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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

CAE解析の基礎を学ぶ記事一覧

CAE解析とは

近年CAE解析は機械設計を行う上で欠かせない技術となってきております。CAE解析(シーエーイー)とは、Computer Aided Engineering の頭文字の略であり、直訳すると「コンピューター支援設計」です。CAEではコンピューター上に疑似的に再現した製品の設計問題を評価(シミュレーション...

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CAE解析の種類

CAE解析を使って解くことができる設計問題は広範囲に渡ります。下記はCAE解析の一覧となります。設計する対象製品によって、設計問題は異なりますが、中でも次の3つの解析は機械設計を行う上で重要度が高いので基礎を理解しておくと良いでしょう。1.応力解析2.振動解析3.熱伝導解析1.応力解析応力解析とは、...

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CAE解析に必要な知識

CAE解析を行うためには、次の3つの知識が必要となります。・ 材料力学をはじめとする工学知識・ 有限要素法の知識・ 解析ソフトの利用知識材料力学をはじめとする工学知識「材料力学をはじめとする工学知識」 はCAE解析を行う前に学習する必要があります。 CAE解析で必要とされる工学知識は様々ですが、中で...

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CAE解析の必要性

材料力学を用いて解くことができる設計問題は単純な形状に限定されますが、CAE解析を用いることで複雑な形状や複雑な荷重に対する問題を解くことが可能です。例えば、下図の形状であれば材料力学で応力を求めることは容易です。材料力学で応力を求めると、応力 = 荷重/断面積 = 1000/800 = 1.25 ...

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有限要素法(FEM)

有限要素法について説明します。CAE解析を行う場合、「有限要素法」の基本を理解する必要があります。なぜなら、有限要素法を理解していないと解析結果の評価で間違うおそれがあるからです。有限要素法という言葉から難しいイメージを持たれるかもしれませんが、言葉が難しいだけです。「有限要素法」とは、構造物を複数...

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モデルの準備と形状の簡素化

CAE解析で用いるモデルの準備と形状の簡素化について説明します。CAE解析を行うには、モデル(形状)が必要となります。3次元CADの普及により、モデルは3次元CADで作成するのが一般的となっております。3次元CADでモデルを作成するメリットは、フレキシブルに形状を変更できることです。解析の結果が思わ...

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材料(ヤング率とポアソン比)の準備

解析に必要な材料特性について説明します。必要な材料特性は解析対象によって異なりますが、応力、振動、熱の解析の場合、下記の材料特性が必要となります。・縦弾性係数(ヤング率)・ポアソン比・密度・熱膨張係数・熱伝導率・比熱そして応力解析で必要なのは上記のうち、縦弾性係数(ヤング率ともいう)とポアソン比です...

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メッシュ(要素)分割

解析を行うためには解析対象の形状を 複数のメッシュ に分割しなければなりません。メッシュの分割は解析結果に大きく影するためとても重要な作業となります。分割方法を間違えば、正確な結果を得ることができず、極端な場合は結果の値が2倍や1/2になったりします。従って、適切なメッシュ分割の方法を知る必要があり...

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拘束条件の定義

拘束条件とは、「物体の固定方法」 のことです。 下図のように、「はり」 に荷重をかける解析を行う場合、左端を固定する必要があります。固定しなければ当然「はり」全体が動いてしまうからです。拘束条件を定義する場合、 「6つの自由度」 を拘束することになります。6つの自由度とは、 X,Y,Z 軸の並進方向...

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荷重条件

応力解析で使用する荷重にはさまざまなタイプがあります。荷重条件を設定する場合、実際の現象にできるだけ近い荷重条件を設定する必要があります。荷重条件で設定するのは、次の3つです。・荷重の種類・荷重をかける位置(面や点など)・荷重の方向どの位置に、どの方向で、どのような荷重をかけるのか決定します。荷重の...

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解析実行

ここまでにおいて説明した応力解析についての流れをまとめます。<応力解析の流れ>1.解析のモデルを準備する2.材料を設定する3.メッシュを作成する4.拘束条件(固定方法)を定義する5.荷重条件を定義する上記の設定が完了したら、必ず設定を再確認します。解析は電卓と同じであり、間違った入力をすれば間違った...

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解析結果の評価

解析が終了したら、結果を表示して正しく解析が実行されたかチェックします。解析ソフトは電卓と同じです。入力が間違っていると、当然出力も間違いです。入力の間違いを防ぐには、厳重なチェックが必要ですが、人間が行っている以上、完全にゼロにすることは難しいです。また、解析を実行してはじめて判明する間違いも存在...

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応力の種類(主応力、フォンミーゼス応力)

応力解析では 変位 と 応力 の結果が出力されます。変位は製品の機能を損なわない範囲にあるか確認します。応力は、許容応力以下となっているか、また弾性範囲に収まっているか確認します。弾性範囲に収まっていれば、荷重を取り除くと元の形状にちゃんと戻ります。材料の強度を調べる試験は、1軸方向(例えば上下)に...

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特異点とは

特異点とは、例えば、コーナRがゼロとなる点でメッシュを細かくすると応力が無限大となる点のことです。従って、応力の最大値で解析結果を評価する場合は、特異点となっていないか注意する必要があります。特異点は以下に示すように、形状や荷重が不連続となる箇所で発生します。特異点となる箇所が評価対象とならなければ...

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