はじめに

FEMソルバー「CalculiX」用の無償プリ・ポストプロセッサ「PrePoMax」の新バージョンでは、シェルベースの有限要素解析を行うための機能が充実しています。

作者によるYouTube操作動画の内容をQiitaの記事にしました。

作者によるYouTube操作動画はPrePoMax Version 0.9.0ですが、この記事はPrePoMax Version 1.0.0 (18. 4. 2021)を用いました。

概要

目的

PrePoMaxを用いてシェル要素を用いた解析の操作手順を習得します。

使用するデータ

Sheet Metal Bracket.STEP

モデル外観および解析条件

材料

• Material LibraryのS235（等方性材料）を使用
  • ヤング率：210,000MPa
  • ポアソン比：0.3
  • 質量密度：7.85$\times$10$^{-9}$ t/mm$^{2}$

操作手順

PrePoMaxを起動

PrePoMax v1.0.0を起動します。

「STEP形式」の「3次元モデル」の読み込み

• メニューの「File」 > 「Import」を選択
• 「開く」ウィンドウで、「PrePoMax v1.0.0」のインストールフォルダー内の「Models」フォルダー内より、「Sheet Metal Bracket.STEP」を選択して開きます。

単位系の設定

• 「Select Unit System:Geometry & Model」ウィンドウで、「unit system:mm,ton,s,℃」を選択します。
• 「OK」を選択します。

メッシュの作成

• グラフィック・ウィンドウのモデル上で右クリックし、「Meshing Parameters」を選択します。
• 「Edit Meshing Parameters:Shell_part-1」ウィンドウで、メッシュ生成条件を確認します。
• 「OK」を選択します。

• グラフィック・ウィンドウのモデル上で右クリックし、「Create Mesh」を選択してメッシュを作成します。

荷重用の節点グループの作成

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Node sets」をダブルクリックします。
• 「Set selection」ウィンドウで、「Edge angle」を選択し、角度を「50°」に設定します。
• グラフィック・ウィンドウのモデル上で荷重をかける円を選択します
• 「OK」を選択します。

荷重用の参照点を作成

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Reference Point」をダブルクリックします。
• 「Create Reference Point」ウィンドウで、「Region」グループの「Create by/form」項目の値を、「Selection」をプルダウンし、「Bounding Box Center」に変更します。
• 「Node set」項目が荷重用の節点グループ「Node_set-1」であることを確認します。
• 「OK」を選択します。

材料の定義・設定

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Materials」を右クリックし、「Material Library」を選択します。
• 「Material Library」ウィンドウで、「Library materials」グループの「Materials」 > 「Elastiic_Models」 > 「Steel」 > 「Structural」より、「S235」を選択します。
• 右矢印で、選択した材料モデル「S235」をライブラリからFE modesにコピーします。
• 「OK」を選択します。

シェルの板厚設定

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Sections」をダブルクリックします。
• 「Create Sections」ウィンドウで、「Type」に「Shell section」を選択します。
• 「Data」グループより、「Thickness」を「4mm」に設定します。
• 「Set selection」ウィンドウで、「Surface angle」を選択します。
• グラフィック・ウィンドウのモデルを選択します
• 「OK」を選択します。

拘束点の設定

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Constrants」をダブルクリックします。
• 「Create Constrants」ウィンドウで、「Type」に「Rigid body」を選択します。
• 「Control point」グループの「Reference point」項目の値が「Reference_point-1」であることを確認します。
• 「Region」グループの「Region type」項目の値を、「Selection」をプルダウンし、「Node set name」に変更します。
• 「Node set」項目が、「Node_set-1」であることを確認します。
• 「OK」を選択します。

解析条件の設定

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Steps」をダブルクリックします。
• 「Create Step」ウィンドウで、「Type」に「Static step」を選択します。
• 「OK」を選択します。

拘束条件の設定

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Steps(1)」 > 「Step-1」 > 「BCs」をダブルクリックします。
• 「Create Boundary Conditions」ウィンドウで、「Type」に「Fixed」を選択します。
• 「Set selection」ウィンドウで、「Edge angle」を選択します。
• グラフィック・ウィンドウのモデル上で拘束する円を選択します（2つ目の円はSHIFTキーを押しながら選択）。
• 「OK」を選択します。

荷重条件の設定

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Steps(1)」 > 「Step-1」 > 「Loads」をダブルクリックします。
• 「Create Load」ウィンドウで、「Type」に「Concentrated force」を選択します。
• 「Region」グループの「Region type」項目の値を、「Selection」をプルダウンし、「Reference point name」に変更します。
• 「Reference point」項目の値が「Reference_point-1」であることを確認します。
• 「Force componets」項目の「F2」の値を、「-100N」に設定します。
• 「OK」を選択します。

解析の実行

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Analysis-1」を右クリックし、「Run」を選択します。
• 「Monitor」ウィンドウ下部に「Finishied」と表示され解析終了です。

結果の確認

• 「Monitor」ウィンドウ下部の「Results」を選択すると「DISP（変位）」 > の「ALL（全方向）」の解析結果が表示されます。

アニメーション表示

• 「Animate」ボタンをクリックします。
• 「Animation」ウィンドウの右矢印で繰り返し表示されます。

ミーゼス相当応力の表示

• オブジェクト・ブラウザ「Results」タブの「STRESS」項目から「MISES」を選択します。

メッシュ生成条件を変更しての再解析

• オブジェクト・ブラウザ「Geometry」タブをクリックします。

• グラフィック・ウィンドウのモデル上で右クリックし、「Meshing Parameters」を選択します。
• 「Edit Meshing Parameters:Shell_part-1」ウィンドウで、「Mesh size」「Region」グループの「Max element size」項目の値を「3mm」に、「Elements per curvature」項目¹の値を「4」に設定します。
• 「OK」を選択します。

• グラフィック・ウィンドウのモデル上で右クリックし、「Create Mesh」を選択してメッシュを作成します。

• オブジェクト・ブラウザ「FE Model」タブの「Analysis-1」を右クリックし、「Run」を選択します。
• 「Monitor」ウィンドウ下部に「Finishied」と表示され解析終了です。

参考文献

柴田　良一著,工学社「PrePoMaxではじめる実践構造解析」

1. Number of elements to generate per curvature radius.（曲率半径ごとに生成する要素の数） ↩