H25 創造設計演習 ~ 振動設計演習 1~ 1
ゆれない片持ち梁の設計 振動設計演習全体 HP(2011 年度まで使用 今は閲覧のみ ): http://hockey.t.u-tokyo.ac.jp/shindousekkei/index.html M4 取付ネジ 2 Xin 加振器 50mm 幅 30mm 材料 :A2017または ABS 樹脂 計測点 :Xout 2mm? Hz CAD 所望の特性になるまで繰り返す? Hz 有限要素法ソフト ANSYS を用いた動特性解析 CAE ワイヤカット : 外形線を放電加工で切断 ( 母材 :A2017) CAM 設計ツールとして有限要素法を使う 設計パラメータの探索 最適化 性能への影響評価 設計ツールとしての正しい使い方 2
スケジュール 振動 CAE 演習 (1): ANSYS 操作法の習得 (2D 静解析 ) SolidEdgeとの連携振動 CAE 演習 (2): モード解析 周波数応答解析の習得振動設計演習 (1): コマンドを用いた解析 CADモデルの作成開始ワイヤーカット加工見学 (13:00から) 振動設計演習 (2)~(4) : CAD ANSYS 振動設計演習 (5) : CAD ANSYS + 最終設計案の提出 3
汎用有限要素法ソフトウェア ANSYS 静的構造解析 流体解析 動的構造解析 破壊解析 構造座屈解析 静電場解析 疲労解析 圧電解析 伝熱解析 音響解析 電磁場解析 連成解析 振動設計演習 ANSYS HP: http://www.fml.t.u-tokyo.ac.jp/ansys/ 4
ANSYS 使用上の注意 ( 座席に注意 ) ANSYS はライセンス制度により厳密に管理 2 プロセス以上立ち上げないよう注意すること (2 回目以降, 座席の移動は禁止 ) スクリーン 演習室入口 ANSYS 13.0 : 50 台 節点数 :32,000
有限要素法 ( 静的構造解析 ) 力学的境界条件 弾性体の変形 与えられた境界条件のもとで 弾性論をベースとした偏微分方程式を解く問題 節点 要素 変位境界条件 解析対象を有限の要素に離散化し 隣り合う要素を節点によって結合して近似を行い 未知量を数値計算 ( マトリックス計算 ) によって求める手法 詳細原理は水曜 2 限講義 有限要素法 6
解析手順 1 ELEMENTS プリプロセッサ 解析モデルの作成 Y Z X 要素選択と要素分割 材料定数の入力 境界条件の設定 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 UY (AVG) RSYS=0 DMX =1.14 SMN =-1.139 ポストプロセッサ Y 解析の実行 MX Z X MN 解析結果の表示 -1.139-1.013 -.886181 -.759584 -.632987 -.506389 -.379792 -.253195 -.126597 0 7
単位系 Ansys: 決まった単位系はなく 自分が定める単位系に対して物性値を設定 SolidEdge が mm 系のため mm-n-sec 系をここでは使うこととする 8
課題 1 ~2D 片持ち梁のたわみ解析 ~ P=100 N y A h =5 mm x L = 90 mm b =10 mm 物理モデル : 平面応力 要素 : ソリッド四辺形 8 節点 材料 (S45C): ヤング率 E = 205GPa, ポアソン比 ν= 0.3 単位系 : 長さ [mm] 力 [N] 応力 [MPa] 境界条件 : 左端 xy 方向変位拘束 点 A でのたわみ v を求め 材料力学の式と比較せよ ν = 9
材料力学参考資料
ANSYS の立ち上げ (1) スタート すべてのプログラム ANSYS 13.0 ANSYS Product Launcher シミュレーション環境 ANSYS ラインセンス ANSYS Academic Teaching Introductory ( 初回のみ ) プリファレンス をクリックし ANSYS 言語 を ja とする 11
ANSYS の立ち上げ (2) プリファレンス をクリック 1 ワーキングディレクトリ の作成 C: ドライブに新しく CAE などのフォルダを作成 CAE 以下に ( 学生証番号 t*****) フォルダを作成 ワーキングディレクトリ欄 参照 から作成した C: CAE t***** フォルダを指定 2 ジョブネーム ( 作成ファイルの名前 ) の指定適当な名前でよい ただし 英数字 8 文字以内 12
データの途中保存をするには? 13
データの途中再開 読み込みをするには? 14
解析モデルの作成 総合プリプロセッサ モデリング 作成 エリア 四角形 2 対角点 原点座標 Width: 四辺形幅 Height: 四辺形高さ 15
要素選択 総合プリプロセッサ 要素タイプ 追加 / 編集 / 削除 16
要素選択 ソリッド PLANE183 を選択 ソリッド四辺形 4 節点 ソリッド四辺形 8 節点 要素内補間 変位 形状を二次式で近似するため 精度が高い 17
要素選択 ~ 要素オプション 属性設定 ~ 2D の場合で設定する 平面ひずみ要素? 平面応力要素? 平面応力 + 厚さ を選択 18
要素選択 ~ リアルコンスタント ( 厚さ ) の設定 ~ 総合プリプロセッサ リアルコンスタント 追加 / 編集 / 削除 厚さ入力 19
要素分割 ( フリーメッシュ ) 総合プリプロセッサ メッシュ メッシュツール スマートサイズにチェック 下のバーを調節することで メッシュ密度を自動調整できる メッシュ密度 高 計算精度 高 計算時間 高 Ansys には節点 要素数制限があるので要注意! Mesh をクリック 20
要素分割 ( つづき ) 分割失敗 限度数越え 再メッシュ 分割成功 1 ELEMENTS 分割したいエリアを選択 Y Z X 21
材料定数の入力 総合プリプロセッサ 材料特性 材料モデル 構造 線形 弾性 等方性 EX: ヤング率 PRXY: ポアソン比 入力後は 材料モデルの定義 は閉じてよい 22
境界条件の設定 ( 拘束条件 ) ソリューション 荷重定義 定義 構造解析 拘束 / 変位 ライン 左端 (x=0) のラインを矢印で選択 見にくければ拡大等を行う 23
境界条件の設定 ( 拘束条件 ) この問題では全自由度を VALUE 変位量 0 として拘束 固定端条件 24
境界条件の設定 ( 荷重条件 ) ソリューション 荷重定義 定義 構造解析 力 / モーメント 節点 右上の節点を矢印で選択 25
境界条件の設定 ( 荷重条件 ) この問題では y 方向下向きに荷重をかける ( マイナスで下向き ) 26
解析の実行 解析の実行の前に SAVE_DB をクリックして 途中経過を保存しておく ソリューション 解析の実行 現荷重ステップ 27
解析結果を見る ~ 変形形状 ~ 総合ポストプロセッサ 結果 - グラフィック 変形形状 1 DISPLACEMENT STEP=1 SUB =1 TIME=1 DMX =1.14 Y Z X 28
解析結果を見る ~ たわみ分布 ~ 総合ポストプロセッサ 結果 - グラフィック コンター表示 節点解 自由度解 Y 成分変位 1 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 UY (AVG) RSYS=0 DMX =1.14 SMN =-1.139 Y MX Z X MN -1.139-1.013 -.886181 -.632987 -.379792 -.126597 -.759584 -.506389 -.253195 0 節点解 応力 x 成分応力とすれば σ x 応力分布が表示される 29
解析結果のチェック 変形形状のチェック剛体運動 回転運動していないか? オーダーエスティメーション正しい単位系が入力されているか? 理論解と一致しているか? メッシュの精度適切な近似がなされているか? 特異点の有無 30
解析の終了 ファイル 終了 形状 + 荷重データを保存 にする 31
メモページ
課題 2 ~3D 片持ち梁のたわみ解析 ~ z y Z Y X x 72 N L=72 mm A h=4 mm b=8 mm 要素 : ソリッド四面体 10 節点 材料 (S45C): ヤング率 E = 205GPa, ポアソン比 ν= 0.3 単位系 : 長さ [mm] 力 [N] 応力 [MPa] 境界条件 : 左端 xyz 方向変位拘束 点 A でのたわみを求め 材料力学の式と結果を比較せよ 33
解析手順 2D モデルからの変更点 解析モデルの作成 3D データを SolidEdge で作成 要素分割 四面体要素を使用 (SOLID10 節点 92) 材料定数の入力 境界条件の設定 拘束をエリアで設定 解析の実行 解析結果の表示 34
SolidEdge からの取り込み 単位系を統一すること ソリッドエッジ : mm 単位系 Ansys: 単位系はなく 自分の定める単位系に対しての物性値を設定 Ansys との IGES ファイルフォーマット の 3D データでやり取りすること ファイル 名前をつけて保存ファイルの種類 : IGES を選択 オプションをクリック 35
SolidEdge からの取り込み 単位にミリメートルを指定! 36
SolidEdge からの取り込み 37
SolidEdge からの取り込み ANSYS から IGES を読み込むファイル インポート IGES ファイルを指定 正しく読み込めれば 3D ボリュームが表示される 38
要素選択 (3D) ソリッド 四面体 10 節点 92 を選択 ソリッド四面体 10 節点 複雑な CAD 形状の自動分割に適している ただし 3D での節点 要素数は 2D に比べ飛躍的に増加することに注意! 39
境界条件の設定 ソリューション 荷重定義 定義 構造解析 拘束 / 変位 エリア とすれば面での指定もできる 40
課題 3 ~3D 単純支持梁のたわみ解析 ~ 三次元問題では 境界条件がより複雑になる 剛体運動 回転運動していないか? 正しい境界条件の下 解析をせよ p = 1 N/mm 2 ( 分布荷重 ) z y Z Y X x L =72 mm h = 4 mm b = 8 mm 材料 (S45C): ヤング率 E = 205GPa, ポアソン比 ν= 0.3 解答 ) 最大たわみ 0.32 mm 41
ソリューション 荷重定義 定義 構造解析 圧力 エリア 分布荷重のかけ方 上面を選択して 分布荷重の値を入力 42