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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CalculiX周波数応答結果ファイルを開いてみる

では、結果を見てみましょう。

.datファイルを開いてみます。

fr2014-010

以前にも説明しましたが、結果の処理方法をもう一度…

まず、最初のEIGENVALUE OUTPUTはモード重ねあわせ法のために計算した固有値解析の結果です。

次にPARTICIPATION FACTORS FOR FREQUENCY …

は計算する周波数(上図の場合は0.1Hz)のときの各モードのモーダル変位を表します。

これは過渡応答でも周波数応答でも同じ意味なので、詳しくはこれ以降の記事を参照してください。
http://vibrationcae.blog.fc2.com/blog-entry-264.html


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CaluculiX周波数応答解析の変位結果

次に

fr2014-011


Displacementsとstressesの結果が同じtime(上図では0.1)で2つ続きます。

まずファイルにはtimeと書いてありますが、実際は周波数です。
(ここはバージョンあがっても直さないのですね)

以前少し説明しましたが、2つ続けて同じ周波数の結果が出てくるのは、

周波数応答解析が実部と虚部の2つの結果を持つからです。

2つの結果の意味については後日説明いたしますが、

とりあえずは、以前説明したとおり、その周波数での最大変位を計算します。

http://vibrationcae.blog.fc2.com/blog-entry-329.html

実部の2乗と虚部2乗を足して平方根を計算するのでしたよね。

変位は荷重方向つまりy方向に大きく出ているので、その方向のみ各周波数で計算すればよいでしょう…

もちろん大変なのでEXCEL等を駆使してうまく結果を取り出してください。

上記の場合

fr2014-012


になります。

(この場合は虚部の意味はないですね。単純な例なので…)



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CaluculiX周波数応答解析の応力結果出力

次に応力を見てみます。

fr2014-011


応力はひとつの要素につきたくさん結果が出ていますので、見る結果を絞ることにしましょう。

まず27行あるのは27個ある各積分点ごとに出力されるからです。

なぜ節点ではなく積分点で応力が計算されるかは、話が長くなるのでまたいつか書きましょう。

(今すぐ知りたい方は有限要素法の本を読むか、Yahoo知恵袋に書いてあるようなので参考してみてください)

積分点はどこにあるかというと、以下の記事に書いてあるように

http://freecaetester.blog62.fc2.com/blog-entry-436.html

CalxuliXのマニュアルにかいてあります。

要素内節点番号(要素データの中の節点番号入れる順番)によって積分点番号の位置が決まりますが、

今回は、梁の固定箇所のコーナーに相当するで積分点番号1の応力値についてみることにします。

(きちんと行うときは積分点の位置を確認してくださいね…)



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CaluculiX周波数応答解析の応力結果出力から最大応力を計算する

前回の応力結果の見方の続きです。

結果は8列ありますが、結果ファイルのヘッダにも書いてあるとおり、左から順に

要素番号、積分点番号、x方向応力、y方向応力、z方向応力、xy方向せん断応力、yz方向せん断応力、zx方向せん断応力

の値です。

Z方向成分が大きそうなので、積分点1のz方向成分の結果をまとめてみましょう。

応力も実部、虚部の2つ出力されるので、変位と同じように2乗して平方根をとります。

たとえば、以下のように結果がリストされた場合、

fr2014-13

このz成分の最大応力値は

fr2014-14


となります。

(これも虚数部が小さいですが)


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CalculiXで計算した最大変位の応答曲線


前回の書いたとおり、最大変位や最大応力を計算して、周波数応答曲線を描きます。

CalucliXでは簡単に表示する結果表示プログラムを持っていないので、Excelに読み込ませて処理しました。

(結構大変なのですが)

それではその結果を見てみましょう。

まず変位の結果です。

横軸に計算した周波数、縦軸に測定点の変位をとります。

縦軸をlogスケールにしてグラフを書くと

fr2014-15

ほぼ同一曲線になっているようですが、ピーク点、つまり共振周波数周辺では減衰の値によって結果が変わり、減衰値が大きいほど(最大)変位は小さくなっています。


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減衰値と応答ピーク値

最初のピーク付近(2Hz周辺)を拡大してみて見ましょう

fr2014-17


ピーク周辺までは、どの減衰値も同じ変位値なのですが、ピーク付近だけ減衰値によって変位の値が異なりますね。

たいていの解析の場合、このピーク値に注目しているので、減衰値には要注意ということが理解できると思います。

縦軸をLogで表示しているので、差が小さいように見えますが、実際にこのピーク値を比較してみると、

減衰が0.01のとき14.6m
減衰が0.04のとき3.65m

と、減衰の値によって大きく異なります。

直感的に考えても、減衰が大きいほど、振動は小さくなりそうなのはわかると思います。

問題は、

ピーク値以外の応答変位は減衰にほとんど依存していないということ

減衰は材料が決まれば値が決まる物性値ではないので、場合によってはあてずっぽな値をいれてしまうということ

実際、減衰は実物の試験値がない限りは、過去のデータなどを参照にして入力するわけなのですが、

最終的には、

エイヤッ!

で値を入れる事が少なくない、のです。

減衰値は値が小さいので

0.01を入れても0.02を入れてもあまり結果に影響しないように錯覚してしまうのですが、

上記の結果はピーク値で結果が大きく変わってしまうことを表しています


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