AUTODESK FUSIONによる静的応力解析

Created Date: 2025-06-29/ updated date: 2025-06-29
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    Summary
    鋼の片持ちはりに集中荷重を加えたときの応力解析です。

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            • マテリアルの設定

              マテリアル→スタディマテリアルから、材料を選択します。デフォルトは鋼です。

            • 拘束条件を設定する

              このままでははりが空中に浮いているので、はりの左側を固定して、右端から集中荷重を加えることとします。「拘束」→「構造拘束」から、はりの左端をクリックして拘束します。このとき拘束部に鍵マークが表示されます。

            • 荷重を加える

              右端に集中荷重200Nを加えます。このときX,Y,Zの方向を確認して、ここではY方向に-200Nとします。

            • プリチェックで解析の準備をする

              プリチェックで解析の準備をします。できていない場合には、緑のチェック入りの〇が赤のままになります。特に拘束条件などを確認しましょう。

            • 解析を実行する

              「プリチェック」の下にある「解析」を実行します。この計算にはある程度時間がかかります。この例では１～２分かかるでしょう。

            • 解析中の画面です

              「準備完了」を確認したら、「1スタディを解析する」をクリックして解析を開始します。この場合、１～2分かかります。

            • 解析終了のお知らせ

              解析結果は図示をされて、それを見て解釈をするのですが、「結果の詳細」として、安全かどうかの結果が文字で示されます。ここでは「実際の最小安全率」とのことで、「デザインは耐えられる限界です」と示されました。一般に安全率は、理論値の3.0倍が目安とされます。

            • 結果を解釈する（安全率を見る）

              片持ちはりは根本に大きな力を受けるので、ここが安全率２となり、他より低くなっていることがわかります。そのため、文字でも指摘されたので、できればここは3になるように、厚さを増やすなど、形状を工夫する必要があります。

            • 解析値と理論値の比較

              ここで解析結果と理論値を比較してみましょう。材料力学の基本式から、断面係数とモーメントを求めて、応力の式に代入した結果、応力は240MPaとなりました。これは解析値の206MPaよりやや大きな結果です。このずれは、計算過程におけるFEMのメッシュの粗さや拘束条件などが完全に理論値とは対応していないことがあげられます。今回は解析値が理論値より約15％低い値が出ていますが、このくらいでしら有用な結果と言えるでしょう。

            • 材料の違いによる比較実験

              1つの材料ではなく4種類の材料で同じ実験をして比較してみましょう。これは材料を左から、金（ゴールド）、銀、CFRP、ABS樹脂としたものです。

            • 解析結果（安全率を見る）

              安全率の結果です。ABS樹脂が一番小さく危険であることがわかります。CFRPは安全と言えます。さすが航空機に使用される軽くて丈夫な材料です。実際には繊維方向なども考慮して計算しないといけないとは思いますが。

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