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有限要素法(FEM)

有限要素法(FEM) CAE(有限要素法)

はじめての金属材料 はじめての力学 はじめてのCAE はじめての設計 有限要素法入門 基本的な振動モード形 固有値解析

FreeCADのFEM(有限要素法)による振動解析(固有値解析)などのシミュレーションについてまとめています。

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有限要素法(FEM)のカテゴリー一覧

有限要素法(FEM)入門

「製品の品質とコストの8割は、設計段階で決まる」と言われています。3D CADやシミュレーションツール(CAE)を設計ツールとして活用することで、設計力の強化にもつながります。

有限要素法(FEM)を使ったシミュレーションには、解析目的により様々な工学的な知識が必要です。有限要素法(FEM)を使う際の基本的な知識として、材料力学などについてまとめています。

解析モデルの基礎知識

FEMで解析する場合3D CADの設計データ(形状モデル)を使うことが多いと思います。シミュレーションの目的に応じた解析モデルの簡素化、解析モデルと実際の加工などについて説明しています。

FEMを使うために必要な基礎知識

製品設計でよく使われるFEM(有限要素法)によるシミュレーションが、応力解析です。

設計者は、使用する材料、製品の形状などの設計条件を満足できるのか、複数の設計案の中でどれがよいのかなどをFEMの応力解析で検証や比較をすることができます。

設計に関する基礎知識

図面を見て作られたモノの寸法はある幅(公差)に収まるように作られます。初心者向けに材料選択などについてまとめています。

パスタブリッジでモノづくり体験(設計・組立・評価)

現在のモノづくりでは、製品の一部の部品だけ、設計だけ、作るだけ、評価するだけといった役割分担が進み、設計者が自分で設計したモノを見たり、手に取ったりするリアルな機会が少なくなっています。

パスタブリッジ研修の運営側として参加したことがありますが、参加者の声を聞くと、自分たちで考え、設計し、自らの手で作るとてもよい経験になったようです。

パスタブリッジで構造力学を学ぶ:設計・組立・評価(荷重試験)まで
3D CADを設計ツールとしたモノづくりが主流となり作図工数が増え、自分で設計したモノを実際に目にしたり、手に取る機会が少なくなっています。パスタブリッジは構造力学を体感するだけでなく、1人ではできないモノづくりを知るよい機会になります。

FreeCADで始める固有値解析入門

金属バットを例にFreeCADの固有値解析による振動モード解析についてまとめています。

FEMによる振動現象の解析(固有値解析)

  • 設計開発における実験・計測とシミュレーションの概要
  • 固有値解析の流れとポイント
  • 振動解析を行う場合の注意点
  • CAE(主としてFEM)を使う際のポイント
  • FEM(FreeCAD)による振動モード解析について、金属バットの固有値解析を例に説明しています。

基本的な振動モード形

平板を解析対象に選び、境界条件(拘束条件)による基本的な振動モードの違いについて紹介しています。

基本的な振動モード形
FEM(固有値解析)による平板の基本的な振動モード形についてまとめています。固定条件フリー、片端固定(タワー)、両端固定(橋)、周辺固定の振動モード形を紹介しています。また、FEMの解析自由度と剛体モードについても説明しています。

実験とシミュレーションの連携

ホームランの振動解析

ホームランについて振動面から仮説を立て、

  • ハンマリング試験による実験モード解析
  • FEMよる固有値解析

の結果を使い、実験とシミュレーションを連携させる例としてまとめています。

ホームランの振動解析:実験モード解析とFEMによる仮説と検証
実験とシミュレーションの連携事例として、振動解析によるホームランの仮説と検証を章かします。バットのハンマリング試験で得た周波数応答関数(伝達関数)から作成した振動モード形とFreeCADの固有値解析結果を比較し仮説を検証します。

ジャンプ台(飛び板飛び込み)の振動解析

ジャンプ台(飛び板飛び込み)の振動解析と題して、片持ち梁の実験モード解析とFEMによる固有値解析例を紹介します。

片持ち梁とは、平らな長板(平板)の一端を固定したものです。プールにある飛び込み台のような構造です。

実験とシミュレーションによるジャンプ台(飛び板飛び込み)の振動解析
実験とシミュレーションによるジャンプ台(飛び板飛び込み)の振動解析について、FEMの固有値解析、実験モード解析(周波数応答関数からの簡易的な振動モード形の作成)、振動モード形状の考察、飛び板飛び込みについての一考察について説明します。
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設計のレベルアップ

設計のレベルアップ:検図前には自分専用のチェックシートを使う

モノづくりでは、設計者が作成した図面を使い製作者が加工して設計したモノができあがります。設計者には誤りのない図面が求められ、図面には設計者の意思や思いを製作者に伝えるための言葉の役割もあります。検図と検図前チェックシートについて説明します。
設計のレベルアップ

設計のレベルアップ:できないから、やってみるから、学べる

モノを作る会社に入ったからといって必ず製品開発ができるわけではなく、製品の開発をやっているといっても製品の一部や1つの部品ということもあります。レベルアップしたいと考えはじめた設計者をイメージして、自らやってみることについて説明します。
設計のレベルアップ

設計のレベルアップ:自社製品と他社製品を比べてみる

新商品開発といっても全く新しい商品を開発する機会は少なく、部品の製造中止などで作り続けられなくなり新商品開発となることもあります。いわゆる後継機開発でも自社製品や類似製品を調べることは、企画力や設計力を向上させたり広げたりするよい手段です。
設計のレベルアップ

設計のレベルアップ:アイディアを形に、商品企画とモノづくり

商品企画といえば、新商品で業績回復といった華やかなイメージもありますが、現実は厳しく、既存製品で疲弊した技術とライバル社と同等なら売れるという営業にはさまれ、先が見えない商品企画といったと感じでした。商品企画とモノづくりについて説明します。
設計のレベルアップ

頑張るだけの消耗戦から抜け出したい。図面品質を上げる正確な作図

モノづくりの会社といっても、図面、仕様、製造方法など内情は様々です。金属部品を設計し製造は協力会社に委託している会社の技術部長さんから「図面品質を上げるために、図面の正確性を上げたい」と聞き、モノづくりに必要な図面の質と量について考察ます。
はじめての設計

実験と試験の違い、実験とCAEシミュレーションの違いについて

部品の変形などの不具合が発生すると、現物(不具合品)を観察し原因を推測して再現実験や再現試験をします。日頃、実験と試験、実験とCAEシミュレーションの違いを明確に意識して使い分けてはいないイメージがありますが実験と試験は似て非なるものです。
はじめての設計

3D CADの意外な役割:紙の2D図面を頭の中で3Dモデル化できない人なので

2Dの図面の部品を3Dでイメージすることは今まで当たり前だと思っていました。また、図面量が多いことへの対策も簡単にできない事ばかりで、私の頭の中も整理できていません。「2D図面の部品を3Dでイメージする」ことについて備忘録を兼ねまとめています。
はじめての設計

アルミ鋳物を加工して作った検証用試作品、鋳物公差でいいの?

特定の業界向けに販売していた製品を利用して、一般向けの製品を作るというアイディア(企画)が通り、実際に試作品を作って検証することになりました。設計担当者と品質管理担当者による、鋳物で加工もある試作品の公差についてのできごとについて説明します。
はじめての金属材料

ねじの基礎知識:小さい振動も続けば鉄のボルトも破断する

鉄製のボルトは簡単に折れるものではありませんが、折れないわけではありません。ここでは、力の大きさは小さいけれど、繰り返し力が加わることで小さな亀裂が入り、亀裂が大きくなり、やがて限界を迎えて破断する疲労破壊の例について説明します。
はじめての金属材料

ねじの基礎知識:なぜステンレス製ねじはかじり(焼き付き)やすいのか

ステンレスは錆びにくいというメリットがありますが、鉄製からステンレスのねじに変更したら「かじって部品が使えなくなる」トラブルが急に増えることがあります。ステンレス製のねじ(ボルトとナット)がかじる(焼き付く)理由と対策について説明します。
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