tsurfの機械設計研究室

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解析について(3DCADに搭載されている線形解析とは)

本ブログの御訪問ありがとうございます。
機械設計歴20年以上のtsurfと言います。

 

今回は 以下に関する記事です

解析について
(3DCADに搭載されている線形解析とは)

 

⇩本記事は以下の方にオススメです⇩

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とある機械設計者

おっ 3DCADに解析ソフトがあるぞ
これで、強度検証は簡単にできるぞ

 

⇩本記事を読むと以下が わかります⇩

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管理人TSURF

3DCADに搭載されている解析ソフトは
そのほとんどが線形解析です。
本記事で線形解析を理解した上で
3DCADの解析を行ってください。

 

今回の記事は、基本知識として
⇩以下の記事を御参照ください⇩


 

①結論

機械設計にも3DCACを導入していれば、解析を行う機会も
増えるかもしれません。

 

現在3DCADのデーターはソリッドデーターが主流なので
物性データーさえ入れれば
微小体積の変化を全体積分することにより解析ができます。

 

機械設計での用途は、やはり曲げ強度などの解析でしょう。

しかし、特に機械設計において、3DCADで解析を行っている場合
知っておかなくてはいけないことがあります。

 

その知っておかなくてはいけないこととは、
解析には以下の2種類があります。

  • 線形解析
  • 非線形解析

3DCADに搭載されている解析ソフトの多く
線形解析だということです。

 

 

②線形解析

線形解析とは

参照データー:ヤング率のみ
曲げなどの解析で精度よく解析できるのは
図1の範囲Aである弾性範囲内のみ計算できる解析です。

 

しかし、
実際には図2の弾性限界を超えた範囲Bについても
解析してしまいます。

 

しかし、ヤング率しか参照していませんので、
どこまでも、比例が成り立つ前提であり、当然解析として
成り立っていません。
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線形解析のメリット/デメリット

メリット

  • 早く解析ができる
  • ソフト自体、簡易的な解析ソフトのため
    だいたい3DCADに内蔵されていたりする

 

デメリット

  • 正確な解析ではない
  • 解析結果が弾性限界範囲であるかどうかがわからない

 

 

③非線形解析

非線形解析とは

参照データー:応力歪線図

線形解析とは違い 実際の応力歪線図を入力して、
弾性限界以降における応力についても、精度のある解析となります。

  

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非線形解析メリット/デメリット

メリット

  • ある程度 精度のある解析ができる。

 

デメリット

  • とにかく時間がかかる 
    経験上 その日に解析のセッティングをし、
    次の日に解析結果が出るなんてことも
  • ソフトが高額

 

 

④万能ではない解析

線形解析だろうが、非線形解析だろうが、解析は万能ではない点に
留意が必要です。

  • 固定条件が正確には設定できない。
    固定条件は面と面などであるため ボルト固定などの条件は
    付与できない。

  • 削りだしや曲げなどの条件付けができない
    同じL字でも 削り出しなのか 曲げなのかで
    内部歪が違うので 厳密には違う結果が出るはずだが、
    そこまで考慮できない。

  • 解析結果を検証しないし、できない
    実際問題として 解析結果が出ても、実際に検証はしないでしょう。
    なので、実際と解析結果のズレがわからない以上、
    どこまで信用できるかということです。

つまりは、設計者にとっての解析とは、参考や設計の理由付けに
すぎませんので、過信は禁物です。

 

特に3DCADに搭載されている解析は、弾性限界を超えても
解析してしまい、弾性限界を超えた結果であるかどうかも
分からないという点で、個人的には参考程度としています。

 

結局 やはり大事なのは設計者のカンです。
たくさん設計して、失敗も重ねて カンを磨いていきましょう。

 

 

⑤まとめ

  • 解析には線形解析と非線形解析がある。
  • 線形解析は簡易解析ソフトであるため3DCADにも
    搭載されている
  • 解析時間も早い
  • しかし 線形解析は、弾性範囲内の結果について
    精度ある解析を示すが、弾性範囲外の結果についても、
    弾性が成り立つものとして計算してしまう。
  • 当然弾性範囲外の結果については、成り立っていない。
  • しかし、解析結果が、弾性範囲内のものであるかどうかが
    わからない

 

本記事は以上です。
最後までお読み頂きありがとうございます。

 

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