[PPT]構造解析 · Web view解析の実行 10．結果表示 20kN 20kN FemapおよびNX Nastranは、いずれもプログラム自体は単位系を持たず、解析者が一貫した単位系を用いて有限要素モデルデータを作成する必要がある．今回は単位として

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FEMAP with NX NASTRAN V10.3 構造解析マニュアル

有限要素法の解析に必要な条件設定は

部品がどのように固定されているか？→ 　拘束条件の定義

部品の材質は？→ 　材料特性の定義（ヤング率、ポアソン比、密度）

解析対象の部品３次元の形状データ　→　メッシュ分割してコンピュータで計算可能な近似モデル作成

部品にどのような荷重が作用しているのか？→ 　荷重条件の定義

静的解析の手順

解析対象部品の３次元ソリッドモデル作成

材料特性の定義

メッシュサイズの定義とメッシュ生成

拘束条件の定義

荷重条件の定義

メッシュ分割の設定

解析計算の実行

解析結果の表示と評価

要素特性の定義


解析例　穴あき平板の応力解析（ NX Nastran SOLution101 による線形静解析）

・材質：アルミ合金（Ａ６０６１）　ヤング率 68,600 N/mm2

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ポアソン比 0.33

・両端面を 20,000 N の荷重で引張る・裏面全面は厚み方向に変位がない

解析は、形状および荷重条件の対称性を考慮して、図のように１／４モデルで行う

作業手順

１．　形状作成２．　材料特性の定義３．　要素特性の定義４．　メッシュサイズの定義５．　メッシュの生成６．　拘束条件の定義７．　荷重条件の定義８．　解析セットの作成９．　解析の実行１０．結果表示

20kN

20kN

Femap および NX Nastran は、いずれもプログラム自体は単位系を持たず、解析者が一貫した単位系を用いて有限要素モデルデータを作成する必要がある．今回は単位として長さ： mm 　力： N 　質量： kg 　時間：秒　を使用する．

・形状


材料特性の定義

(1) マテリアル定義コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「モデル」ツリーから「マテリアル」を右クリックし、「新規」を選択．

または、メニューから「モデル」→「マテリアル」を選択．

(2) マテリアル特性値の入力・タイトル : A6061・縦弾性率 (E) : 68600 ・ポアソン比 (nu) : 0.33 ※等方性材料の場合、縦弾性率 (E) ，せん断弾性率 (G) ，ポアソン比 (nu) の間に

は G=E/(1+nu) の関係があるので、いずれか 2 つの定数を入力すればよい．

(3) 「 OK 」をクリックし、「キャンセル」で閉じる．


要素特性の定義

(1) 要素特性定義コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「モデル」ツリーから「プロパティ」を右クリックし、「新規」を選択．

または、メニューから「モデル」→「プロパティ」を選択．

(2) 要素タイプの選択「プロパティ定義」ダイアログで、「エレメント /プロパティタイプ」をクリック．「エレメント /プロパティタイプ」ダイアログで、「ソリッド」を選択し、

「 OK 」をクリック．


(3) マテリアルの指定「プロパティ定義 - ソリッドエレメントタイプ」においてマテリアルを指定する．

ID ：任意の番号タイトル： Solid1 を入力マテリアル： A6061 を選択

(4) 「 OK 」をクリックし、「キャンセル」で閉じる．

「モデル情報」ウィンドウの「プロパティ」ツリーに「 1..Solid1 」が表示される．


(1) メッシュサイズ定義コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「ジオメトリ」ツリーから「 1..Part1 」を右クリックし、「メッシュサイズ」を選択．または、メニューから「メッシュ」→「メッシュコントロール」→「ソリッド上のサイズ」を選択．

(2) メッシュサイズの入力「自動メッシュサイズ設定」ダイアログで、「 6 面体メッシュ」を選択．「エレメントサイズ」に、 5 mm を入力し、「 OK 」をクリック．

メッシュサイズの定義


メッシュの生成

(1) メッシュ生成コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「ジオメトリ」ツリーから「 1..Part1 」を右クリックし、「 6 面体メッシュ生成」を選択．または、メニューから「メッシュ」→「ジオメトリ」→「 6 面体メッシュ - ソリッド」を選択．

(2) エレメント物理プロパティの指定「メッシュ生成」ダイアログの「プロパティ」で「 1..Solid1 」を選択し、「 OK 」をクリック．


拘束条件の定義

解析対象の固定状態を表現するため、ソリッドモデルの面やエッジの節点自由度に対して拘束するかフリーにするかを定義する．線形静解析においては剛体運動（変形を伴わない形状の移動や回転運動）が生じないように拘束条件を定義する必要がある．(1) 拘束セット作成コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「モデル」ツリーから「拘束」を右クリックし、「新規」を選択．または、メニューから「モデル」→「拘束」→「セットの作成 /管理」を選択し、「拘束セットマネージャ」ダイアログで、「新規拘束セット」をクリック．

(2) 拘束セットの作成「新規拘束セット」ダイアログで「タイトル」に拘束セット名「 const1 」を入力し、「 OK 」をクリックする．これで以降の拘束定義は拘束セット： const1 に対して行われる．

「モデル情報」ウィンドウの「拘束」ツリーに「 1..const1 」が表示される．


(3) サーフェイスに対する拘束の設定コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「拘束」ツリーの「 1..const1 」の「定義拘束」を右クリックし、「サーフェイス上」を選択．

または、メニューから「モデル」→「拘束」→「サーフェイス上」を選択．

(4) 拘束するサーフェイスの指定

「エンティティ選択 - サーフェイスを選択してください」において、２つの分割面と裏面を選択し、「 OK 」をクリック．

(5) 拘束条件の設定「ジオメトリ拘束の設定」において、「高度なタイプ」でサーフェイス：「サー

フェイスに沿ってスライド」を選択し、「 OK 」をクリック．

拘束面

拘束面拘束面


荷重条件の定義　　　ソリッドモデルの面やエッジに対して設定

(1) 荷重セット作成コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「モデル」ツリーから「荷重」を右クリックし、「新規」を選択．

または、メニューから「モデル」→「荷重」→「セットの作成 /管理」を選択し、「荷重セットマネージャ」ダイアログで、「新規荷重セット」をクリック．

(2) 荷重セットの作成「新規荷重セット」ダイアログで「タイトル」に荷重セット名「 load1 」を入力し

、「 OK 」をクリックする．これで、以降の荷重定義は荷重セット： laod1 に対し

て行われる．

「モデル情報」ウィンドウの「荷重」ツリーに「 1..load1 」が表示される．


(3) サーフェイスに対する荷重の設定コマンド

「モデル情報」ウィンドウの「荷重」ツリーの「 1..load1 」の「定義荷重」を右クリックし、

「サーフェイス上」を選択．または、メニューから「モデル」→「荷重」→「サーフェイス上」を選択．

(4) 荷重を設定するサーフェイスの指定

「エンティティ選択－サーフェイスを選択してください」において、荷重を負荷する面として平板の端面を選択し、「 OK 」をクリック．

(5) 荷重の設定「サーフェイスへの荷重設定」において、「力」をハイライトさせる．「方向」で、「成分」を選択．「荷重」で、 FX のみチェックボックスを ON にし、値 :20000 を入力し、「 OK

」をクリック．


解析セットの作成

(1) 解析セットコマンド

「モデル情報」ウィンドウの「解析」を右クリックし、「解析セットマネージャ」を選択．

または、メニューから「モデル」→「解析 ... 」を選択．

(2) 解析セットの作成解析セットを定義するため、「解析セットマネージャ」において、「新規 ... 」を

クリック．

(3) 解析プログラムおよび解析タイプの指定「解析セット」において、「タイトル」に analysis1 を入力し、解析プログラ

ム :36..NX Nastran解析タイプ :1.. 静解析を指定し、「次へ ... 」をクリック．


(4) 「 NASTRAN Executive and Solution Options 」では何も変更せず「次へ ... 」をクリック．

(5) 「 NASTRANバルクデータオプション」において、「 AUTOSPC 」が ON になっていることを確認し、「次へ ... 」をクリック．


(6) 「 GEOMCHECK 」（要素形状の検証）では何も変更せず「次へ ... 」をクリック．

(7) 「モデルチェック」では何も変更せず「次へ ... 」をクリック．

(8) 「位相最適化の定義」では何も変更せず「次へ ... 」をクリック．

(9) 「マスターケースの境界条件と出力要求」において、 Nastran の出力ページヘッダに使用される SUBTITLE を設定

「タイトル」 : static analysis を入力し、「次へ ... 」をクリック．


(10) 「境界条件」において、「初期セット」で、次のように設定し、「次へ ... 」をクリック．「拘束」 : 1..const1「荷重」 : 1..load1

(11) 「 Nastran出力要求」において、次のように設定し、「 OK 」をクリック．「ノード」において、「変位」および「拘束点反力」を ON にする．「エレメント」において、「応力」を ON にする．


(12) 上記で「解析実行」に必要なすべての設定が終了した．解析セットマネージャには以下のように表示されている．「編集 ... 」をクリックすると設定を変更することが出来る．

解析の実行

(1) 「解析セットマネージャ」において、「解析実行 ... 」をクリック．解析がスタートし、「解析モニタ」が表示される．


(2) 解析の実行状況を確認log/f04/f06 をそれぞれクリックすると、 NX Nastran の各出力ファイル .log/.f04/.f06 がそれぞれ読み込まれ、表示される．

(3) 解析終了後、結果が読み込まれ、「モデル情報」の「解析結果」に、解析結果が格納されていることが確認できる．

(4) 「解析モニタ」の右上の「 ×」をクリックし、「解析モニタ」を閉じる．


結果表示

(1) ポスト処理データの選択アイコンの「ポストデータ」をクリック．

(2) 「ポスト処理データの選択」において、次のように設定し、「 OK 」をクリック．

「変形」において、「 Total Translation 」を選択する．「コンター」において、「 Solid Von Mises Stress 」を選択する．

(3) 変形図の表示アイコンの「変形図の表示」をクリック．


(4) コンター図の表示アイコンの「コンター図の表示」をクリック．

(5)応力値の調査コマンドメニューから「リスト」→「アウトプット」→「クエリ」を選択．

(6)「アウトプットクエリ」において、「エンティティ」の「エレメント」で、調査したいエレメントを選択し、「 OK 」をクリック．　　「メッセージ」ウィンドウに表示される。


　一般に有限要素法で、最もよく用いられる弾性応力解析の場合、応力は入力荷重に比例関係にあり、現実には降伏している場合でも、計算結果は弾性状態として、現実とは違う結果が出る。降伏歪を超える歪はいくらでもあるが、降伏点を超える応力はあまり存在しない。計算された応力が材料の降伏点を越える部分はもちろんのこと、その他の部分でも、応力再分配があるため、厳密には現実とは異なってくる。正しくは弾塑性解析が必要となる。

　強度評価は評価対象の材質によって最適な強度評価法を選択することが重要である。降伏の判定を行う降伏条件は、いろいろ提案されているが、多くの延性材料に対しては、ミーゼスの説が実験と最もよく一致すると言われている。

　ミーゼスの説に基づく評価では、 Mises 応力 σM と材料の降伏応力 σy を比較して降伏を判断する。　　

　　　　最大せん断応力説に基づく評価では、最大せん断応力 ( トレスカ応力 )τmax を二倍した数値と降伏応力 σy を比較して降伏を判断する。なお、トレスカ応力の方がMises 応力より安全側の値を示す。　

　　　　　脆性材料では、最大主応力説に基づいて、最大主応力 σ1 と材料の引張強さ σB を比較して強度評価を行う。

　疲労破壊の指標となる応力は、荷重変動に伴う応力変動範囲である。荷重履歴中における応力変動範囲 σr を同一点の最大主応力差 σemax＝（ σ1-σ3 ）と最小主応力差 σemin＝（ σ1-σ3 ）から求める。ただし、圧縮応力場になる場合は主応力差に負の符号を付ける。次に応力振幅 σa＝ σr ／ 2 、平均応力 σm ＝（ σemax＋ σemin ）／ 2 を求め、修正グッドマン線図により平均応力が 0の場合の等価な応力振幅σaeq を求め、材料の疲労限度 σw と比較して疲労強度を評価する。

強度評価

σM=√0.5((σ1－ σ2)2＋ (σ2－ σ3)2 ＋ (σ3－ σ1)2)

τmax=0.5(σ1－σ3)

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