ファスナー結合機能の調査（ＰＴＣ社の資料を基にまとめました）

ファスナー結合の概要

Wildfire 2.0で実装された新しい結合方法です

その機能は…

アセンブリにおいて部品間を結合し荷重を伝達する

ボルト結合情報（メジャー値）の設計へのフィードバック

この「ファスナー」では扱えない問題…

ファスナー内部の詳細な応力調査(ボルトショルダー等)

ボルトそのものの曲げ

3種類のボルト定義があります

スクリューファスナー（ネジ型ボルト）

ソリッド間貫通ボルト

シェル間貫通ボルト

ファスナー結合の機能

基本ボルト

剛性は材料と直径で定義する

アドバンスボルト

初期軸力を考慮可能

ボルト剛性は「①ボルト直径と材料特性を入力する」、または「②スプリング特性を指定する事により定義」する(Kxxは軸力, Kyy=Kzz はせん断)

ボルト専用メジャーが自動生成される

- ボルト軸引張り力 (初期軸力定義の場合のみ)

- ボルト軸引張り引張応力 (初期軸力定義の場合のみ)

- せん断力

- せん断応力

- 分離領域応力 ‒ 「分離固定」が設定された場合、 部材感結合ばねを内部作成し、それが引張状態にあるかどうかを判定。 サーフェース間に接触領域が定義されている場合はメジャーはボルト周囲領域が接触したままかどうかを判定する。 スクリューファスナーの項にて詳述

ボルト軸の回転剛性は「フリー」または「固定」を指定

せん断剛性を考慮するかしないかの切り替え可能

スクリューファスナー

スクリューファスナー (ブラインドボルト) は2部品の一方の部品を貫通させてもう一方の部品と連結させるファスナー

参照は連結させる部品の穴のエッジ

最初に選択されたカーブの場所のボルトのヘッドが設定される

2番目に選択されたカーブの場所がボルトが貫通する穴のトップとなる

部品間が「合致」している場合(かつ接触設定がない) 「フリー結合」設定がその接触部分に自動的に付加されて、マージ共有が行われない

最初に選択されたカーブ

2番目に選択されたカーブ

スクリューファスナー

軸方向剛性

ボルトヘッド径軸方向剛性

ボルトファスナーに沿った方向に作用する剛性

ボルトヘッド径は初期軸力定義の際に指定がなければ、ボルト径の1.7倍と仮定される

剛性はボルト径と材料、あるいはスプリング特性のKxxより計算される（ボルト径と材料からばねが内部的に生成される）

法線方向剛性（せん断方向）

ボルトに対して垂直方向の剛性(せん断方向)

剛性はボルト径と材料、あるいはスプリング特性のKyyより計算される。

直接スプリング剛性を指定した場合は, Kyy=Kzzせん断方向剛性

スクリューファスナー

“分離固定” スイッチに関する剛性

接触を定義することなく、部品間にある圧縮力をモデル化することができるこの機能によりボルト締結部品間で一定距離（または合致）を保持できる

部品同士が互いに押し付けられるケースのみ考慮

- エンジンが分離領域の中で引張力を感知すると、警告がrptファイルの中に書き込まれる。 これは、分離領域がボルトを介して伝わるべき荷重の幾らかを受け持っていることを意味する（つまりボルト軸力メジャー値は正確ではない）

- この剛性 により“部品間を分離した状態で保持”

- 分離固定の剛性はボルトファスナーの剛性に関連して設定される

分離して状態で保たれる円領域の径は、ボルト径の2倍。スプリング剛性が使用された場合、この領域の径は1.4*(2t), tは厚み（接合部）の2倍

分離固定設定条件

- On – 「分離固定」剛性が付加される（分離発生後の挙動は正確ではない）

- Off – 「分離固定」剛性は付加されない

- 自動 (初期設定) – ボルト径が接触しているサーフェス間で「接触領域」定義あるいは「フリー接触」定義が検出されなければ「分離固定」剛性は付加されない

“分離固定”に関する剛性

t

分離テスト対象領域の径

ソリッド要素間のボルトファスナー結合

ボルトファスナー (ボルト締結) はボルトあるいはナット利用による部品間の結合ファスナー

参照ジオメトリは結合される部品の２つの穴エッジ

ボルトのヘッドは最初のカーブが選択された場所に作成される

２番目に選択されるカーブは締結される部品に対してナット締めされるもう一つの端部

部品間は接触している場合が考えられるので部品間がマージされることのないように、「フリー結合」が自動的に接触面間に付加される

１番目に選択されるエッジ

２番目に選択されるエッジ

ソリッド要素間のボルトファスナー結合

軸方向剛性

ボルトヘッド径

軸方向剛性

スクリューファスナーと同様であるが、第2部品のねじ部の代わりにナットがあたる面に作用する

ナット径はボルト頭径と同じ

法線方向剛性（せん断方向）

「スクリューファスナー」のケースと同様

“固定分離”剛性

「スクリューファスナー」のケースと同様

法線方向剛性

“分離固定”剛性

シェル間でのボルトファスナー結合

ボルトファスナー (ボルト締結) はボルトあるいはナット利用による部品間の結合ファスナー。シェル要素間で使用可能。（キルトあるいは圧縮中立面）

ジオメトリ参照はポイント

選択の順番はどちらでもOK

キルトでモデル化されている場合、部品間には距離が必要（ファスナーがゼロ長はありえない）

最初のポイントを選択

2番目のポイントを選択

シェル間でのボルトファスナー結合

ボルト頭径

軸方向剛性

スクリューファスナーと同様であるが、第2部品のねじ部の代わりにナットがあたる面に作用する

ナット径はボルト頭径と同じ

法線方向剛性（せん断方向）

スクリューファスナーのケースと同様。ファスナーが定義されたシェル間のポイントに反力が適用される

“分離固定” 剛性

自動的に“on” が設定される（接触領域はシェル間では定義不可）

軸方向剛性

法線方向剛性

“固定分離”剛性

初期軸力

ソリッド間のアドバンスファスナーに関しては「初期軸力」が定義可能（シェル間は不可） 初期軸力は線形を仮定

被締め付け部品の剛性は考慮されていない

正確な初期軸力を考慮するためには,

- 1.外力≒０で 必要な初期軸力を与えて解析する

- 2. ボルトの引張り力メジャー値を確認する(被締め付け部品が変形するため、1で入力した値よりは小さくなっているはず)

- 3. 初期軸力の値として、2で確認した値を基に、線形比例関係で増加させて再入力して下さい

- 4. 再解析して、引張り力フォースメジャーを確認して下さい

注意点その他…

曲げ剛性は考慮されない

ファスナー結合は曲げ剛性は考慮されません

左図サンプルモデルに示されている通り、曲げ荷重に抗えるようにするための接触領域を定義しない場合、モデルは拘束された状態に置かれる。

「分離固定」を定義する場合、「分離応力メジャー」がゼロかゼロ以下であることを確認して下さい。

「分離応力メジャー」が正の場合、部品間は圧縮状態には置かれておらず、分離剛性は引っ張り荷重を伝えていることになります。

この場合、ボルト定義を編集して「分離固定」のスイッチをOFFにして再解析して下さい。

注意点その他…

ボルトヘッドが浮くことはありません

被締め付け物がボルトヘッドが浮くほど（軸力が０になる）つぶれてしまうとボルトを模擬したばねが「圧縮」に転じますもはや正しい結果は得られず、被締め付け物間は「分離」のフラッグを示すことがあります（実際は外力で圧縮されているので分離でなく接触しているはず）

圧縮外力

圧縮外力

注意点その他…

ボルトヘッドが浮くことはありません

被締め付け物がボルトヘッドが浮くほど（軸力が０になる）つぶれてしまうとボルトを模擬したばねが「圧縮」に転じますもはや正しい結果は得られず、被締め付け物間は「分離」のフラッグを示すことがあります（実際は外力で圧縮されているので分離でなく接触しているはず）

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