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みなさんの職場での「たわみ計算」について
- 質問者は「強度解析ソフト from プラスさん」の質問で、ロールに於けるたわみ計算ソフトについて質問しましたが、回答を得られず、新たな質問を復活させました。
- 質問者はロールによる自重のたわみ計算に興味があり、自分でExcelを使ってテンプレートを作成して便利に使おうと考えています。
- 質問者はたわみ計算にはソフトに頼らず自作のExcelソフトでも十分に使えると感じており、たわみ角法よりも面積モーメント法を好んで使用しています。
- 機械設計
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埋まってたので追記ではなく回答で再出させていただきます。 条件を少し変えて再度解析してみました。 材料は先日のものと同じで固定条件を変更 左右の中心対称拘束はそのまま。 前後方向も対称拘束に変更。 φ100部のベアリング拘束を取り消し、△部の点の上下方向を拘束。 メッシュも平均サイズを板厚（11ｍｍ）に変更。 結果は中央部のたわみ量が1.065mm 最大応力が1.4,601,552.0(N/m^2))※Von Mises応力 安全率 1.64倍 となりました。 △部の固定近くで応力が集中して応力は異常な結果になっています。 中央部で6,973,270.0(N/m^2) φ100とφ143.2部の継ぎ目で1,342,274.5(N/m^2) という応力になっているので実際の最大応力は中央部のもので考えて 良いかと思います。 手計算に近い結果となってきましたね。 物体のXYZ方向が全体として固定されていれば解析ができるので 固定部分に幅を持たせたり、いろいろ現実に近い方法を検討できる のも面白いのですが、より条件の設定に技量が問われることになります。 ここまでの解析とこの文章を打つので３０分程度です。 （文章打ってる時間のほうが長いですが） 解析自体は前回のモデルを流用してるので３分ぐらいです。 簡単に計算できるので便利なソフトですが、導入への一番のネックは価格ですね。 簡単に調べてみたところ、3DCADと解析ソフトのパッケージで160万円、 保守契約費用が年間30万円・・・ PCもそこそこの性能のものがほしくなりますし、使い方を覚えるための 講習費用もというと初期費用で200万円以上かかることになりますから。 設計者の工数削減と試作費用の軽減でペイできるかどうかですよね。 安全率についてはφ100部の△１点を固定して解析したため そこに極端な応力集中が発生してしまい、このような結果 となってしまっております。 局部的に発生してる集中応力14,601,552.0(N/m^2)に対する 安全率が1.64倍になります。 ・・・誤記があったことに今気がつきました。 局所的な集中応力を除いた部分での最大応力が中央部で発生 しており、そこの応力が6,973,270.0(N/m^2)です。 解析結果はメッシュ（４面体）の頂点であれば数値の確認 をすることができるため、中央部の応力を確認してあります。 クラウドではないですが弊社の環境は今Solidworks Simulationは ネットワークライセンスにて共用しています。 Solidworks自体も一部ネットワークライセンスになっています。 高価なソフトなのでたくさん購入するのは困難でも少数購入し ネットワークライセンスにて共用するのであればハードルは 下がるかもしれませんね。
その他の回答 (7)
Solidworksにて解析してみました。 材質は全て E=2.1e+11(N/m^2) 密度7800(kg/m^3) としています。 両端φ100部をベアリング受け、左右対称拘束をつけました。 荷重は自重のみ。 メッシュはデフォルトのままです。 中心部の最大たわみ量は1.348(mm) 最大応力は6,688,026.0(N^m^2)※Von Mises応力 安全率32.98倍 となりました。 簡単にやっただけなので手計算などと照らし合わせて メッシュ調整をしたほうがいいのかもしれないですね。 拘束条件はいろいろなやり方があるのでここも検討要因ですね。 完全固定、ローラー受け、一方向のみの固定・・・ 受ける部分の指定も面、エッジ、点・・・ ここの設定を失敗するととんでもない回答がでてきます。 Inventorを知らないので正直比較はできないですね・・・ フレーム構造についてですが今現在進化途中のようです。 鋼材などの組み合わせを梁の計算で行えるようにして簡略化を図っているようです。 ただ聞いた話では、鋼材と厚板の組み合わせたフレームなどはまだうまく解析できないことがあるようです。 苦手なのは全体サイズに比べて板厚が薄いところのある構造物ですね。 メッシュサイズを大きくすると正確さがさがりますし、板厚に対して 十分な小ささのメッシュを切るとメッシュ数が多すぎてメモリ使用量が 大きく、解析時間も長くなってしまいます。
補足
回答ありがとう御座います。そうそう、私のやったFEMでの軸受拘束ではXY両方 を拘束しても最大たわみの大きさには変化はなかったが、3Dではやはり厳密な 拘束条件は必要なのでしょうね・・・まぁ作図の時からしてそうだからねぇー はははさんに実際にInventorでのロールの解析シュミレーションを見せて貰った が、Solidworksも同じようなものでしょうか？以前は、フレーム構造とか、 膜構造などの違いでソフト上の得手不得手があったように思うのですが如何？
inventor も回答5と同じです 簡単なものなら 5分もかかりません ボタンもぱちぱち押して行くだけ 設計して解析 強度的にダメなら 形状変えて（リブつけてみたり板厚変えてみたり） 設計して解析ができます これらが１０分位でできてしまうんです レポートも付けてくれます SWでもやってましたが メッシュはそんなに気にしなくてもいいと思います デフォのメッシュで充分です そもそもヤマ感で設計したものを 理論だてて見せてくれます （100％ではないが） 頓珍漢なこと言ってくる奴にはもってこいです まずぐうの音も出ません ↑ それでもぐうという女はいました（それで鬱になった） ３Dは重いと思われがちですが 実は２Dより軽いんです（データ量が減るから） また、 ここ数年のパソコンの能力のインフレ率なんか ドラゴンボール顔負けです まあ便能仁なんでi3のHD7770ですが http://www.vector.co.jp/soft/dl/winnt/hardware/se459849.html これ使ったら ジース級ですって http://www.google.co.jp/search?aq=&hl=ja&rlz=1T4GGLL_jaJP360JP360&q=%E3%83%89%E3%83%A9%E3%82%B4%E3%83%B3%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%83%AB%20%E3%82%B8%E3%83%BC%E3%82%B9&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=SxCuUKWqGO6imQWryIDIBQ&biw=1280&bih=568&sei=TxCuUL6CPOrmmAWbloHQBQ 話がずれましたが まあ、素人でも数10分で解析できちゃうところがすごいんです >>確か\10万する？凄いモノでしょうか いやいや 1万2千円で買いました（特価で） アマゾンで http://www.amazon.co.jp/MSI-Radeon-%E6%90%AD%E8%BC%89%E3%83%93%E3%83%87%E3%82%AA%E3%82%AB%E3%83%BC%E3%83%89-%EF%BC%88PCIe%E5%AF%BE%E5%BF%9C%EF%BC%89-R7770-2PMD1GD5/dp/B0079G87TE ￥ 11,596 です 能力のインフレは高く 価格のデフレはすごいのが パソコンの世界です >>新しいマシンだった気がしますけど？ 自作なんで、組んでも数万円台です WIN8が出たのでOSを入れ替えないといけないのですが もうXPは限界 http://bbs.kakaku.com/bbs/K0000427325/ もうすでに金がない 年明け早々車検だし 先々月雷でいった電源を昨日変えたばかりです ボーナスは出るのだろうか？ ヘルプデスク http://wikihelp.autodesk.com/Inventor/jpn/2013/Videos/Soft_Springs 100年進んでるのがわかるよね 今日は エアー機器の配管設計をしていた（馬込み） ３Ｄならぐうの音も出ないはずなのに ぼろかす言われた http://wikihelp.autodesk.com/index.php?title=Inventor/jpn/2013/Help/1310-Autodesk1310/3029-%E3%83%81%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%96%EF%BC%86%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%973029/3030-%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%88%E3%82%A2%E3%83%83%E3%83%973030/3031-%E3%83%81%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%96%26%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%973031 そこには骨ありませんと言ってるのに
お礼
嫌ぁ凄いですね。確かに100年遅れていますw でも皆、本当の意味で3Dやシュミレーションを使いこなしているのかなぁ～ Inventorのロールの説明している女性は早口過ぎて本当に解って話している？ っと、ついついイチャモンを付けたくなった。。。 進化し続けるInventorからどんどん差を開けられる中小企業では比較にならん 何とも羨ましい環境ですねぇ・・・ああ、手計算なんてやってられないねぇー
補足
はははさんは、確か古いPCがボツになって買い換えた新しいマシンだった気が しますけど？そうそう↓のグラボでしょ？確か\10万する？凄いモノでしょうか でも3Dゲーマーなら其れ位のは自宅に持っているんでしょ？私はゲームしないし http://www.amd.com/jp/products/desktop/graphics/7000/7770/Pages/radeon-7770.aspx ＞まあ、素人でも数10分で解析できちゃうところがすごいんです それは凄いです！うらやましい でも私は手計算で計算書を作ったり、計算することの方の比重が図面を書くこと や作ることよりも何方かといえば好きなので、余りに簡単に解けてしまうほうが 味気ないというか喜びをもぎ取られるような感じで少し気が引けてしまします Inventor11は少し弄った程度だけど面白かった。3Dを使いこなしてみたいなぁ 回答ありがとうございます えーそんなん安いの？じゃ私も載せ替えようかとも思ったが、OSもWIN_XPでは 確かに限界が近いのでWIN7にしようかと思っている。WIN8は少し早いでしょう 金は天下の周りモノと言われますが、少なくとも私の所には来てませんけどw
＞Soldworksによる解析ソフトについてもう少し突っ込んで回答願いたいです とのことでしたので回答（１）再出させていただきます。 Solidworksの解析ソフトは有限要素解析になります。 （CAEとしては一般的な解析方法だと思います） ご存知の方も多いと思いますが念のために説明しておくと有限要素解析とは 物体を任意の大きさの４面体として微小体積に分解して（メッシュを切って） 近似的に解析を行います。 隣接するメッシュからかかる力による変形を計算し、変形量から変換して その部分の応力として結果を出しています。 応力はメッシュの中心座標にかかっているものとして計算されます。 旧質問にあった段付ローラーを想定して、試しにSolidworksで径が途中で 変わる円筒形状のモデルを作成し解析してみました。 感覚的には当然のことながら段の角に応力が集中するはずです。 解析結果は径の変わるところから少しずれたところに最大応力が発生して いました。 段の角にメッシュの角や辺が来るようにメッシュが切られるため中心位置が 角からずれ、結果最大応力位置は角以外のところになってしまいます。 メッシュサイズの調整を行うことでより現実に近い結果を求めることは できますがメッシュを小さくしすぎるとPCの能力不足で解析ができなく なります。 少し前に話題になった「京」でも使えばかなり現実に近い結果を出せる のでしょうね・・・ 使う人の能力以上のことはできないと書きましたが、計算速度としては使う 人の能力以上のことができます。 ただしPCにあいまいなことに対する判断能力はありません。 段付ローラーについてだと「応力集中するのは角にきまってるからこの応力 は角にあるんだな」と変換できる人はいいですが、下手をすると「おおう！ 実は応力は角から少しずれたところが最大になるんだ！」なんて勘違いする 人もいるかもしれません。 後１点、ついつい勘違いしてしまうのがCADで描いたものと同じものを実現 できると思い込むことです。 解析を行うモデルは寸法公差、幾何公差全て+0/-0で描かれています。 現実でそのようなものが作れたら奇跡ですよね。 しかし計算は奇跡の形状で計算されています。 普通は無視できる誤差ですがどこまで無視していいかは判断が必要です。 まだまだ色々ありますがここまででもかなり長文なのでここまでとします。 φ50ｘ50mmとφ30ｘ50mm 全長100mmのモデルを再度作成してみました。 モデル作成にかかった時間は約１分。 φ50の根元を固定して自重のみかかった場合の解析を行いました。 使用したソフトはSolidworks Simulation Professionalです。 材質（炭素鋼（普通））拘束および自重の設定は３０秒以下、 解析完了までにかかった時間も３０秒以下でした。 最大応力はVonMises応力で40,702.2N/m^2（φ50固定部） 最大たわみはURES（合成変位量）で2.302e-005mm（φ30先端） との結果が出ております。 応力分布、変位量分布はカラーマッピングにより可視化されております。 ユーザー登録せずに画像UPできる方法がわからなかったので画像をUP できませんでしたが、固定端根元と段付部角から少しずれたところに 応力の高い場所が見受けられます。 製品版のSimulationだと自重設定、応力/変位量の表現（X方向のみなど） の変更ができます。 同梱されているX PressではVonMises応力、URES変位のみで重力による 自重は設定できないため同等の荷重をかけて解析することとなります。 そこは経験を積んで、拘束をどうするか、荷重をどうかけるかを決め 参考にできる解析を行う必要があります。 比較検討であれば変更する条件以外を一致させてやればわかりやすく また検討結果につなげることも簡単だと思います。 まだまだ解析は勉強中ですが奥が深いです・・・ おっとたわみ計算用モデルのURLを見てませんでした。 今日は時間が取れそうに無いので週明けにでも解析してみたいと思います。 おそらくモデリングは５分以下で解析は・・・・精度次第ですね。 えいやぁ！でやってしまえば設定含めて５分程度だと思いますが。 メッシュサイズなどの検討をすると１日ぐらいかな？
補足
回答ありがとうございます そうですねPCは予め決められたことを素早く間違いなく計算するだけですから 私も大概、大きく間違うときは入力値を記入ミスすることが殆どでしょうかね Solidworksの解析ソフトは有限要素解析のたわみ計算結果だけでも参考までに 大変お手数でしょうけど、教えていただけませんでしょうか？ また作業に要した時間なんかも判ればSWの威力が分かろうと思います 私も計算してSWの解析と比べてみたいです。急がないので、よろしくお願いします 何か簡単に解析できて面白そうですねぇ～うらやましいです だけどInventorに比較してフレーム構造物の解析は弱いと数年前には言われて いたようですが、今ではどうなのでしょうかねぇ因みにSWｎVerも判れば尚良
＞ロールによる自重のたわみ計算であれば ＞形状についてはモデル化できそうに思えるので、一度自分で ＞Excelを使って、たわみ計算のテンプレートを作成してしまえば ＞以後は大変楽になるだろう 上記の内容に賛同します。 私自身も、手製の表計算シートを使っています。 単にたわみの公式に数値を代入するものではなく、長手方向を多数の短い 区間分割して、個々の区間の応力に対する変形を合算するような作りに してありますので、長手方向の断面形状が途中で変化するような場合でも 柔軟に対応できます。
補足
ほほう、面白そうなEXCELの計算方法ですね 実は、昨晩、簡単なロール形状を作って計算してみたのですが 改めて、少し時間を作っていただき個々のソフトによる検証をここの場でしたい と思います。。。↑の追加質問に「モデル」図をupするので協力願いたいです
つhttp://uglab.web.fc2.com/fem_block.html で 終了なんだが まあ、モデルを作るのに INVENTORとかSWを使ったら CADに組み込まれてるし ・ ・ ・ 世界は100年ぐらい進んでるのに まあ、うちもだがww
補足
まぁ3DとFEM構造計算が合体しているのかは知らないんですけど カタログを見ればソコソコできるんでしょうが、解析専用ソフトに比較すれば 劣るのでしょう。ここでは、3D解析すれば・・・というのは置いときましょうか もとい 回答(1)さんにカブルけど、はははさんには、Inventroにおける、↑モデルの 使い勝手などなど、旧質問者のためになりそうな情報を教えて頂けると、 私も彼も嬉しいので、よろしくお願いします
梁の演習問題やネットの無料計算ソフト、等々を活用して、何回も計算して慣れることですね。 自分でも問題を作成し、ネットの無料計算ソフトで回答を作成し、手計算でその検証をするとかで。 判るより慣れろですかね、当初は。
補足
回答ありがとうございます 私はザックリ計算や手計算の確認時にはネット上の式を拝借することもある ↓はお気に入りで、何度か使っているので信頼度も高く使い勝手も慣れている http://homepage2.nifty.com/Pixy/calchtml/
単純はりのたわみ計算はExcelを使って計算できるように資料作成してました。 複雑形状のものはSoldworksが導入されているため解析ソフトでの解析をしています。 ただ手計算であろうが、解析ソフトの結果であろうが検証が必要ですよね・・・ 3DCADのモデルを使用した解析結果は完璧で現物と同じものになると勘違いされている方が非常に多いですが、そんなわけ無いですし。 実際解析結果はメッシュの切り方によって応力の集中する位置やたわみ量が変わってしまうので適正なメッシュを切ることが重要です。 メッシュが適正であるかの判断は、解析結果を見て判断することになります。 つまり結果の判断とその後修正/再解析するのは人間の判断です。 長くなりましたが、何を言いたいのかというとたわみ計算、応力計算を手計算したことも無い人が解析ソフトを使っても意味がないということです。 所詮ツールでしかないので使う人の能力以上のことはできませんよね・・・
補足
回答ありがとうございます Soldworksによる解析ソフトについてもう少し突っ込んで回答願いたいです 私は、内蔵されているツールの、はりのわたみ計算は見たことはあるのですが 旧質問者の?ロール?としての解析に限定し、モデルから解析結果などザックリ 紹介願えれば嬉しいです 「所詮ツールでしかないので使う人の能力以上のことはできませんよね」でも Soldworksのカタログには解析の専門家でなくてもできますってありますけどw まぁ所詮道具でしょうか・・・NCマシンも最近は随分と進化しているからなぁ
お礼
随分と前の投稿になるが、ふとやってみた。 設計条件を入力すれば、Excelで動作し解析できて図示までできるようにした↓ ロールのように断面二次モーメントが変化するものは撓み計算が簡単になる。 http://www.fastpic.jp/images.php?file=8452809203.jpg
補足
回答ありがとうございます(貴重な時間を頂きすみません） ＞結果は中央部のたわみ量が1.065mm 最大応力が1.4,601,552.0(N/m^2))※Von Mises応力 安全率 1.64倍 となりました。 ・・・ただ、中央部で6,973,270.0(N/m^2)からのの、 安全率 1.64倍 ？ については御説明頂かないと判らないです 私の計算では、中央部応力 σ=M/Z=1351744 N・mm/192720mm3=7.02 N/mm2 であるから、仮に回転曲げ許容応力を370/2=185 N/mm2 としても・・・ 「安全率 1.64倍」がどのような意味・計算なのかが計り知り得ません 自重だけという条件からも安全率が随分低すぎる気がするのですけどね・・・ つい、今しがた目にした↓Inventorとの関係や価格もわからないですけれども 3D_CADも新しい時代が到来したような気がしています。解析ソフトについても クラウドで安価に計算可能になるかもしれませんね。。。面白くなってきた 米Autodesk社、クラウドで動く3次元CADを発表 http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20121129/253578/