FreeCADメモ-チュートリアル 固有振動の計算

固有振動の計算-ステップ3

2018/4/17 更新
バージョン0.17

結果の表示

モデル・ツリー上で第1モードの結果「CalculiX_frequency_mode_1_results」を選択すると、データ・タブの「Eigenmode Frequency」に第1モードの固有振動数が表示されます。今回の例では「681.40 (Hz)」となります。

第1モードの固有振動数 第1モードの固有振動数

さらに結果表示fem-resultを実行すると結果表示用ダイアログが表示されます。

タスク・タブで「Abs displacement」を選択すると変形の大きさがメッシュ上に色で表示されます。変形が大きい場所は赤く、小さい場所は緑色で表示されます。さらにタスク・タブで「Show」にチェックを入れ、スライダーを動かして「Factor」が100となるようにします。これで実際の100倍の大きさで変形が形状に反映されます。

一般に固有値解析では変形量の絶対的な大きさは意味を持ちません。形状が大きく変わっている場所はそれ以外の場所と比較して振動時に「相対的に」変形しやすいということを意味します。

第1モードの変形量の可視化設定 第1モードの変形量の可視化設定
変形量の可視化 第1モードの変形量の可視化

次に第2モードの結果を確認します。Close でいったんダイアログを閉じた後、モデルツリーで「CalculiX_frequency_mode_2_results」を選択し、結果表示fem-resultを実行すると第1モードの時と同じ設定で結果表示用ダイアログが表示されます。

第2モードの変形量の可視化設定 第2モードの変形量の可視化設定
第2モードの変形量の可視化 第2モードの変形量の可視化

同様にして第3モード、第4モード……の結果を確認できます。第1モードから第3モードまでの振動の様子と固有振動数は以下の様になります。

第1モード 第1モード、固有振動数=681.40 Hz
第2モード 第2モード、固有振動数=2306.29 Hz
第3モード 第3モード、固有振動数=2535.74 Hz

解析対象は留め具なので固定される側(例えばモーターなど)の想定振動数が681.40 Hzより十分小さければ共振は起こらないだろうことがわかります。想定振動数がそれより大きい場合には共振を避けるための振動対策が必要で、一般的には揺れやすい場所(大きく変形している場所)に対策を施すことになります。

形状改善とその結果確認

最初の解析結果から揺れやすい場所はL字の角付近であることがわかるので、対策としてねじ留めの位置をL字の角付近に移動させます。

モデル・ツリーで形状の元になっている「Sketch」をダブルクリックして編集します。モデルが非表示なっている場合はモデル・ツリー上で「Body」を選択してスペースキーを押して表示します。

モデル・ツリー モデル・ツリー

振動位置に近い側の2つねじ留め穴の位置を変更します。留め具の端から穴の中心までの距離を「40mm」をクリックして「60mm」に変更します。

元のスケッチ形状と変更する寸法 元のスケッチ形状と変更する寸法
変更後のスケッチ形状 変更後のスケッチ形状

タスク・タブの Close でスケッチの編集を終了するとメッシュが自動で再作成されるので、結果の削除fem-purge-resultsで既存の計算結果を削除してからモデル・ツリー上の「fem-solverCalculiXccxTools」をダブルクリックし、再度計算を行います。

計算が終わったら先ほどと同じようにモデル・ツリー上で各モードの結果を選択し、データ・タブで固有振動数を、結果表示fem-resultで振動の様子を確認します。

固有振動数の確認 固有振動数の確認

第1モードから第3モードまでの結果は以下に示す通りです。第1モードの振動の様子は一見変わっていないように見えますが、固有振動数は「681.40Hz」から「1594.89Hz」へと大幅に大きくなり、最初の形状よりも低い振動数に対して共振を起こしにくくなっていることがわかります。

第1モード 第1モード、固有振動数=1594.89 Hz
第2モード 第2モード、固有振動数=3902.64 Hz
第3モード 第3モード、固有振動数=3907.68 Hz

解析の保存と読み込み

通常と同様に保存すると解析内容は全てファイルに保存されます。一方、解析結果を保存したファイルを読み込む場合は読み込み後にモデル・ツリーで解析を右クリックし、アクティブ化することで結果を表示することが可能です。

解析のアクティブ化 解析のアクティブ化

計算する固有モードの数、振動数の範囲の設定

計算する振動数の範囲、固有モードの数は「fem-solverCalculiXccxTools」のデータ・タブで変更可能です。

計算前に「Eigenmode Heigh Limit」、「Eigenmode Heigh Limit」、「Eigenmode Heigh Limit」を変更すると、振動数上限、振動数下限、固有モードの数を変更することが可能です。

計算する振動数の範囲、固有モード 計算する振動数の範囲、固有モード
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