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有限要素法 基礎講座(第1回:有限要素法とは?) | Snow Bullet 1.有限要素法とは? 有限要素法とは 説明. ・有限要素法という言葉を聞くと、難しい解析方法のように感じるかもしれません。でも、感覚的に有限要素法を理解してみましょう。 ・有限要素法は、物体を 有限個の要素に分割 して解く手法です。すなわち、解析したいものをいくつかに分割すればよいのです。 ・物体を分割するのにどのような方法があるでしょうか?たとえば長方形の物体を分割してみます。 ・Aは1本の線で分割したもので、「ビーム要素」と呼ばれます。 ・Bは三角形や四角形で分割したもので、「シェル要素」と呼ばれます。 ・Cは三角・四角錐や三角・四角柱で分割したもので、「ソリッド要素」と呼ばれます。 ・それぞれの分割は、分割の交点である「節点」と、節点と節点を結ぶように配置される「要素」から構成されます。 ビーム要素であれば、2節点、三角形のシェル要素であれば3点、4角柱のソリッド要素であれば8節点です。 ・ここで、有限要素の一つに「ビーム要素」を挙げていますが、多くの技術者はビーム要素による骨組み解析と、有限要素解析は別物だと感じているのではないでしょうか? ・しかし、物体を有限の要素に分割して解析するという意味では、骨組み解析は有限要素解析の1つとなります。 ・馴染みの深い骨組み解析の解析理論を理解すれば、有限要素解析の基礎を理解できます。 ・それではまず、骨組み解析の理論をもとに、有限要素解析の理論を理解していきましょう。 error: Content is protected! !
有限要素法(FEM)を使ったシミュレーションには、解析目的により様々な工学的な知識が必要です。 ここでは、有限要素法(FEM)を使う際の基本的な知識についてまとめています。 FEMのツールとして、FreeCADを使っています。 スポンサーリンク 目次 3D CADとシミュレーション 有限要素法(FEM)について FEM(有限要素法)の要素とメッシュについて 変形量と応力のシミュレーション FEMを使うための材料力学 材料力学 FEMを使うための応力の基礎知識 応力とは何か 歪(ひずみ)とは何か 材料特性(ヤング率とポアソン比) 2つの応力、フォン・ミーゼス応力と主応力 4つの応力(垂直・曲げ・せん断・ねじり)と2つの弾性係数(縦横) FEMによる解析の基礎知識:設計モデルと実物 解析モデルの簡素化が必要な理由と簡素化例 形状モデルと実際のモノとの違い 応力解析におけるモデル形状、荷重や拘束による特異点 FEMモデルによる変位と応力解析結果の違い 設計に関する基礎知識 図面寸法と実寸の幅(公差)と公差の計算方法 初心者が参考にできる材料選択の標準はありますか? 3D CADとシミュレーション 「製品の品質とコストの8割は、設計段階で決まる」と言われています。 3D CADやシミュレーションツール(CAE)を設計ツールとして活用することで、設計力を強化させることができます。 ものづくり白書2020:製品品質とコストの8割を決める設計力強化 製品の品質とコストの8割は設計段階で決まると言われています。一方でコスト削減の8割は製造コストによるとも言われ、メーカーの体力勝負になっている一面もあるようです。「2020年版ものづくり白書」を引用しながら設計力の強化について説明します。 2021. 06. CAE解析に必要な「有限要素法」について ｜パーソルテクノロジースタッフのエンジニア派遣. 19 スポンサーリンク 有限要素法(FEM)について FEM(有限要素法)の要素とメッシュについて FEM(有限要素法)により得られた解析結果を評価するために必要な、FEM(有限要素法)の基礎知識について説明しています。 有限要素法と要素分割(メッシュ) メッシュの種類 メッシュと計算精度 メッシュの細かさについての考察 FEM(有限要素法)とは:要素とメッシュについて FEM(有限要素法)により得られた解析結果を評価するために必要な、FEM(有限要素法)の基礎知識として、有限要素法と要素分割(メッシュ)、メッシュを切る要素の種類、メッシュと計算精度、メッシュの細かさについての考察について説明しています。 2021.
02. 23 変形量と応力のシミュレーション 設計で使う、FEM(有限要素法)による変形量と応力のシミュレーションの解析結果表示について説明しています。 モデラーから設計者に:CAEで変形量と応力のシミュレーション 3D CADは製図をするだけでは工数が増えるだけでメリットがありません。設計モデルによるシミュレーション(変形量、ミーゼス応力)、モデルの再利用、設計ノウハウの蓄積と活用などにより、設計(設計力)のレベルアップにつなげることができます。 2021. 27 FEMを使うための材料力学 材料力学 工学知識の中でも「材料力学」についての基礎的な知識は必須だと考えています。 材料力学の応力や変形についての基本的なことを説明しています。 FEMを使うために必要な基礎知識:材料力学 CAEツール(FEMなどの解析ソフト)は、基本的な操作方法に加え解析方法などの基礎的な知識も必要です。ここでは、FEM解析に必要な基本的な知識として、材料力学、FEM(有限要素法)、解析ソフトを利用するための基礎知識についてまとめています。 2021. 有限要素法とは - Weblio辞書. 27 スポンサーリンク FEMを使うための応力の基礎知識 応力とは何か 製品設計でよく使われるFEM(有限要素法)によるシミュレーションが、応力解析です。 設計者は、 使用する材料、製品の形状などの設計条件を満足できるのか 複数の設計案の中でどれがよいのか などをFEMの応力解析で検証や比較をすることができます。 FEMを使ったり、解析結果を理解するために必要な応力についての基本的な知識について説明しています。 FEMを使うために必要な基礎知識:応力とは何か 有限要素法(FEM)による解析(シミュレーション)には、工学知識の中でも材料力学の基礎知識が必要です。FEMの解析結果を理解するために必要な応力に関する基本的なことについてまとめています。 2021. 27 歪(ひずみ)とは何か FEM(有限要素法)による応力解析に必要な材料特性には、ヤング率やポアソン比があります。 ヤング率やポアソン比についての理解を深めるためには、応力に加え歪(ひずみ)について理解することが必要です。 歪(ひずみ)についての基本的な知識について説明しています。 FEMを使うために必要な基礎知識:歪(ひずみ)とは何か FEM(有限要素法)による応力解析に必要なヤング率とポアソン比についての理解を深めるためには、応力と歪(ひずみ)についての理解が必要です。歪(ひずみ)とは何か、縦歪、横歪、ポアソン比、圧縮歪、せん断歪について基礎的な内容をまとめています。 2021.
要素と節点 有限要素解析で用いる要素の頂点を節点といい、要素辺上に設ける点を中間節点といいます。中間節点を設けることで形状を正確に表現することができ、要素内の変位の次数も2次になるので、解析の精度が上がります。一方、解析にかかる時間は増えます。なお、中間節点のない要素を1次要素、中間節点が1つある要素を2次要素といいます( 図3 )。中間節点が2個以上の要素は、最近はほとんど用いられません。 図3:四角形1次要素(左)と四角形2次要素(右) 要素には、形状の違いにより、バー要素、シェル要素、ソリッド要素の3種類があります( 図4 )。解析対象の構造に適した要素を選択することが重要です。 バー要素 シェル要素 ソリッド要素 図4:バー要素、シェル要素、ソリッド要素 バー要素はその名の通り、棒状の要素です。曲げモーメント伝達の有無により、トラス要素とはり要素があります。棒やはりなど、棒状の部材や骨組み構造の解析に適した要素です。バー要素を用いる際は、断面性能(断面積や断面2次モーメント)の設定が必要です。 続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 3. 仮想仕事の原理 保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。
27 材料特性(ヤング率とポアソン比) FEM(有限要素法)による応力解析に必要な材料特性には、ヤング率やポアソン比があります。 鋼材を例にヤング率とポアソン比について説明しています。 FEMを使うために必要な基礎知識:材料特性(ヤング率とポアソン比) FEM(有限要素法)による応力解析に必要な材料特性、ヤング率(縦弾性係数)、ポアソン比、及び、ヤング率とポアソン比の例(参考値)についてグラフや図を使い説明しました。 2021. 27 2つの応力、フォン・ミーゼス応力と主応力 製品設計でよく使われるFEM(有限要素法)によるシミュレーションが、応力解析です。 応力解析によく出てくる2つの応力、フォン・ミーゼス応力と主応力の基本的なことについて説明しています。 FEMを使うために必要な基礎知識:2つの応力、フォン・ミーゼス応力と主応力 FEMの応力解析結果の評価には、変位と応力が使われます。ここでは、2つの応力、フォン・ミーゼス応力と主応力について、3つの理論、最大主応力説、最大せん断応力説、せん断ひずみエネルギー説についてまとめています。 2021. 03. 有限要素法を学ぶ. 03 4つの応力(垂直・曲げ・せん断・ねじり)と2つの弾性係数(縦横) モノづくりの設計では弾性係数や応力を扱いますが、弾性係数には縦と横の2つ、応力には垂直(圧縮、引張)、曲げ、せん断、ねじりの4つがあります。 連結金具のせん断応力を求める問題を例に4つの応力と2つの弾性係数について説明しています。 4つの応力(垂直・曲げ・せん断・ねじり)と2つの弾性係数(縦横) モノづくりの設計では材料を選び、形状を考え(設計)、設計を評価する際には弾性係数や応力を使います。ここでは、連結金具に加わるせん断応力の例、垂直(圧縮、引張)、曲げ、せん断、ねじりの4つの応力、縦と横2つ弾性係数について説明します。 2021. 27 スポンサーリンク FEMによる解析の基礎知識:設計モデルと実物 設計者がFEMで応力解析などを行う場合、設計モデル(形状)と実物との違いなど、注意が必要なポイントについて説明しています。 解析モデルの簡素化が必要な理由と簡素化例 FEMで解析する場合3D CADの設計データ(形状モデル)を使うことが多いのですが、シミュレーションの目的に応じた解析モデルの簡素化が必要な理由などについて説明しています。 FEMで使う解析モデルの簡素化が必要な理由と簡素化例 CAEシミュレーションでは3D CADの設計データを利用しますが、シミュレーションの目的により解析モデルの簡素化が必要です。設計データとFEMの解析モデルの関係をバットや自動車の車体の振動解析モデル、解析結果に影響するモデルで説明します。 2021.
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