FreeCADメモ-チュートリアル 応力の計算

応力の計算-ステップ2

2018/4/17 更新
バージョン0.17

条件設定

  1. 解析ケースとメッシュの作成

    ワークベンチをFEMワークベンチWorkbench_FEMへ切り替え、新しい解析を作成fem-analysisします。

  2. 材料の設定

    解析対象の材料を設定します。材料設定fem-materialを選択して形状の材質を設定します。「Material」として「ABS」を選択し、OK をクリックしてダイアログを閉じます。ABSは樹脂の一種で3Dプリンターなどで使用される代表的なもののひとつです。

    材料設定ダイアログ 材料設定ダイアログ

    材料としてはABSの他にもアルミニウム合金、鋼鉄、コンクリート、ガラス、PLA、木材などが用意されています。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、ヤング率、ポアソン比、密度を設定することも可能です。

  3. 固定条件の設定

    固定条件設定fem-constraint-fixedを選択します。Y座標下側のねじ留め位置の面を3Dビューで選択してダイアログで Add をクリックすると条件が設定されます。固定条件を設定した面には赤いピンのマークが表示されます。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。

    固定条件設定ダイアログ 固定条件設定ダイアログ
    3Dビューの表示 3Dビューの表示
  4. 荷重条件の設定

    荷重条件設定fem-constraint-forceを選択します。ダイアログで Add reference をクリックした後、Y座標上側のねじ留め位置の面を3Dビューで選択すると荷重条件が設定されます。荷重条件を設定した面には赤い矢印のマークが表示されます。

    「Area load」に力の大きさとして「500」を入力します。

    荷重条件設定ダイアログ 荷重条件設定ダイアログ
    3Dビューの表示 3Dビューの表示

    今回は使用しませんが力の向きを変更する場合は Direction をクリックしてから3Dビュー上で指定したい向きの辺を選択します。また「Reverse direction」をチェックすると力の向きを反転することが可能です。

    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。

  5. メッシュの作成

    解析対象となる形状(Body)をモデル・ツリー上で選択し、Netgenによるメッシュ作成「Netgenによるメッシュ作成」アイコンを実行します。

    タスク・タブで「Second order(2次精度)」にチェックが入っていることを確認します。これによって計算精度の高い(ただし計算量は多い)2次要素を使用できます。

    4面体1次要素 4面体1次要素
    4面体2次要素 4面体2次要素

    さらにメッシュの粗さが「Moderate(中程度)」となっていることを確認して Apply をクリックします。3Dビューに表示されたメッシュに問題なければ OK をクリックしてダイアログを閉じます。

    Netgenによるメッシュ作成ダイアログ Netgenによるメッシュ作成ダイアログ
    解析用メッシュ 解析用メッシュ

    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。
    Growth Rate隣接メッシュの変化率
    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
  6. 設定後のモデル・ツリー

    設定した材料、条件はモデル・ツリーの「Analysis」の下に追加されます。設定条件を変更する場合はモデル・ツリー上のアイテムをダブルクリックで開いて変更を行います。設定条件を削除する場合は選択した状態で Delete キーを押して削除します。

    条件設定後のモデル・ツリー 条件設定後のモデル・ツリー

計算実行

モデル・ツリー上の「fem-solverCalculiXccxTools」をダブルクリックすると解析実行ダイアログが表示されます。

適当な作業用ディレクトリを指定し、解析の種類として「Static」が選択されていることを確認します。

「Write .inp file」をクリックして入力用ファイルを書き出した後、「Run Calculix」をクリックすると計算が開始します。計算が正常終了するとダイアログ下部のテキストエリアに「Calculix done!」、「Loading result sets...」と表示されるので Close をクリックして解析実行ダイアログを閉じます。

解析実行ダイアログ 解析実行ダイアログ

計算が終わるとモデル・ツリーには解析結果として「CalculiX_static_results」が追加されます。

計算後のモデル・ツリー 計算後のモデル・ツリー

次に解析結果の確認と形状の改善を行います。

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