FreeCADメモ

応力解析をおこなう(1)

2015/9/21
バージョン0.15
FreeCADにはCalculiXというFEMソルバーとNetGenというテトラメッシャーが搭載されていて、FreeCAD上で応力の計算をできるようになっています。
現在も開発が続けられていて、まだ十分な機能があるわけではありませんが、ここでは簡単な応力計算の手順をみていきます。
計算前の形状 計算前の形状
計算の結果 計算の結果

形状作成

まずはじめに適当な形状を作成します。
作成した形状 作成した形状

解析の作成

FEMワークベンチFEM workbenchに移動して解析ケースを作成していきます。
  1. モデルツリー上であらかじめ作成した形状を選択し、解析の作成Fem_Analysisを選択します。
    表示されたダイアログでメッシュ作成用のパラメーターを設定します。
    解析作成用ダイアログ 解析作成用ダイアログ
    パラメーターは以下の通りです。
    パラメーター
    Max. Size要素の最大サイズ
    Second order2次要素を生成するかどうか
    Finenessメッシュの粗さ。「非常に粗い」、「粗い」、「中程度」、「細かい」、「非常に細かい」、「ユーザー定義」の6種類。
    Nbr Segs per Edgeエッジあたりの分割数
    Nbr Segs per Radius半径あたりの分割数
    Optimize最適化をおこなうかどうか
  2. [Apply]をクリックしてメッシュを生成します。メッシュを確認後、[OK]をクリックしてメッシュ作成を終了します。
    作成されたメッシュ 作成されたメッシュ
  3. メッシュが表示された状態だと条件設定ができないのでいったんモデルツリーでメッシュを非表示にし、元形状を表示します。
    モデルツリーではアイテムを選択してスペースキーを押すことで表示、非表示を切り替えることができます。
    メッシュ作成直後のモデルツリー メッシュ作成直後のモデルツリー
    メッシュを非表示にし、元形状を表示 メッシュを非表示にし、元形状を表示

条件設定

  1. 拘束条件設定Fem_Analysisを選択して固定する面を設定します。ダイアログで[Add reference]をクリックした後、3Dビューで面を選択すると拘束条件が設定されます。
    設定が終わったら[OK]をクリックしてダイアログを閉じます。
    拘束面の設定 拘束面の設定
  2. 荷重条件設定Fem_Analysisを選択して力を加える面を設定します。ダイアログで[Add reference]をクリックした後、3Dビューで面を選択すると荷重条件が設定されます。
    荷重面の設定 荷重面の設定
  3. [Direction]をクリック後、3Dビューで直線を選択すると、その直線の向きに荷重方向を設定できます。また[Reverse direction]にチェックをいれると荷重方向が反転します。
    荷重方向の設定 荷重方向の設定
  4. [Area load]に荷重量を入力します。ここでは荷重量として100.0を入力しています。
    拘束条件の設定 - 荷重量の設定 荷重量の設定
    設定が終わったら[OK]をクリックしてダイアログを閉じます。
  5. 拘束条件と荷重条件を設定するとモデルツリーは次のようになります。
    条件設定後のモデルツリー 条件設定後のモデルツリー
  6. 材質設定Fem_Materialを選択して形状の材質を設定します。用意されている材質は次のとおりです。
    用意されている材質
    材質名ヤング係数(MPa)ポアソン比
    ABS2.32e+30.350
    CalculiX2.1e+50.300
    Concrete3.2e+40.170
    PLA3.64e+30.360
    Steel2.0e+50.300
    Wood1.2e+40.050
    また[MatWeb database...]ボタンからウェブ上のデータベースへアクセスして任意の材質を調べ、設定することもできます。
    材質を設定するとモデルツリーに材質アイテムが追加されます。
    材質設定ダイアログ 材質設定ダイアログ
    材質設定後のモデルツリー 材質設定後のモデルツリー
  7. 条件設定が終わったらモデルツリーで再び元形状を非表示にし、メッシュを表示します。
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