JPH11258073A - 有限要素法における応力解析の精度向上方法 - Google Patents
有限要素法における応力解析の精度向上方法Info
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- JPH11258073A JPH11258073A JP5562398A JP5562398A JPH11258073A JP H11258073 A JPH11258073 A JP H11258073A JP 5562398 A JP5562398 A JP 5562398A JP 5562398 A JP5562398 A JP 5562398A JP H11258073 A JPH11258073 A JP H11258073A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実測値を拘束条件として取り込むことによ
り、解の精度を高めるととに、解の精度の可否を一瞥し
て判断する。 【解決手段】 構造物１の要素上に複数の節点を設定
し、非使用状態で要素上の一対の節点Ｎ１，Ｎ２間にお
ける実距離Δｘを測定し、使用状態で前記一対の節点Ｎ
１，Ｎ２間に生起する実歪みεを歪みゲージで測定し、
前記要素を有限要素モデルとして有限要素法により構造
物に生起する応力を解析するに際し、前記要素の各節点
Ｎ１，Ｎ２に対応する有限要素モデル上の各節点の変位
をＵ１，Ｕ２として、次式ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘを
拘束条件とする。
り、解の精度を高めるととに、解の精度の可否を一瞥し
て判断する。 【解決手段】 構造物１の要素上に複数の節点を設定
し、非使用状態で要素上の一対の節点Ｎ１，Ｎ２間にお
ける実距離Δｘを測定し、使用状態で前記一対の節点Ｎ
１，Ｎ２間に生起する実歪みεを歪みゲージで測定し、
前記要素を有限要素モデルとして有限要素法により構造
物に生起する応力を解析するに際し、前記要素の各節点
Ｎ１，Ｎ２に対応する有限要素モデル上の各節点の変位
をＵ１，Ｕ２として、次式ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘを
拘束条件とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の強度解析
などに使用する有限要素法における応力解析の精度向上
方法に関する。
などに使用する有限要素法における応力解析の精度向上
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、構造物の設計や開発においては、
有限要素法による強度解析が不可欠になっている。通常
の設計強度計算では材料非線形（塑性、クリープ）や形
状非線形（大変形、座屈）の影響を考慮に入れず、弾性
範囲内での線形計算を行なうだけでも十分な場合が多い
が、解の精度に大きな影響を与えるのが拘束条件の設定
である。
有限要素法による強度解析が不可欠になっている。通常
の設計強度計算では材料非線形（塑性、クリープ）や形
状非線形（大変形、座屈）の影響を考慮に入れず、弾性
範囲内での線形計算を行なうだけでも十分な場合が多い
が、解の精度に大きな影響を与えるのが拘束条件の設定
である。
【０００３】しかし、どんな優れたソフトウェアとハー
ドウェアを駆使しても、そのモデルや境界条件が適切で
なければ、得られた解は実際の現象とは定性的にも異な
ったものになり、その設計仕様は要求仕様に対して不十
分あるいは不経済なものとなる。このために、有限要素
法においては、その解の精度を検証することが必要であ
り、歪みゲージにより実物を実測し、実測値と解との比
較によって行なっている。
ドウェアを駆使しても、そのモデルや境界条件が適切で
なければ、得られた解は実際の現象とは定性的にも異な
ったものになり、その設計仕様は要求仕様に対して不十
分あるいは不経済なものとなる。このために、有限要素
法においては、その解の精度を検証することが必要であ
り、歪みゲージにより実物を実測し、実測値と解との比
較によって行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来における解の精度
の検証は、歪みゲージにより実測した実測値と解とをリ
ストアップし、その二つの数値を並べて比較することに
より精度の可否を判断しているために、一見しただけで
は可否の判別を行なうことができず、また構造物全体で
の精度の判断を即座に行なうことができなかった。
の検証は、歪みゲージにより実測した実測値と解とをリ
ストアップし、その二つの数値を並べて比較することに
より精度の可否を判断しているために、一見しただけで
は可否の判別を行なうことができず、また構造物全体で
の精度の判断を即座に行なうことができなかった。
【０００５】本発明は上記した課題を解決するものであ
り、実測値を拘束条件として取り込むことにより、解の
精度を高めるととに、解の精度の可否を一瞥して判断で
きる有限要素法における応力解析の精度向上方法を提供
することを目的とする。
り、実測値を拘束条件として取り込むことにより、解の
精度を高めるととに、解の精度の可否を一瞥して判断で
きる有限要素法における応力解析の精度向上方法を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明の有限要素法における応力解析の精度向
上方法は、構造物上に有限の大きさの要素を設定すると
ともに、この要素上に複数の節点を設定し、非使用状態
で要素上の一対の節点Ｎ１，Ｎ２間における実距離Δｘ
を測定し、使用状態で前記一対の節点Ｎ１，Ｎ２間に生
起する実歪みεを歪みゲージで測定し、前記要素を有限
要素モデルとして有限要素法により構造物に生起する応
力を解析するに際し、前記要素の各節点Ｎ１，Ｎ２に対
応する有限要素モデル上の各節点の変位をＵ１，Ｕ２と
して、次式 ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ を拘束条件とするものである。
ために、本発明の有限要素法における応力解析の精度向
上方法は、構造物上に有限の大きさの要素を設定すると
ともに、この要素上に複数の節点を設定し、非使用状態
で要素上の一対の節点Ｎ１，Ｎ２間における実距離Δｘ
を測定し、使用状態で前記一対の節点Ｎ１，Ｎ２間に生
起する実歪みεを歪みゲージで測定し、前記要素を有限
要素モデルとして有限要素法により構造物に生起する応
力を解析するに際し、前記要素の各節点Ｎ１，Ｎ２に対
応する有限要素モデル上の各節点の変位をＵ１，Ｕ２と
して、次式 ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ を拘束条件とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１において、構造物１は円筒体で
あり、その断面上に有限の大きさの要素Ｅを設定すると
ともに、この要素Ｅに複数の節点を設定する。構造物１
には外周面上に位置する一対の節点Ｎ１，Ｎ２間におい
て歪みゲージＡを装着する。
基づいて説明する。図１において、構造物１は円筒体で
あり、その断面上に有限の大きさの要素Ｅを設定すると
ともに、この要素Ｅに複数の節点を設定する。構造物１
には外周面上に位置する一対の節点Ｎ１，Ｎ２間におい
て歪みゲージＡを装着する。
【０００８】始めに、負荷の加わらない非使用状態で一
対の節点Ｎ１，Ｎ２間における実距離Δｘを測定し、次
に負荷を加えた使用状態で一対の節点Ｎ１，Ｎ２間に生
起する実歪みεを歪みゲージＡで測定する。
対の節点Ｎ１，Ｎ２間における実距離Δｘを測定し、次
に負荷を加えた使用状態で一対の節点Ｎ１，Ｎ２間に生
起する実歪みεを歪みゲージＡで測定する。
【０００９】そして、要素Ｅの有限要素モデルを想定す
るとともに、要素Ｅの各節点Ｎ１，Ｎ２に対応する有限
要素モデル上の各節点の変位をＵ１，Ｕ２とし、次式 ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ を拘束条件として、有限要素法により構造物１に生起す
る応力を解析する。 （実施例１）構造物が図面寸法において、外径ｄ＝φ２
３０、肉厚ｔ＝２０の厚肉円筒体で、ヤング率＝１００
００ｋｇｆ／ｍｍ2のＦＣ（鋳鉄）からなり、その内面
に圧力＝２ｋｇｆ／ｍｍ2が与えられる場合を例に説明
する。
るとともに、要素Ｅの各節点Ｎ１，Ｎ２に対応する有限
要素モデル上の各節点の変位をＵ１，Ｕ２とし、次式 ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ を拘束条件として、有限要素法により構造物１に生起す
る応力を解析する。 （実施例１）構造物が図面寸法において、外径ｄ＝φ２
３０、肉厚ｔ＝２０の厚肉円筒体で、ヤング率＝１００
００ｋｇｆ／ｍｍ2のＦＣ（鋳鉄）からなり、その内面
に圧力＝２ｋｇｆ／ｍｍ2が与えられる場合を例に説明
する。
【００１０】図２に、標準有限要素法において求めた周
方向σθの応力分布を示す。表１に、構造物の実測に基
づく内面と外面における応力値と、図２に示す標準有限
要素法に基づく内面と外面における最大応力値および最
小応力値を示す。
方向σθの応力分布を示す。表１に、構造物の実測に基
づく内面と外面における応力値と、図２に示す標準有限
要素法に基づく内面と外面における最大応力値および最
小応力値を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１に示す値において、標準有限要素法に
おける応力値は測定値に対して、その誤差が２６．５％
となる。この原因は、図面における肉厚ｔ＝２０に対し
て実物はｔ＝１５であるためである。しかし、複雑な形
状の鋳造品においては、必ずしも図面における設計値と
実物寸法とは一致しておらず、その肉厚寸法や内面の応
力を測定することは困難であり、それらの数値を未知数
として解析を行なっている。
おける応力値は測定値に対して、その誤差が２６．５％
となる。この原因は、図面における肉厚ｔ＝２０に対し
て実物はｔ＝１５であるためである。しかし、複雑な形
状の鋳造品においては、必ずしも図面における設計値と
実物寸法とは一致しておらず、その肉厚寸法や内面の応
力を測定することは困難であり、それらの数値を未知数
として解析を行なっている。
【００１３】したがって、このままでは一番大きな応力
の発生する内面の応力を正確に評価することができな
い。そこで、この応力解析をおこなった有限要素モデル
に歪みの測定値を拘束条件として加える。この構造物の
外周面の周方向歪みの実測値は εθ＝０．００１２３７ であった。したがって、構造物全体の径方向変位ＵＸ
は、 ｄ／２×εθ＝０．１４２ である。この実測値を拘束条件として設定する。
の発生する内面の応力を正確に評価することができな
い。そこで、この応力解析をおこなった有限要素モデル
に歪みの測定値を拘束条件として加える。この構造物の
外周面の周方向歪みの実測値は εθ＝０．００１２３７ であった。したがって、構造物全体の径方向変位ＵＸ
は、 ｄ／２×εθ＝０．１４２ である。この実測値を拘束条件として設定する。
【００１４】有限要素モデル上の各節点の変位をＵ１，
Ｕ２とし、各節点間の距離をΔｘとして次式、 εθ＝０．００１２３７＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ（別途
実測により求める） を拘束条件とする。
Ｕ２とし、各節点間の距離をΔｘとして次式、 εθ＝０．００１２３７＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ（別途
実測により求める） を拘束条件とする。
【００１５】図３に、拘束条件を付加した有限要素モデ
ルによる応力の解析結果を示す。表２に、構造物の実測
に基づく内面と外面における応力値と、図３に示す拘束
条件を付加した有限要素法に基づく内面と外面における
最大応力値および最小応力値を示す。
ルによる応力の解析結果を示す。表２に、構造物の実測
に基づく内面と外面における応力値と、図３に示す拘束
条件を付加した有限要素法に基づく内面と外面における
最大応力値および最小応力値を示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】表２に示す値において、拘束条件を付加し
た有限要素法における応力値は測定値に対して、その誤
差が４．５％となり、精度が格段に向上したことが明ら
かである。このように、実測した歪みを拘束条件として
付加した有限要素モデルによる応力の解析結果において
は、歪みや応力の分布図が測定結果を精度良く内挿、外
挿したものとなる。したがって、計算条件が適切であれ
ば、その応力分布図が凹凸のない、滑らかな形状を示す
ので、従来において計算値と実測値との比較により行な
っていた計算値の良否の判別を、本方法においては解析
結果そのものを一瞥するだけで行なうことができる。
た有限要素法における応力値は測定値に対して、その誤
差が４．５％となり、精度が格段に向上したことが明ら
かである。このように、実測した歪みを拘束条件として
付加した有限要素モデルによる応力の解析結果において
は、歪みや応力の分布図が測定結果を精度良く内挿、外
挿したものとなる。したがって、計算条件が適切であれ
ば、その応力分布図が凹凸のない、滑らかな形状を示す
ので、従来において計算値と実測値との比較により行な
っていた計算値の良否の判別を、本方法においては解析
結果そのものを一瞥するだけで行なうことができる。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、実
測した歪みを拘束条件として有限要素モデルに付加し、
その解析を行なうことにより、応力の解析結果の精度が
向上するとともに、計算条件が適切であれば応力分布図
が滑らかな形状を示すことから、計算値の良否は解析結
果そのものを一瞥するだけで判別できる。
測した歪みを拘束条件として有限要素モデルに付加し、
その解析を行なうことにより、応力の解析結果の精度が
向上するとともに、計算条件が適切であれば応力分布図
が滑らかな形状を示すことから、計算値の良否は解析結
果そのものを一瞥するだけで判別できる。
【図１】本発明の実施の形態における構造物および有限
要素モデルの摸式図である。
要素モデルの摸式図である。
【図２】同実施の形態における標準有限要素法による解
析結果を示すグラフ図である。
析結果を示すグラフ図である。
【図３】同実施の形態における拘束条件を付加して有限
要素法による解析結果を示すグラフ図である。
要素法による解析結果を示すグラフ図である。
１ 構造物 Ｅ 要素 Ｎ１，Ｎ２ 節点
Claims (1)
- 【請求項１】 構造物上に有限の大きさの要素を設定す
るとともに、この要素上に複数の節点を設定し、非使用
状態で要素上の一対の節点Ｎ１，Ｎ２間における実距離
Δｘを測定し、使用状態で前記一対の節点Ｎ１，Ｎ２間
に生起する実歪みεを歪みゲージで測定し、 前記要素を有限要素モデルとして有限要素法により構造
物に生起する応力を解析するに際し、前記要素の各節点
Ｎ１，Ｎ２に対応する有限要素モデル上の各節点の変位
をＵ１，Ｕ２として、次式 ε＝（Ｕ１−Ｕ２）／Δｘ を拘束条件とすることを特徴とする有限要素法における
応力解析の精度向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5562398A JPH11258073A (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 有限要素法における応力解析の精度向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5562398A JPH11258073A (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 有限要素法における応力解析の精度向上方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258073A true JPH11258073A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13003919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5562398A Pending JPH11258073A (ja) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 有限要素法における応力解析の精度向上方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11258073A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7543732B2 (en) | 2003-05-23 | 2009-06-09 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Evaluation method and evaluation apparatus for spot welded portion |
| JP2010060462A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Nissan Motor Co Ltd | 荷重推定方法 |
| JP2010145132A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Asahi Kasei Engineering Kk | 管状構造体の応力解析システム及び応力解析方法 |
| JP2013057691A (ja) * | 2012-12-26 | 2013-03-28 | Nissan Motor Co Ltd | 荷重推定方法 |
-
1998
- 1998-03-09 JP JP5562398A patent/JPH11258073A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7543732B2 (en) | 2003-05-23 | 2009-06-09 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Evaluation method and evaluation apparatus for spot welded portion |
| JP2010060462A (ja) * | 2008-09-04 | 2010-03-18 | Nissan Motor Co Ltd | 荷重推定方法 |
| JP2010145132A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Asahi Kasei Engineering Kk | 管状構造体の応力解析システム及び応力解析方法 |
| JP2013057691A (ja) * | 2012-12-26 | 2013-03-28 | Nissan Motor Co Ltd | 荷重推定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040106 |