静解析CAE屋さんのための動解析FEM(有限要素法)入門

CAEで静解析応力解析しかやったことがない方のための動解析講座。怪しいところ有ったらご連絡ください(^^;)

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静解析屋さんのための動解析講座 その4 いきなり固有値解析といわれても

PC再インストールなどあって、久々の更新。。。

ところで、CAEソフトの動解析セミナーなんかに行くと、一通り振動理論の説明をした後、

では実際の解析方法という話に入ると、ほぼかならず固有値解析というものを最初にやります。

サイバネットさんのANSYSセミナーではモーダル解析、MSC社さんのMSC.Nastranの動解析セミナーでは固有振動解析、ダッソーSIMULIAさんのABAQUS線形動解析セミナーで固有振動数の抽出、と書いてありますが、やっている解析はほぼ同じで、ここでは固有値解析と呼ぶことにします。

実際にセミナーに行くと、たぶん陰解法だの一自由度系振動の解がどうの臨界減衰がどうのなど、

難しい振動理論の話をした後、では固有値解析ですといわれて、

とりあえず言われるままに入力すると

きれいなの振動のアニメーションが出てきて、振動解析をやった気にはなるといったとこでしょうか。。。

(そういうセミナー講師を昔やっていました。参加された方申し訳ありません。。。)


冗談?はともかく、固有値解析というのは静解析しか知らない方には、動解析の中でも非常にわかりにくい話です。

特に静解析から構造シミュレーションを勉強し始めたという方には、静解析シミュレーションを知っているだけに逆にわかりにくい、という面があります。

静解析シミュレーションの手順は

1.モデル作成

2.メッシュ作成

3.物性、要素特性割り当て

4.拘束条件設定

5.荷重条件設定

6.解析

7.結果評価(変位、応力)

ソフトによっては多少順番が入れ替わる場合もありますが、上記の感じでしょう。


固有値解析は

1.モデル作成

2.メッシュ作成

3.物性、要素特性割り当て

までは同じ(物性に質量密度が必須になりますが)ですが、

4.拘束条件設定
→必要な場合が多いが、なくてもよい。。。。

5.荷重条件設定
→不要、入れても無効!!!!?
(では何で変形するの)

6.解析

7.結果評価(変位、応力)
→変位の絶対値は意味を成さない。応力値も意味を持たない。。。
(何を見ればよいの?)

というわけで、静解析とは別世界です。。


固有値解析はセミナーで最初に持ってきていることからもわかるとおり、

振動解析の基礎となる解析で、これがわからないと振動解析入門編が卒業できません。。。


しかし、振動理論に詳しくなく静解析シミュレーションしかやったことがない方にはとっつきにくいことは確かなので、ここでは、固有値解析は少し後回しにして、静解析の延長で受け入れやすい過渡応答(時刻歴)解析を少しかじってから、固有値解析の話をしたいと思います。


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  1. 2010/11/08(月) 22:29:46|
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静解析屋さんのための動解析講座 その5 過渡応答(時刻歴)解析とは何?

まずは、早速動解析の手始めに過渡応答解析を行ってみます。

以前にも書きましたが、過渡応答解析はソフトの種類によっては時刻歴解析ともいわれますが、内容は同じです。

静解析では、ものに時間変動しない一定の荷重がかかって、ものは変形するけど変形したまま動かない状態をシミュレーションします。

これに対して、過渡応答解析では、もの荷重が時間によって変化したとき、ものの変形が時間によってどう変わるかをシミュレーションします。

下の絵の場合、魚がいないときは、竿は変形して重りとつりあいます(浮力は無視します)。

これが静解析の状態です

魚が引っかかると、魚が暴れるのと、釣り人が力を入れるので、竿の変形は時間によってかわります。

ds001a

ds002a
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この状態を時間によって変形する状態を計算するのが過渡応答解析です。

静解析に時間的要素が加わっただけなので、今まで静解析しか行っていなかった方も割りと受け入れられやすいと思います。

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  1. 2010/11/09(火) 23:31:35|
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静解析屋さんのための動解析講座 その6 過渡応答の例を見てみよう

細かいことはいろいろあるのですが、せっかくフリーのFEMソフトがあるのだから、まずはそれで実際にやってみようと思います。

フリーソフトFEM CalculiXのダウンロードについては

http://freecaetester.blog62.fc2.com/blog-category-1.html

以下の図に示すような、金属の角材を考えます。

ds003
クリックすると大きくなります


境界条件は

片端を完全拘束

もう片端に荷重条件を設定します。

(厳密には片持ち梁ではないですが、変形挙動はほぼ片持ち梁と思ってよいでしょう)


過渡応答解析ではこの荷重条件が時間ごとに変わるという条件になります。

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  1. 2010/11/14(日) 22:27:57|
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静解析屋さんのための動解析講座 その7 過渡応答の荷重条件

モデル的には、静解析モデルに

-材料物性に密度

-荷重条件を時間によって変化させる

にすると、過渡応答解析モデルの条件がそろいます。

時間によって変化する荷重条件とは

0秒では0N
1秒後は2N
2秒後は5N




という感じで、時間ごとに荷重を定義すればよいです。

今回は梁の片端に

0秒では0N
0.001秒後1N
0.002秒後0N
その後0N

イメージとしては、片端を一瞬叩いてすぐ放す感じでしょうか。

ds004
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  1. 2010/11/15(月) 22:55:30|
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静解析屋さんのための動解析講座 その8 CalculiXのプリの立ち上げ

今までこのブログでCalculiXの起動の仕方やモデル作成コマンドの細かいところを省いていたが、

昔よりはだいぶ使いこなせるようになったので、

今回は少し詳しく手順を紹介します。

まずは、CalculiXコマンドプロンプトを立ち上げます。


Windowsのスタートボタン→すべてのプログラム→bConverged→CalculiX→CalculiX Command

ds005
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そうすると、DOSプロンプトが立ち上がります。

ds006
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通常のプロンプトとは違い、背景は白いと思います。(設定の問題ですが)

次に自分が作業したいフォルダにcdコマンドで移動します。

(cdコマンドはわからない人は...ググッてください(^^;))

ds007
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作業フォルダに移動した後、以下のコマンドをプロンプトで打ちcgxというソフトを立ち上げます。

cgx -b test01.fbd

すると、CalculiXのプリプロセッサー(モデル作成ソフト)である、cgxが立ち上がります。

ds008
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次回はこの後進的?で3D-CADライクなプリポストプロセッサーに慣れた人には非常に使いにくい、

でも慣れるとモデルによっては某CAEソフトよりずっと早くモデルが作れる

cgx

を使ってモデルを作って見ます。^^

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  1. 2010/11/16(火) 21:23:49|
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