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» 2010年03月10日 00時00分 公開

設計者CAEを始める前にシッカリ学ぶ有限要素法(7):3人中2人が間違える!? 片持ちばりの計算をしよう (3/3)

[栗崎 彰/キャドラボ,MONOist]
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さらに別のソフトウェアで同じモデルを解析してみる

 別の設計者向けCAEソフトウェアで同じ片持ちばりモデルを解析してみました。設計者向けのソフトウェアは似たり寄ったりだと思っていましたが、予想外の結果でした。まずは図8の変形図をご覧ください。

図8 同じ片持ちばりモデルを別のソフトウェアで解析してみた

 説明を分かりやすくするためにそれぞれのソフトウェアに名前を付けておきましょう。前出のソフトウェアをS1、そして上図の結果を出したソフトウェアをS2とします。

 まず目立つのがメッシュサイズです。S1に比べてS2の方が倍ぐらいにメッシュが細かくなっています。さらにS1のデフォルトの要素が四面体1次要素だったのと比べ、S2ではデフォルトが四面体2次要素になっています。材料データもS2の方が現実的なものとなっており、そのまま利用してもほぼ支障がない感じです。また一番大切な解析結果も一発目から0.214mmと、理論解に近い数字を出しています。これらをまとめると以下の表(図9)のようになります。

図9 S1とS2の解析条件と結果の比較

 同じ設計者向けCAEソフトウェアでも、かなりの違いがあるようですね。ただここでいいたいことは、どちらのソフトウェアが良いか悪いかではなく、使ううえでポイントを押さえることが大切だということです。デフォルトの要素は何か、材料データはどんな値が入っているか、シッカリと確認して使うことが大切です。そういうポイントを押さえてさえいれば、どの設計者向けCAEソフトウェアを使っても、まあ大丈夫でしょう、ということです。皆さんが使っている、もしくは使おうとしている設計者向けCAEソフトウェアでもぜひ確認してみてください。

 S1、S2とは異なる設計者向けCAEソフトウェアも試してみました。S1とS2は3次元CADありきの解析モジュール的な位置付けですが、第3のソフトウェアはCADの解析モジュールとしての位置付けではなく、3次元CADのデータをネイティブに読み込んだり、STEP経由で形状データを取り込んだりする、解析に軸足を置いた設計者向けのソフトウェアです。これは読み込んだ形状の特性を分析して、例えば今回の片持ちばりであれば、キレイに六面体でサイの目状にメッシュ分割をしました。ちょっとした驚きだったので付け加えておきます。

 さて、S1モデルの1回目の解析で変形量が0.127mmと出ましたね。これが「おかしい」と思えたのはなぜでしょうか? それは片持ちばりの変形量を手計算で求めておいたからです。この手計算がなかったら、0.127mmが良いのか悪いのか判断できないことになります。片持ちばりの手計算が解析結果の良しあし を決める軸となったわけです。皆さんが設計している部品のすべてが片持ちばりのモデルに置き換えられるわけではありません。通常の解析では解析結果の判断基準がないのです。だからこそ、解析のためのパラメータをシッカリ把握しておくことが大事なのです。

 手計算が正しいかどうかを確かめたい場合もありますよね。そういうときこそ、Web活用です。以下のようなサイトを使って自分の手計算が正しいかどうか、ぜひチェックするようにしてください。

図10 材料力学計算フォーム(入力画面のキャプチャ)

 今回の解析では変形量のみに注目しましたが、これは実際の解析業務でもぜひ行っていただきたいと思います。解析結果は応力に着目することが多いので、ついついミーゼス応力に目が行きがちですが、まずは変形量をチェックすることが解析結果評価の第一歩です。 「変形している方向はおかしくないか」「変形している量は常識的か」、応力をチェックする前にこれくらいはチェックしておきましょう。ここは強調しておきます。

解析結果の評価は変形量のチェックがはじめの一歩

 今回は設計者向けCAEソフトウェアを使って実際に解析を行ってみました。解析ソフトウェアによって設定はまちまちですが、ポイントさえ押さえておけば大きな間違いはなく使えることがお分かりいただけたと思います。次回は有限要素法の心臓部である計算の仕組みを少しだけ説明したいと思います。

Profile

栗崎 彰(くりさき あきら)

1958年生まれ。キャドラボ 取締役。1983年より24年間、構造解析に従事。I-DEASの開発元である旧 SDRC 日本支社、CATIAの開発元であるダッソー・システムズを経て現在に至る。多くの企業で3次元CADによる設計プロセス改革コンサルティングや、設計者解析の導入支援を行う。特に設計者のための講座「解析工房」が人気。解析における最適なメッシュ・サイズを決定するための「OK法」を共同研究で模索中。



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