解析入門資料

ゴムの構造解析導入＆ゴムFEM解析入門

ゴムFEM解析入門

製品設計を始める際、数値計算にて各種設計変数の影響を事前に調査したいと誰もが考えると思います。しかしながらゴム製品の数値解析については未だ学術的要素が強いため、簡単に導入することが困難な状況です。
ここでは、はじめてゴムのFEM解析を行う方を対象として、最初に何が必要かを以下の順に従い説明いたします。

ソフトウエア
ゴムの材料定数
実際の解析作業

企業の皆様向けゴムの構造解析導入支援

企業における解析導入を迅速に行うため、次の技術を提供いたします。

ゴムの構造解析の基礎知識
ゴム材料定数の扱い方
材料定数データベースの構築
数値計算ノウハウ

ソフトウエア導入コストが気になるお客様のためのご提案

構造解析を行うためには、ソフトウエアが必要となります。しかしながら、中小企業にとってソフトウエア導入のコストは大きいため導入が進んでいないのが現状です。一方で、各県設置の工業試験場の多くは、ゴム対応可能な構造解析ソフトウエアを所有しております。
そこでＣＡＥ解援隊では「工業試験場を活用したゴム構造解析導入」をご提案いたします。

１．ソフトウエア

ゴム製品は材料特性が非線形性を示し、かつ、大変形を伴って使用されることが多いため線形解析ソフトウエアでの対応は困難であると考えられます。そのため一般的には非線形解析が可能なソフトウエアが使用されます。有名なソフトウエア名称を以下に示します。

ABAQUS
MSC.MARC
ANSYS（要パッケージ確認）
ADINA
LS-DYNA

これらのソフトウエアは解析専任者向けであるため、製品設計者が日常的に使用することは厳しいかと思われます。この事がゴム製品の数値解析を始める上での１つの障壁となっております。また、最近の3次元CADは線形解析可能な機能が含まれています。ゴム製品に線形解析を適用すると実際を全く反映していない結果となります。詳しくは特別公開中の資料を参照下さい。

MAS0080330-29　ゴム材料を弾性体として定義した場合の問題点（解析結果動画つき）
MAS0080330-30　ディスク解析-C10とM-R３次式の違い

対策

では、どのような手法があるのか？　解析を委託するか、自ら学ぶほか方法はありません。
幸いな事に、各ソフトウエアメーカーは非商用利用を条件に学習用ソフトウエアを提供しています。

ABAQUS student edition

体験版付属の日本語書籍が出版されました。有限要素法 ABAQUS Student Edition付

ANSYS ED

節点数に制限があるため、3次元要素の解析は困難であると思われますが、2次元要素ならば導入検討用に解析を行うことが可能です。また、初めてソフトウエアを導入する方に向けた資料が付属しておりますので、基本的な操作方法を学ぶことができます。理解に苦労している方は、CAE解援隊までお問い合わせ下さい。CAE解援隊はゴム解析を設計に応用したい方を対象にサポートを行っております。

２．ゴムの材料定数

ソフトウエア環境を整備した後も問題は続きます。ゴムの材料特性をソフトウエアに入力する必要があります。金属ならば機械設計便覧を参照することで材料定数を簡単に参照することが可能ですが、ゴムは材料定数を発見することが困難です。ゴム材料製造元もソフトウエアに直接入力可能な数値は教えてくれないでしょう。なぜ、教えてくれないのか？　それはゴムの材料定数は、高分子材料が所以の材料種類毎に機械特性が大きく異なり、かつ、製品製造方法が異なれば機械特性が変化するため一意に材料定数を決定することは非常に困難である事が原因となっております。仮に、ゴム材料に弾性率（もしくはヤング率）を適用した場合、線形解析を行った事と同じになり、実際を全く反映していない結果となります。

対策

一般的にゴムの材料特性は「ひずみエネルギー密度関数」として定義され、各項の係数を決めることで特性を決定します。係数の決定には、単軸引張試験以外のデータも必要となり、多くの工数とノウハウを必要とします。 CAE解援隊では、

「解析業務を製品設計に早期に貢献する事」
を目的に次のソリューションを提供しております。

仮のゴム材料定数の無償提供
受託試験-ひずみエネルギ関数データ作成
資料の提供
6ヶ月無料サポート

詳細は左の「材料定数、工数削減」と「ゴム解析」を参照下さい。

３．実際の解析作業

ゴムは他の部品と組立られて使用されることが大半かと思われます。そのため数値解析は組立状態にて行う必要があります。予想される問題を以下に示します。

各部品の接触が引き起こす計算の停止
形状不安定性が引き起こす計算の停止
メッシュの切り方が引き起こす計算の停止
メッシュ形状選択ミスによる計算結果の誤差

これらの問題に対応するためのヒントをCAE解援隊は提供しております。

対策

CAE解援隊では、「設計業務の手助けとなる解析方法」を「ゴム解析資料」にて提供しております。

工業試験場を活用したゴム構造解析導入

各県設置の工業試験場はゴム解析対応可能なソフトウエアを導入している場合が多いため、これを利用することにより「導入のコスト、リスク」を低減することが可能となります。以下に工業試験場のソフトウエアを利用した場合のゴムの構造解析導入プロセスをご提案いたします。

お客様の状況により導入プロセスは異なってきます。
詳細につきましては別途お問合せ下さい。詳細な説明資料を送付させて頂きます。