【構造解析ミニ講座】要素特性

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7.要素特性

要素の種類により得失がある。万能な要素はないので、解析の目的により使い分けが必要である。

・梁要素

材料力学の梁の曲げ理論(断面の変形はない)を基本にしている。モデルの作成や断面特性の変更が極めて容易で小規模なモデルにできるが、交差部の複雑な応力は表現できない。設計の初期段階での検討に適している。

・板要素

材料力学の板の曲げ理論を基本にしている。モデルの作成には習熟が必要だが、板厚の変更が比較的容易で交差部の複雑な応力(フィレット形状は除く)も表現でき、中規模なモデルに抑えられる。全体の応力を精度良く確認できるので、均一な肉厚の構造体の検討に最も適している。

・立体要素(ソリッド要素)

CADのソリッドデータがある場合は四面体要素の自動メッシュによりモデル作成はかなり容易で、肉厚の変化する構造体の詳細な応力分布を得ることが可能である。しかし四面体要素の自動メッシュモデルでは規模が非常に大きくなり易く、しばしば応力の精度を犠牲にせざるを得ない場合も発生する。


【自転車フレームの例】
自転車の板要素モデル
板要素モデル
自転車の梁要素モデル
梁要素モデル

荷重条件−1 の応力分布
条件1の構造解析結果1 条件1の構造解析結果2

荷重条件−2 の応力分布
条件2の構造解析結果1 条件2の構造解析結果2

●荷重条件−1は板要素モデルと梁要素モデルの結果はよく対応しているが、
   荷重条件−2では交差部の応力が一致しない。


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