疲労解析に挑戦、強度設計における繰り返し荷重を評価する実例で学ぶステップアップ設計者CAE(9)(2/4 ページ)

» 2021年02月03日 10時00分 公開

3.解析実行

 解析条件や解析対象については以下の通りです。

解析条件(1)

  1. エアシリンダ径:Φ25[mm]
  2. シリンダロッド径:Φ12[mm]
  3. エア圧力:0.3〜0.7[MPa](※注1
  4. エアシリンダ出力推力(押し出し側):147.26〜343.61[N](※注1

※注1:エア圧力、エアシリンダ出力推力は、最も負荷のかかる条件として大きい方で検証を行った。

解析対象(1)

解析対象1:エアシリンダロッド先端に取り付けられた部品 図2 解析対象1:エアシリンダロッド先端に取り付けられた部品 [クリックで拡大]

解析条件(2)

  • 材質:ポリアセタール樹脂(POM)
     SOLIDWORKSデータベースの特性値が不十分であったため、インターネットで機械特性値を調べ、ユーザー定義の材料として使用
  • 先端径:Φ12[mm]
     エアシリンダロッドのネジ穴取り付けとするが、解析を行う上ではΦ5[mm]の軸部とし、この部品のロッド先端の面に343.61[N]の荷重が作用すると想定

固有値解析

 まず、固有値解析を実行します。これにより、どこの部分が弱そうなのか、その方向を予測できます。

固有値解析結果(1〜4次モード) 図3 固有値解析結果(1〜4次モード) [クリックで拡大]

 この部品では、ネジ部は固定されている状態であるため、部品の径が変化する箇所にその方向が見て取れます。

応力解析

 続いて、応力解析です。正常な状態の場合、軸心と荷重の方向は同じになります。この状態で応力を求めてみます。

von Mises応力
最小主応力 図4 応力解析結果(上:von Mises応力/下:最小主応力) [クリックで拡大]

 図4から、最小主応力の最小値の部分(青色の箇所)で圧縮応力が高いことが分かります(※「補足」参照)。

補足:

 強度理論には、次の3つの仮説があります。

  • 最大主応力説
  • 最大せん断応力説
  • せん断ひずみエネルギー説

 最大主応力説は、部材の内部に発生する最大となる主応力が、材料の強度に達したときに破損が発生するという考え方で、この主応力は大きさと方向を持ちます。最大主応力は引張応力、最小主応力は圧縮応力となります。最大主応力の結果表示のプラス値は引張応力を示し、マイナス値は圧縮応力を示します。最小主応力の結果表示では、このマイナス値が大きければ大きいほど、圧縮応力が高いことを示しています。



 応力解析の結果を確認したところ、降伏点を超えていないので問題はなさそうです。

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