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補足|精度の高い解析モデルを構築するために

いろいろ前提条件の記述が足りなかったので、ここで改めて書いておきます。

本コーナー(精度の高い解析モデルを構築するために)の前提条件

1.線形静解析の活用を考える。
2.実験値は予測困難な事象を含んでいるが、これをFEMで精度よく再現して製品開発に生かしていきたい。

1について

線形静解析の活用を前提とするのは、構造設計の検討にこれが最も多く使われているツールだと考えるからです。一般に実際の現象は非定常、非線形ですが、これを静的・線形に置き換えることができれば、多くの分野で活用が期待できます。安易に非線形解析などを使うこともできますが、システムへの投資も必要、解析的なスキル必要、計算時間がかかる等々、設計者が通常活用するには問題もあります。したがって、以前書いた内容にも絡みますが、80%の精度になるかもしれないが、ざっくり線形静解析に近似してしまおうという考えです。もちろん全く線形静解析に近似できない分野もあります。これはどうしても対象によりますので、検討の上ご自身で判断してください。

2について

荷重の予測が簡単な場合は問題ありません。決まった動きしかしない機械であれば、発生する荷重の方向も大きさもある程度予測できます。そして解析結果と実測値を普通に比較して、合わない場合はモデル化の問題(拘束条件や要素の選択、解放自由度など)があるのでそちらを変更するようにしてください。実測波形から応力を抽出するのも単純で迷う必要はないかもしれません。
ただ、そうはいかない分野(業界)もあります。荷重の予測が事前には難しく、一度は実験が必要で、それを元に荷重を同定し、後の設計検討に生かしていくというやり方が必要な分野です。これは業界に依存しますので、これまで荷重同定で悩んだことがない方はほぼ関係ないかもしれません。悩んだことのある方はこれからもこれで苦労するでしょう。しかし、そういった分野の方の少しでも参考になればと、このコーナーで書いています。

参考に具体事例を挙げます。

一言でいえば使われ方で荷重が変わるようなものです。身近なものでいえば、車やバイクなどは、どのような路面を走行するかで車体に加わる負荷が変わります。強度評価時はある程度代表的な路面を用意して評価すると思いますが、その荷重を予め特定するは困難な場合もあります。もちろんADAMSなどの機構解析で負荷を求める手法もありますが、これも万能ではありませんし、1の前提とも矛盾します。


例えば車両でコブのある悪路を走行したとします。試験では一個のコブを片輪で乗り越える状況を評価するとします。コブが比較的大きければ固有モード的な影響は少なく、かつ速度によっては大きな加速度を各方向から受けることになります。上下方向はもちろん、片輪だけなので横方向の加速度も受けます。更にコブを乗り上げる瞬間は、前後方向にも受けるでしょう。この車両自体の強度もそうですが、これに取りついている装置、あるいはそれを支えているブラケット類なども複雑な荷重を受けます。

またこれを例えば建設車両のような車両で試験した場合、大きな重量の土砂や荷物を抱えたまま車体全体に加速度を受けます。作業機には静的に荷を持っているときよりも大きな負荷がかかりますが、やはりその方向と大きさは予測困難で、試験してみないと解らないことも多いです。したがって実験により加速度を計測したり、応力から逆算したりして解析評価上妥当な荷重条件を同定し、後のノウハウとするのです。

こういった業界もあるということでしょうか。ご自身で扱う製品に照らし合わせて、参考にできるところは参考にしていただければと思います。

また私も視野が狭いところが多々ありますので、いろいろなご意見を聞かせていただければ幸いです。

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[ 2010/02/23 18:42 ] CAE活用のカギ | TB(0) | CM(0)
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Author:JIKO
 とあるメーカに勤め、CAEを担当する技術士(機械部門)。 コンピュータシミュレーションにより製品の強度や性能を評価するのがお仕事。
 CAE技術者のスキルアップを支援する『CAE技術者のための情報サイト』の管理人。
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