Solidworks静解析の実践と信頼性

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Solidworks premiumを使用して、設計した部品が強度を満たすかを調べる方法として有限要素法を利用した静応力解析を使用する場合があります。Solidworks premiumに搭載された有限要素法(Finite Element Method、略してFEM)は、モデルを四面体のメッシュで細かく刻み(微分)、与えられたパラメータ(材質からのヤング率、拘束条件、荷重、圧力など)から各節点でそれぞれの変位を求め、これを積分して応力値を算出しています。ここで問題になるのが、果たして解析によって得られた結果が正しいのか?ということです。

一つ目として、拘束条件や荷重条件が正しいかどうかが疑問になるのですが、私の場合は、"変位の値"と"アニメーション動作"の二つをヒントに、その解析方法が正しいかを見極めています。その理由は、応力を求める際に積分する時、求めた応力値の誤差が大きくなるからです。誤差が大きいということは、得られた答えの数値もかけ離れていることを意味します。


そこで、比較的誤差の少ない"変位"を調べます。力がかかる棒形状の部品(ボルトやねじシャフトなど)をフックの法則を応用して、ΔL=F×L/(A×E)からおよそのΔL(伸び)を推測します。Fは力、Lは棒の長さ、Aは棒の断面積、Eはヤング率で、単位の統一は注意が必要です。解析で得られた変位が、概算の値と近いかを確かめるのです。また、動作アニメーションで想像した動作になっているかも確認します。

それで、解析方法が正しいとわかったら、後はメッシュ精度を細かくして(ただし、精度が細かいほど、理論的には誤差が小さくなるのですが、計算時間値が増大する。あるいは解が収束しづらくなります。また、メッシュのヤコビアンチェックも設定して、解析がおかしくないかを知るヒントを得ることも大切です)。

<上述内容の実践サンプルYoutube動画>

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