3d-cad によるテーブルモデル作成と 有限要素法に...
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演習資料(作成:江澤良孝)
3D-CADによるテーブルモデル作成と
有限要素法による3次元応力解析
- SolidWorks 2017 によるデータ作成と3次元応力解析-
材料は変更可
初期設定:アルミ合金(1060 合金)
ヤング率 = 69000 N/mm2
ポアソン比
1500mm
800mm 20mm
100mm
345mm
690mm 100mm
600mm
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演習資料(作成:江澤良孝)
SolidWorks 2017によるモデル作成
1. パソコンを起動し、ログインする(デフォルトの仮想デスクトップ)
2. SolidWorks を起動する
[スタート] >[すべてのプログラム] > [SolidWorks 2017] >[ SolidWorks 2017]
3.初期画面が表示される
4.「ツールバー」と「メニューバー」の表示は切り替えられます
ツールバー
メニューバー
タイトルバーにマウスポインタを重ねるとメニューバーが表示される
プッシュピンをクリックするとメニューバーが固定される
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5.「ファイル」→「新規」をクリック
6.「新規 SolidWorks ドキュメント」の画面がでるので,「部品」を選択し.「OK」をク
リック.
7.部品を作成する画面が表示される
8.単位を指定する.
[ツール] > [オプション] > [ドキュメントプロパティ] >[単位]
ここでは MMGS を選択して「OK」をクリック
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9.「押し出し」をクリック(または「挿入」>「ボス/ベース」>「押し出し」)
10.フィーチャーの断面をスケッチする平面として正面をクリック(画面に正面が表
示されていますが,まだ正面を選択していないので,必ず正面をクリックすること)
11.「スケッチ」タブの「矩形」をクリック
適当な位置で,矩形の対角線上のコーナーをクリックして,
「OK」 をクリックまたは右クリック→「選択」をクリックでコマンド終了
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12.中心線アイコンをクリック
13.辺の中央近くにマウスカーソルをもっていくと,中心点が現れるので,その点をク
リック
14.相対する辺も同じようにして,中心点をクリックして,右クリック→「選択」をク
リックしてコマンド終了
クリック
クリック
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20.<四角形に正確な寸法を与える>
コマンドマネージャーのスマート寸法をクリックし,
寸法を指定したい線をクリックして,その後,図形の外側にマウスを動かす.
すると,その線から寸法線が引き出され,任意の位置でクリックすると寸法の記入欄が現
れる.キーボードで正しい数値を入力し,「OK」ボタン をクリックすると寸法値が修正
される.(数値の入力欄に単位がないときは,入力欄の下の「単位」の「>」をクリックし
て「mm」を選択)
1500mm
800mm
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修正後,図形がグラフィック領域に収まらなくなった場合は,ヘッズアップビューツール
バーの「ウィンドウにフィット」ボタン
をクリックすればよい.
21.<スケッチ終了と押し出し寸法の指定>
コマンドマネージャーの「スケッチ終了」をクリック.
押し出しのプロパティマネージャーが現れるので,方向1の「ブラインド」をそのままに
し,押し出し寸法を修正(板厚「20mm」)して,OKボタン をクリック.
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24.ヘッズアップビューツールバーの「表示方向」 をクリックして,「正面」をク
リック.するとモデルの正面を表示する
25.「円」を選択し,テーブルの隅のひとつで円の中心をクリックし,円周上の点をク
リック.
すると,円が平面上に描かれ,プロパティマネージャーに円の半径を入力する欄があるの
で,円の中心の座標と半径を入力(ここでは単位不要)してから,OKボタン をクリック
345mm
690mm 100mm
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26.<スケッチ終了と押し出し寸法の指定>
スケッチ終了をクリック.すると押し出しのプロパティマネージャーが現れる.表示の向
きは不等角投影に変更する.
(1)ヘッズアップビューツールバー(グラフィック領域の上あたりにある)から
「表示方向」 をクリック
(2)不等角投影をクリック
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(3)方向1の「ブラインド」をそのままにし,押し出し寸法を修正(「600mm」)し
て,OKボタン をクリック.ここで、「結果のマージ」にチェックが入っていることを確
認。
(参考)「結果のマージ」にチェックが入っていないと,一体化しないでマルチボティ化
する.(マルチボディは,ブーリアン演算などを使ってソリッドボディを作るときなどに
使う.ただし,材料は同じになる.足だけ材料をかえるには,足を別パーツで作って,ア
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28.<材料の定義>
(1)Feature Manager デザイン ツリーで 材料 を右クリックし、材料編集 をクリッ
ク
(2)アルミ合金の中の 1060 合金を選択し、「適用」をクリックし,「閉じる」をクリッ
ク
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演習資料 作成:江澤良孝
SolidWorks Simulation による3次元応力解析
1.Simulationタグをクリック →「新規スタディ」の下の▼クリック
→「新規スタディ」をクリック→ 静解析を選択 → 「OK」ボタン をクリック
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2.材料選定(CAD 部分で材料を選定してあればこの作業は不要):
CAD段階で材料選定しておくとデザインツリー0静解析の Part1のところに材料が
表示されている。この場合は解析での材料は選定済み。
Part1の横に材料名が表示されていないときは、選定されていないので
(1)「材料適用」クリック
注意:「材料適用」をクリックすると,材料定数定義画面で
のようになる.すなわち,「降伏強さ」が赤色で入力必須になる.この値を
入力しないとエラーメッセージがでる.線形の弾性解析では降伏強さの値は
不要なので,適当に大きな値を入力しておけばよい.CAD部分で材料を選定
してあれば「材料適用」のクリックも不要なので,このような配慮は不要.
(2)アルミ合金の中の 1060合金を選択し、「適用」をクリックし,
「閉じる」をクリック.
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3.境界条件:拘束条件
Simulationタグの「拘束アドバイザ」の下の▼をクリック
脚の裏に固定拘束を設定する
(a)「固定ジオメトリ」をクリック
(b)拘束 PropertyManager が表示されるので,「タイプ」タグになっている
ことを確認
(c)固定する面(脚の裏)が見えるように、テーブルを回転させる
マウスホイールを押しながらドラッグ)
固定面を4つ選択(エッジではなく面の選択になるように注意)
→ 「OK」ボタン をクリック
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4.境界条件:荷重
(a)まず、荷重をかける面が見えるように、テーブルを回転させる(マウスホイールを押
しながらドラッグ)
(b)Simulationタグの「外部荷重アドバイザ」の下の▼をクリック
(c)「力」をクリック
(d)グラフィック画面上で荷重をかける面をクリック
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(e)「垂直」を選択
(f)単位 を目的の圧力単位「SI」に設定
(g)「500」と打ち込む
(▼の右が「N」(ニュートン)になっていることを確認すること)
(h)グラフィック画面上で荷重の向きを確認し、下向きになっていなかったら,
「反対方向」のチェックをいれて、荷重の向きを下向きにする
(i)「OK」ボタン をクリック
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(j)次のような画面になる
5.メッシュ作成
Simulationタグの「スタディの実行」の下の▼クリック
→ 「メッシュ作成」クリック
→ メッシュ密度を選択(今回はこのままでよい)
→ 「OK」ボタン をクリック
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<参考>なお、今回は不要であるが、メッシュパラメータを展開すると
下記のようになり、「曲率ベースのメッシュ」を選択すると
必要に応じて二次要素が使われる。
6.念のため、解析の前に一度,指定保存する
「ファイル」 → 「指定保存」 → 保存先を選んで保存する
7.解析実行
「スタディの実行」の下の▼クリック → 「スタディの実行」クリック
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10.z方向変位(下向き変位)の図にしてみよう
「結果アドバイザ」 → 「新規プロット」 → 「変位」
11.「変位プロット」の「表示」で「UZ:Z方向変位」を選択して、OKボタン をクリ
ック
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《他の形状に変更し再解析するには》
(1)まず現在の解析結果から必要な数値を読み取り,記録し,さらに画像ファイル等で画面
を保存した後,解析を削除(方法は下記参照)してから,モデルを変更し,再解析するこ
とをお勧めします.理由は,解析結果の表示はモデルの形状の情報を使っているため,モ
デルの形状を変更すると,モデル形状と解析結果の対応が崩れ,解析結果の表示がおかし
くなることがあるためです.新形状に対する解析結果が自動表示されることはありませ
ん.形状を変更したら,境界条件の設定,メッシュ作成を含めて解析作業を再度実行して
ください.
参考:《画面をキャプチャする方法》
(a)次の方法のいずれかで画面をクリップボードにコピーする
・「PrintScreen」キー(「PrtSc」などと表示されていることが多い)
画面全体をキャプチャ
パソコンによっては,「Fn」キーも同時に押す必要がある
・「Alt」キー + 「PrintScreen」キー
最前面のウィンドウのみキャプチャ
パソコンによっては,「Fn」キーも同時に押す必要がある
・「Windows」キー + 「Shift」キー + 「S」キー
選択した範囲をキャプチャ
・「Windows」キー + 「PrintScreen」キー
画面全体をキャプチャ(「ピクチャ」フォルダに「スクリーン
ショット」というフォルダが作成され,PNGファイルで保存される)
(b)次に「ペイント」を起動して,「貼り付け」を行う
(2)その後,「モデル」タブをクリックして,モデル画面に変更する
タブを右クリック
削除をクリック
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(3)必要に応じてスケッチ編集,またはフィーチャー編集を行う
Feature Managerデザインツリーから,フィーチャーまたはスケッチを右クリックし,
表示されるコンテキストツールバーから「フィーチャー編集」または「スケッチ編集」を
選択(詳細は,後述)
《材料を変更するには》
「SolidWorks の基本操作」の中の,<材料データの設定>を参考にして変更すること.
SolidWorksの材料一覧にある材料には,弾性係数等が入ってないものがあるので,そのよ
うな材料を使うときは,弾性係数等を自分で調査して「全く新規に材料を定義する場合」
を参考にして設定すること.
フィーチャー編集
立体化する範囲や方向,値などを
修正,変更できる
スケッチ編集
寸法,幾何拘束の追加や削除,
値の変更などができる
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参考:《斜め補強の入れ方》
もし,下記のような斜め補強を入れたい場合は,「SolidWorks の基本操作」の<スケッチ
平面(参照ジオメトリ)の作成>のなかの「例 6 円柱の軸と軸を結ぶ参照ジオメトリを
使った場合(テーブルの脚を例に)」(47ページ)を参照してください.そこに作成方
法が詳細に説明してあります.(斜め補強を推奨しているわけではありません.あくまで
も自分の考えで設計してください)
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参考:《スケッチ編集とフィーチャー編集の例》
(1)修正前
(2)「ボス-押し出し1」を右クリックして,「フィーチャー編集」をクリック
(3)押し出し寸法を修正
(4)「OK」ボタン をクリック → 押し出し寸法が修正される
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(5)押し出し寸法の修正後(板厚が変わった)
(6)「ボス-押し出し2」を右クリックして,「スケッチ編集」をクリック
(7)足の根元の円をひとつだけクリック → 円の半径を修正
(8)他の足の根元の円についても,作業(7)を繰り返す