Solid works でお手軽応力・変位解析

木曜日 , 27, 2月 2020 Leave a comment

SimulationXpressで応力・変位解析

 Solid worksには,SimulationXpressという応力・変位解析ツールが入っています.このツールは余り細かい設定などは出来ないのですが,ザックリと変位を確認する・応力の分布を確認するには,十分な機能を備えています.
 今回は,このソフトの使用方法について,メモを兼ねてまとめておきたいと思います.

まずは,簡単に見本のモデルを作成します.良くFEM解析のデモで見かける穴あきの板にしてみました.

 続いて,ツールメニューからSimulationXpressを選択します.ここがグレーアウトしていたり,クリックすると認証を要求される場合には,ライセンス供給元に問い合わせてみて下さい.
 ライセンス形態によりますが,ソフトのライセンスに含まれる場合も多いようです.

こんな画面になります.右側を拡大すると…

こんなことが,ズラズラと書いてあります.気にせず,次へをクリックしましょう.

 すると,拘束の設定画面になります.拘束とは,FEM上で部品を固定する条件になります.
 とりあえず,「拘束を追加」をクリックしましょう.

 すると,左側に拘束の設定画面が現れます.拡大すると…

こんな具合です.拘束する面をモデル上でクリックして,指定することになります.

試しにモデルの天面をクリックしてみました.すると,こうなります.今回は,この面を拘束面としてみます.チェックマークをクリックして,設定を閉じます.
(今回は単なる平面でしたが,円筒や穴側面も指定可能です.)

すると,左側の表示が変わります.

 拘束設定が完了しました!「次へ」をクリックしましょう.

続いては,加える力の設定です.右側を拡大してみると

 こんな風になっています.「力」と「圧力」が選べますが,今回は「力」を選択します.
 圧力は,受圧面積から総荷重を設定してくれますが,余り使う機会は無いかもしれません.

すると,画面左側に設定画面が出てきます.

 拡大してみます.
 (ちょっとバグって見づらいです.申し訳ないです!)
 拘束と同じように,力の加わる面を指定します.ラジオボタンで,力の加わる方向を設定できます.(面に垂直か,並行か.)
 今回は,面に垂直な力としています.

赤丸の部分で,力の大きさを設定します.ここでの単位はNです.プラスの値を入れることで圧縮,マイナスの値を入れることで,引張の力を設定できます.

 荷重を加えたい面をモデル上をクリックすると,紫の矢印が出現します.モデルを押す方向に表示されていますので,これは圧縮を示しています.
 入力が完了したら,緑のチェックボタンをクリックします.

 以上で,条件設定が完了になり,以下のような画面に移ります.

 右端を拡大すると,以下のように表示されているはずです.力は複数設定可能です.今回は,1つの拘束・1つの荷重で試してみます.
 「次へ」をクリックします.

 すると,材料を設定していなかったので,材料を設定するように求められます.最初から設定してある場合には,このメッセージは出てこない場合もあります.
 「材料選択」をクリックします.

 材料選択画面で,適合する材料を選択します.今回は,SUSを選択しました.
 材料選択画面から戻ると,右端に以下のような表示がされます.
 左側を拡大すると…

 以下の表示がされています.材料が設定されて,有限要素解析を行うために必要な「荷重」「拘束」「材質」の条件が揃いました.
 「次へ」をクリックします.

 すると,以下のようなメニューが表示されます.
 「シミュレーション実行」をクリックします.

 すると,以下のような「クニャ」っとしたモデルが表示されます.この変位表示は変位量を強調していますので,実際のモデルの変形はもっと小さいです.
 この画面の右側を拡大すると…

 このような表示がされています.「はい,次に進みます」を選択します.

 すると,以下のメニューが表示されます.このうち,注目すべきは「von Mises応力」と「変位」です.

 まずは, 「von Mises応力」 を確認します. 選択すると,こんな具合で表示されます.

 結果を拡大すると,こんな具合です.穴の左右に応力が集中していることがわかります.

穴を横から見ると,こんな具合です.

 この結果を表示している画面の左側を見ると,このようなツリーが表示されています.この結果をクリックすると…

 こんな具合でメニューが展開します.ここからも, 「von Mises応力」や「変位」などの結果表示を選択出来ます. そこで,この「合成変位」を選択してみましょう.

すると,こんな画面になります.

 拡大してみます.今回のモデルでは余り大きな変形は無いので,地味な絵面ですが,中央の穴が変位に影響を与えていることはわかります.

 実は,ここから重要なのですが,有限要素解析で重要な要素,メッシュについて確認してみましょう.
 メッシュは,ツリーの解析モデルを右クリックして,メッシュ表示・非表示をクリックします.

 すると,メッシュが表示されます.有限要素解析は,このメッシュを元に演算を行います.なので,このメッシュが解析精度のカギと言えます.

 Nastran NXなどの単体の解析ソフトでは,メッシュを手動で切る方法が多数用意されていますが, SimulationXpress はオマケソフトに近いので,自動メッシュのみです.

 ちょっと歪んでいる箇所があります.本来はキレイに配列していることが望ましいですが,実際のモデルでそれは難しいので,ソフトが出来るだけキレイな形状になるように,メッシュを切っています.
 解析ソフトによっては,メッシュ品質の評価機能もあったりします.

 これで, SimulationXpress の説明は以上になります.
 シンプルなので簡単に扱えて,最低限の機能は備わっていますので,「架台の天板の変位を確認しておこう」や「どこまで梁の肉抜き出来るか」など,手計算では難しい形状について見てみる用途に使ってみては如何でしょうか.

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