。

・ H法による局所アダプティブメッシング機能
・ 2次元全体リメッシング(弾塑性、剛塑性材、エラストマ)
・ 3次元全体リメッシング(弾塑性、剛塑性材、エラストマ)
・ 全自動接触解析機能(CONTACT)
・ 多彩なLINK機能(多点拘束-Multipoint Constraint、非線形ばね、MSC NastranのRBE2/RBE3)
・ 自動時間増分調整機能
・ CAVITY機能(空隙への圧力荷重の作用)
・ NC機械加工機能(CATIA V4形式のNC Cutting Passファイルを利用した切削プロセスの評価)
・ Marc/Adamsインターフェース(mnfファイル出力)
・ ユーザーサブルーチン機能(実行にはFortranコンパイラが必要です。)
・ Marc DDM(領域分割法による並列計算機能)

パッケージ

Marc Complete Package オプション(Marc Multi Processor、Marc Mentat ACIS Access)以外のMarc全解析機能及びMarc Mentat Packageを含んだパッケージです。
  • Marc Standard
  • Marc Electrical
  • Marc Global Remeshing
  • Marc Hemi-Cube View Factors
  • Marc 2D Mesher only
  • Marc 3D Mesher only
  • Marc Metal Cutting
  • Marc Shape Memory Materials
  • Marc Mentat
  • Marc Mentat Hex Mesher
  • Marc Mentat CMOLD Access
  • Marc Mentat ITI Access
Marc Mentat Package Marc専用プリ・ポストプロセッサであるMarc Mentatの増設用パッケージです。
  • Marc Mentat
  • Mentat ITI Access
オプション 領域分割法(DDM)オプション
  • Marc Multi Processor
Marc Mentat上でのソリッドモデリングオプション
  • Marc Mentat ACIS Access
Marc MentatへのCAD形状取込みオプション
  • Mentat Generic Import Package 
  • Mentat CADDS5 Import
  • Mentat CATIA V4 Import
  • Mentat CATIA V5 Import
  • Mentat Inventor Import
  • Mentat NX Import
  • Mentat ProEngineer Import
  • Mentat SolidWorks Import
Marcを用いた解析事例をご紹介します。
 

●スナップの3次元接触解析、応力の解析> アニメーション(4.4MB)



●軽量化ブラケットの大変形における応力の解析> アニメーション(1.2MB)



●ディスクブレーキのブレーキパッドの接触によるローターの発熱解析> アニメーション(3.6MB)



●ステントが血管内に装填される過程の解析> アニメーション(13.4MB)



●リメッシングを伴う深絞り解析1> アニメーション(4.0MB)


●リメッシングを伴う深絞り解析2> アニメーション(0.9MB)



● 二本のパイプが相互に接触する衝突解析> アニメーション(1.1MB)



●ゴムタイヤと路面の接触解析> アニメーション(2.0MB)



●飛び移り座屈を伴う不安定挙動を含むキーの挿入解析> アニメーション(0.9MB)



●外周および内周にしわを発生がある薄板の加工解析> アニメーション(0.6MB)



●外周に規定がある材料の加工解析 > アニメーション(8MB)



●ゴム材料の押し込み、自動裏ゾーニング> アニメーション (7.9MB)
 ※ゴム材料の大きな変形が伴う要素をリゾーニングし、解析を収束させるようにした事例



 
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