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8.実験値から逆算する荷重同定の方法|精度の高い解析モデルを構築するために

実験値とFEM解析値を前項のような方法で比較して、あまり強い相関が得られなかった場合、解析モデルの方を修正する必要があります。修正する手段としてはいろいろ考えられますが、今回は主に不確定な部分として残ることが多い荷重値をターゲットにします。荷重は単純で決まった動きしかしない機械であれば、ある程度予測ができますが、複雑な動きをする場合には実験により同定する手法が用いられます。これに関しては補足の項で例を挙げていますので参照ください。

不確定な荷重値を実験により同定する方法としては、荷重そのものをロードセルなどで計測する方法、動きを加速度あるいは変位計などで計測する方法、応力値から逆算する方法などがあります。本項では応力から逆算する方法について説明します。

応力から荷重を逆算するためには、5項で説明したような方法で荷重を設定していると効率的に荷重同定作業を行うことができます。それは、荷重の方向・大きさを変えるだけなら計算をやり直す必要がないからです。ポストプロセッサ上で荷重の組み合わせ係数を変更するだけで、新たな荷重条件における解析結果を自由に作り出すことができます。しかし、ポストプロセッサ上で応力データを一つ一つ参照する手間は変わりません。たくさんの荷重パターンを試す場合には現実的な方法とは言えません。

そこで、各荷重セットにおける評価点の応力テンソルを出力して、エクセル上で評価する方法があります。応力テンソルがあれば、そこから任意の方法の応力を計算したり、ミーゼス応力を計算したり、荷重セットの組み合わせパターンを変更したりなど、ポストプロセッサを介さずにいろいろな方法で評価することが可能です。この技術を活用して実装したのがFEM荷重同定プログラムなのですが、これを用いれば自動で実験値と最も相関のとれる荷重セットの組み合わせパターンを求めることができます。

しかしこのプログラムを使わなくても、手動でよければエクセル上での評価は簡単にできるようになります。その場合、テンソルではなくゲージ方向応力をポストプロセッサから出力して用いることとします。これは計算を簡単にするためです。これによりミーゼス応力の計算などはできなくなりますが、荷重同定に用いるだけなら問題ありません。

考え方は5項で説明しましたが、荷重の組み合わせパターンをエクセルで作り出すところがポイントです。エクセルなら係数の数値を変えるだけで、一瞬で異なる荷重の解析結果を作り出すことができるようになります。そして7項で述べた実験値と比較するグラフを作成しておけば、照合作業も一瞬で終わります。これにより、どんどん係数を手動で変更しながら相関をチェックし、最も実験値と相関の強い荷重セットの組み合わせを比較的簡単に求められるようになります。

サンプルを作成しました。こちらからダウンロードして活用ください。これを自動でやりたいとか、複雑な問題についても検討したいという場合はFEM荷重同定プログラムをご利用ください。

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