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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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4つの応力(垂直・曲げ・せん断・ねじり)と2つの弾性係数(縦横)

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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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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

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はじめての金属材料

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身近な高校物理

空母艦載機のカタパルト射出の加速度を高校物理の知識で計算してみる

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はじめての設計

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設計と製図、あまり意識的な使い分けはしないようですが、設計と製図をする人とではイメージに違いがあります。設計する人はQCDのバランスとり図面を仕上げ、製図する人はトレーサー、CADオペレーターあるいはモデラー。設計と製図の違いについて説明します。
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はじめての設計:会社の規模と設計プロセスの違いについて

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はじめての設計

設計資料のすすめ:図面・仕様書につながる設計者の設計検討記録

図面さえあればモノは作れるという声もありますが、設計のアウトプットは図面だけではありません。設計者は、お客様の要求などを設計のインプットとして受け取り、設計案を考え図面を完成させています。設計者の検討した記録「設計資料」について説明します。
はじめてのCAE

CAEの考え方:飛距離を伸ばすゴルフクラブって何だろう

バットの振動解析で、ホームランの手応えの無さやつまった時のしびれの理由について調べた様にゴルフクラブの振動解析をしたことがあります。飛距離の伸びるドライバーのシミュレーションについて、私の思考過程(どの様に考えたか)を時系列で説明します。
はじめての設計

はじめての設計:JIS B0401-1(ISO 286-1)規格で学ぶはめ合いの基礎

「はめあい」のJIS規格JIS B 0401は、サイズ公差、サイズ差及びはめ合いの基礎の第1部と穴と軸の許容差や公差クラス表の第2部の構成となっています。JIS B 0401-1の「はめあい」を穴基準又は軸基準にする考え方や公差についてまとめています。
はじめての設計

はじめての設計:はめあい(すきまばめ、しまりばめ、中間ばめ)とは

「はめあい」とは軸と穴との関係のことで、難しいイメージがありましたが、部品の取り付けや公差について考えるようになると、「はめあい」について知らなければいけないと思うようになりました。「はめあい」の基礎的な知識について説明します。
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