架台内の熱源とその影響を考慮して解析を行う！：実例で学ぶステップアップ設計者CAE（7）（1/2 ページ）

初心者を対象に、ステップアップで「設計者CAE」の実践的なアプローチを学ぶ連載。詳細設計過程における解析事例を題材に、その解析内容と解析結果をどう判断し、設計パラメータに反映するかについて、流れに沿って解説する。第7回は、架台内の熱源とその影響を考慮して解析を進めていく。

[土橋美博／飯沼ゲージ製作所，MONOist] PC用表示関連情報

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　前回は、架台中央部において“許容できない変形が生じる”という解析結果から、フレーム構造の変更を行いました。実際に製作してから問題が判明しても、溶接構造の架台を補修することは困難です。

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1．筆者の架台設計の経験（CAE活用以前）

　図1をご覧ください。これは筆者がCAEを使用する以前に、実際に設計した架台の事例です。

図1　大型架台（筐体）のイメージ図［クリックで拡大］

　架台の正面と背面（図1矢印）に“電装盤（制御系／電源系）を収納する”という設計条件から、開口部を設けました。角形鋼管□50×50×3.2t［mm］、全体サイズが2mの溶接による架台でしたが、実際の納入品を見た限りは「剛性上問題ない」ように感じました。

　ですが、組み立てが進み、架台上面のベース板に複数のユニットが設置されると、組立部門から「ユニット内の精度が出せない！」という指摘を受けました。

　組立部門では、まずベース面のレベル（水平）出しを行った後、ユニットを設置します。このベース面は、ユニットの調整基準となるはずですが、設置したユニットの重量により架台全体が変形してしまい、「調整できない」という事態に陥りました。このままでは、装置が動作する状態になっても、ユニットの動きに伴って、変形がさらに進んでしまうことが予測できました。

　この架台は、図2のようなイメージで変形すると考えられ、この変形を抑える対策に時間をかけることになりました。当時は、設計計算による検証が必要でしたが、今ではCAEによって事前検証を容易に行うことが可能です。最近あまり聞かれなくなった言葉ですが、CAEは「フロントローディング」としての効果が期待できます。

図2　大型架台の解析事例（変位解析）。開口部上面の変位が見られる［クリックで拡大］

≫フロントローディングとは

　製品製造やシステム開発のプロセスで、初期段階に労力や資源を投入して、後工程での設計変更や問題を未然に回避することで、負荷を前倒しする活動のことです。CAEを使用してシミュレーションを行うことで、実製作前にリスクを洗い出し、設計を見直すことにより、問題を未然に防止することが可能です。

図3　固有値解析。4次モード（41.982Hz）で開口部上部に動き（振幅）が見られる［クリックで拡大］

≫固有値解析とは

　解析依頼として多い、振動に関する解析で、振動の特性の固有振動数、固有モードを調べます。この解析は、振動特性を見るだけなので、解析対象に対しての荷重設定は必要ありません。解析結果として得られるのは変位量そのものではなく、固有振動数と相対的な位置関係を示すのみの無次元の値です。具体的に何ミリという数値を得るものではありません。