Fusion360でCAE~同じ断面形状に加わる荷重方向の違いによる曲げのシミュレーション

Created Date: 2017-11-15/ updated date: 2017-11-15
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    Summary
    3D CADのFusion360には優れたCAE機能があります。ここでは断面の違いによる曲げのシミュレーションを試してみます。

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          Making

          • まずは断面が5mm×20mmで長さが150mmの図面を作成し、端部に集中荷重が加わるようにします。このとき集中荷重が加わる方向は比較のため、短辺のものと長辺のものを用意します。
            • 「荷重」をクリックしてから「構造荷重」をクリックします。2つのはりの端部(エッジ)をして、下向き(Y方向)に荷重を加えます。このとき下向きなので-をつけます。ここでは1000Nを加えてみます。
              • 最終的な開始の確認画面です。これでよろしければ、「1スタディを解析」をクリックすると解析がはじまります。
                • この解析には1分ほどかかりました。解析結果はいくつかの表示形式があります。最初に出てくるのは「安全率」です。ここでは赤い部分がかなり危険だという指摘がされました。
                  • こちらは応力(=単位面積あたりにはたらく力)になります。長辺に集中荷重を加えているはりの根元付近に大きな応力がはたらいていることがわかります。
                    • 次は変位の表示です。長辺に集中荷重を加えたはりの端部が大きく変形していることがわかります。
                      • このシミュレーションからは、同じ断面形状であっても、曲げる方向によって曲がりやすさが異なることがわかります。すなわち、同じ長方形の断面形状でも、長辺よりも短辺に荷重が加わるように活用したほうが、曲げに強いことがわかります。この断面のことを断面係数といい、各断面形状に応じて公式が定められています。長方形断面の断面係数zを求める公式は図のようになります。ここで断面係数の値が大きいほど曲げに強いということになります。すなわち、縦方向のhを2乗するのでこの図で荷重が上方向から加わる場合、縦長に活用した方が曲げに強くなるのです。確認のため実際の数値を入れて計算してみましょう。
                        • 縦長で使用する場合、z1=(5×20×20)/6=333.3 ㎜3 (3は右上の3乗)
                          横長で使用する場合、z2=(20×5×5)/6=83.3 ㎜3 (3は右上の3乗)

                          よって、縦長で使用する場合の方が、断面係数が大きく、曲げに強いことがわかります。
                        • なお、シミュレーション結果で「応力」とある図は、
                          応力σ=曲げモーメントM/断面係数zで求めた結果です。
                          ここで曲げモーメントMとは、荷重F×荷重が加わる長さLのことです。
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