【書き起こし】(2) 有限要素法 無料の3Dソフトで応力解析してみた 【FreeCADでFEM解析】
(00:00) この材料が降伏するのかしないのかということを判断しなければならなくて 材料力学の知識を使って最大法力をて計算してみたら 60名が pa という結果が得られたとします でもて計算なので計算ミスしてしまっているのかどうか少し不安ですよね そんなとき便利なのが フリー cad という名前の無料の cad ソフトです こんな風に fem 機能も付いております ということでこの単純な播磨下の応力解析をフリー cad を使用して実際にやって みようというのがこの動画です [音楽] えフリー cad を開くとこんな画面となります まずはモデリングから始めるんですけど モデリングをするためのアプリケーションというのはこのドロップダウンリストの中の パートデザイン科もしくはパートは両方ともモデリングをすることができるんですけど
(01:10) 自分の場合はこっちのパートデザインの方が簡単 あんだ簡単だというか便利だなぁと感じているのでこっちのアプリケーションを使用し て モデリングを始めてみますではこれをクリックして 新規作成ボタンをクリックします 次にこのボディを作成というボタンを押すことでこの cad ソフトにこれから モデリングを始めるんだぞということを教えてあげます 次にこのスケッチを作成というボタンをクリックするんですけど 何をやるかというとこのスケッチ常に 四角形を描画してそれを このボタンを使用して押し出すことで直方体をモデリングします では実際に行ってみます スケッチを作成ボタンをクリックしまして そのスケッチをどの平面にえっと置くのかということを選択することができます この場合ですとまぁなんでもいいんですけど xy 平面を選択してみます
(02:20) [音楽] 持った そうするとここに越冬四角形を描画することとなるんですけどここで簡単にこの画面の 操作説明をしておくとマウスの真ん中のスクロールをクルクル回すことでこうやって 拡大縮小が可能となっております またマウスの真ん中のボタンを押しながらマウスを動かすことで こういう動きが可能となります さらにもう一度マウスの真ん中のボタンをクリックしながら左クリックをして ボタンを押したまま両方のボタンを押したままマウスを動かすとまあこういう動きに なります 元の xy 平面をえっと真上から見たいのであれば ここをクリックすることでこんな感じになります それではこの xy 平面上に10ミリかける10ミリの正方形を描画します
(03:30) このコマンドを使えば簡単に長方形を作成することができるんですけどここはあえて 少し難しく こっちのコマンドを使って会等多角形を描いてみます これをクリックして まあ適当に4点をクリックすれば 四角形の完成です はいん それでこのカーソルを見ていただくと まだこのコマンドが残っているということがわかります もう多角形は描画しないので右クリックを押すことで このカーソルのこのコマンドもキャンセルします はいこれでキャンセルってきました 次にこの四角形をまずは長方形にします どうすればいいのかというとこれをクリックして この拘束条件をクリックすれば今選択したこの直線が垂直方向に拘束されます
(04:40) こういうことですね こっちも同様にこうですね 横の線も同様に これを選択してこのボタンを押すことでこの線が水平方向に拘束されます こちらも同様に こうですね これでえっと長方形を描くことができました 次にこの返答この辺を頭ミリに拘束します どうすればいいのかというとこれをクリックして これでここを頭ミリにすれば もうこの長さがとーミリに拘束されました 同様にこちらも [音楽] ん ん これで正方形の完成です それでもここで終えてしまってもいいんですけど まぁ念のためこの点を減点に移動させます
(05:49) どうすればいいのかというとこれをクリックして原点をクリックしてこれを押せば この正方形がここに移動します ではやってみます はいこれで完成です 完成しましたのでこのスケッチ場から抜け出します 7 こんな感じで ちゃんと正方形が描かれております それでこのスケッチをちゃんと クリックして これをクリックすることで今この正方形が選択されているということになるんですけど ちゃんと選択してこれを押せば この四角形を z軸方向に押し出すことができます ん [音楽] 100ミリ押し出して ok を押すことでこれでモデルの完成です それでは今から fem 解析の準備に取り掛かります
(07:01) まずはアプリケーションを fem モードにして それでこのボタンをクリックします そうすると こういうものが作成されたんですけどこれはなんなのかというと fem 解析をする 作業場所といった感じになります それではまずはこのモデルにメッシュを作成したいんですけど 練習を作成するためのボタンがまだアクティブになっておりません なぜかというとモデルがまだ何も選択されていないからです このモデルはまあこれになるんですけどこれを選択することでこれがアクティブになり ました これを押せばこの選択されたこのモデルに対して メッシュを作成するということになります ではメッシュを作成してみます いろんなパラメーターが出てきたんですけどこの最大サイズというのはメッシュの一つ の一つのメッシュの最大サイズです
(08:11) 今回の場合は3ミリ程度にしておきます それでこれが意外と重要なんですけどこの虹制度のチェックはチェックしたままにして おきましょう チェックを外して一時制度にしてしまうとどういったことが起こってしまうのかという とえーっ等計算結果が理論値と比較して安全側に触れてしまいます どういうことかというと例えば変異であれば実際には1ミリ変異するのに計算結果は 0.9ミリとなってしまうということです そういうことを発生させないために3時精度のところにはちゃんとチェックをしておき ましょう ん 次にこの細さなんですけどこれは メッシュー起きる細さのことです 複雑な形状の箇所にはなるべく細かな えっとメッシュを切るようにそんなプログラムをされているんですけどその複雑な形状 の部分のメッシュの細さのことを言っております
(09:22) 今今回は中程度にしておきます それで適用を押して ok を押します そうするとこんな感じで目集を作成することができました それでは次に拘束条件を指定するんですけど これで拘束条件を入力することができます このように何もなくなってしまったので モデルのところに戻って これを選択してスペースを押すことで表示非表示を切り替えることができます 表示の状態にしておいて もう一度先ほどのこのコマンドですねこれをしたことでこれが えっと表示されたんですけどこれをもう一度 ダブルクリックして 高速を与え対面をクリックして追加を押します これで高速の完了です
(10:30) 次に荷重条件を入力するんですけどそれはこのボタンです これを押して [音楽] 麺とか変とかにえっと荷重をかけることが出来るんですけど今回はこの辺を選択します 方向がこっちを向いてしまっているので 方向を指定するためにこの辺をクリックして 方向をしてあげます [音楽] そうするとこうやって今選択した方向に矢印が向いてくれました これを逆方向に向けたければ 女感じで 方向を選択することができます 鮮果重は100ニュートンにします この線にトータルで100ニュートンがかかるということです それで ok を押します
(11:38) 後は材料条件の入力なんですけどこのボタンで行います 8このマテリアルカードの中からまあいろいろ選択できるんですけど 企画が日本のものじゃないためよくわからないんですけど まあとりあえず まぁなんとなくえっと鋼材っぽいものを選択しておいて そうするとこうやって密度とか ヤング率ハトパーソン品とかが表示されるのでこれを見ると一般的な鋼材ということが わかりますこれで ok なので ok を押します これで解析の準備が完了です これからこの作業ボックスに対して解析を行いたいのでこれをちゃんと選択して さらにこれを選択しておきます
(12:44) そうすると このボタンをクリックすれば解析の開始です [音楽] 今計算中で解析が終わりました えっと元のモデルが邪魔なのでこれをスペースキーを押して非表示にします これが計算結果ですねこれをダブルクリックすると こんな感じのものが出てきてミーゼス応力が見れた日 y 方向の変位が見れたりします このバーを動かすと変異が誇張されます それで 今我々が知りたいミーゼス応力の最大値は 62.48メガパスカルなのだそうです ということで最大3 so 力は 62.5メガパスカルだということが分かりました
(13:51) みーセス応力というのは材料が降伏するのかしないのかということを評価するための 応力のことなんですけどこれが何を意味しているのかということに関しては以前にこの チャンネルで紹介しておりますので備考欄のリンクをご覧ください ここで注意点なのですが有限要素法の計算結果はメッシュの切り方に大きく依存するの で この62.5メガパスカルという値が妥当な値なのかどうかということを評価する必要 があるということを覚えておかなければなりません 特に今回の場合ですと この面が拘束されているため ここは各部となり特異点となります つまりメッシュを細かくすれば細かくするほどここの応力が大きくなって発散すると いうことです 実際にメッシュを細くしていくと こんなグラフになりました
(14:57) メッシュを細くしていくとどんどん応力値が大きくなっていますよね こういう時通常は こんなグラフを書いて最大応力値簿を推定します 例えばこの点は この点の応力値を示しております このグラフを見ると こんな感じに外装できるので最大応力はここらへんの値となるということが推定でき ます ん この応力値は特異点であるため無視をするという判断になります 絵なのですがフリー cad ではこのように各店の応力値というものがわからないの でこの方法は不可能です フリー cad はオープンソースなのでもしかしたらこういうことができるプラグ インみたいなものがあるのかもしれませんがもしご存知であればコメント欄に書き込ん でいただければ幸いです
(16:01) また偏印を求めたい場合は こんなグラフを書くことをお勧めします 接点数を増やしていくと遠因は0.19ミリぐらいで幸例としているので これらの解析結果は適切なものではなく これらの解析結果が適切な海であるということができます ちなみになのですが今回の場合の解析結果は こんなグラフになりました このグラフを見れば自信を持って最大変異は0.193リーダーと言えます て計算で求めた結果も0.19ミリでした
【ミーゼス応力のイメージをつかむ】
【ミーゼス応力の理屈】
材料が降伏するのかしないのか、簡単なモデルで考えて、
材料力学の知識を使って手計算することって多いですよね。
「けど、計算ミスしているのかどうも不安で・・・」
という方のために、無料の3D応力解析ソフトを紹介します。
FreeCADというソフトなのですが、簡単に応力解析できます。
手計算した後に、このソフトを使って計算チェックするのも
よいかもしれません。
連絡先：mitsu.asai.6@gmail.com
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BGM：わくわくクッキングタイム的なBGM by 鷹尾まさき さん
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効果音：効果音ラボ
