A110 例題A 片持ち梁の解析

対象　片持ち梁　

モデル化：FreeCADにてモデル化

計算：CalculiX(2.12　FreeCAD内)

条件：計算シートの内容に準拠（K041 断面性能四角断面、
　　　　　　　　　　　　　　　K052 片持ち梁　曲げについて　）

　　　左端固定,　右端：下向きに1000N

　　　梁断面　10㎜×10㎜　ヤング率　210000MPaとしている。

結果

別要素種類によって実行

（FreeCADのメッシュ作成はNetgenとGmshがあり、ビーム要素はGmeshで作成できる。Ver0.18）

CGX結果表示

ソリッド・プレート・ビーム要素による曲げの解析を実施しました。

たわみ量については、3つとも大きな違いはありませんでした。

応力については、ソリッドが妥当な値になっています。

プレートとビームについては、ソルバー出力や評価環境のため、
正しく拾えていないようです。

以下に方法をまとめます。

・シェル要素の確認

板要素は出力が縁ではなく実要素上の値を返していると思われます。
中立軸から外縁5mmを考慮すると以下となります。

116.18　×　5㎜ = 580.9MPa（縁応力）

上記はたまたまのようです。
要素サイズを振ると変動します。（T216 板要素について(Ver2.16)）
３D出力で評価するのが良いようです。

・ビーム要素の確認

ビーム要素の結果処理は節点力から応力を計算するのが一般的なので、節点の出力を荷重にして出力させます。FreeCADのソルバーはCalculiXを使用しており、要素出力を*EL
FILE,SECTION FORCESとします。
また要素種類もRに変更します。

サンプルファイル（ビーム要素） beam_bar.inp

サンプルファイル（変更）　beam_bar_r1.inp
要素タイプをB32Rに修正し、回転3方向も拘束したサンプルです。
Ver2.16で実行すると、たわみ:1.87mm、応力517MPaで、かなりよくなります。

***変更箇所
*Element, TYPE=B32R, ELSET=Eedges
...
FemConstraintDisplacement,1,6

また、計算はFreeCAD内で実行していますが、外部のソルバーで実行することにしています。（パスを通す）

作業　

00:00 開始
05:36 終了
※動画にはポップアップウィンドウは表示されていません

補足

拘束条件は、ソリッド要素については、三並進について止めていますが、
軸方向のXは全面、回転軸になるY軸回りを止めるZ軸についてはエッジを、
残りのY軸並進については角の1点を止めています。
ビームとシェル要素については、三並進に加えて、回転軸のY軸回りも止めています。