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解析上の「固定」と実際の「固定」

CAEを使って構造解析を行う際、拘束箇所と荷重箇所を設定することで応力や変形量などを計算することができます。

拘束設定は主に「固定」条件が使われているかと思います。

何故なら中途半端な拘束設定はモデルの剛体移動が発生し、計算が収束せずにエラーの要因となります。特に複雑な拘束条件でもない限り「固定」を使うことと思います。

では、「固定」を実際の試験で再現するにはどうしたら良いのでしょうか?

①ボルト固定

 これが最も解析における固定に近い条件といえます。我々が扱う樹脂製品に比べ、ボルトは金属であることが多く、剛体に近いといえます。故に試験中も拘束状態の変化が少なく

解析結果との差が出にくいと言えます。ただし、固定する相手部品が樹脂の場合、相手部品が変形する可能性もあるので相手部品は金属でないと差が発生する要因になります。

また、ボルト固定は穴が開いていることが前提なので製品形状が限定されます。


②両面テープ固定

 ボルト固定できない場合は両面テープを使うことも多いでしょう。

三次元測定などで製品形状を測定する際に穴が開いていない製品形状の場合は最も平面である面と測定テーブルが両面テープで固定されます。

ただし、此方も相手部品が樹脂の場合、相手部品の変形が加味されてしまうので剛体に近い金属であることが望ましいでしょう。


③クランプ固定

 専用のクランプを使って製品を固定する方法もあります。こちらはクランプする力で樹脂製品が潰れる・破壊する可能性もあるので試験の内容によっては向き・不向きがあります。

また、クランプで固定する面が小さい場合は接触面にストレスが与えられ、クランプ箇所付近から破壊する、といったこともあります。


このように解析条件における「固定」を実際の試験で再現しようとすると結構難しく、また条件が限定的であると言えます。特に剛性の無い樹脂部品の場合、固定そのものが難しく解析値と実験値と差が発生する要因となります。

拘束条件を設定する際には実際の試験の方法も考慮して設定する必要があると言えます。


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