CAD/CAEシステムによる真空タンクの構造解析

構造解析でわかること

情報・生産技術部 デザイン・設計グループでは、CAD/CAEシステムを用いて、真空タンクの構造解析を行いました。

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  • 図1 真空タンク(1/2カットモデル)
  • 図1 真空タンク(1/2カットモデル)

この解析ではモデル(真空タンク)、荷重条件、拘束条件が全て左右対称なので、図のように1/2にカットしたモデルを利用します。
まず3D CAD(Autodesk Inventor)で3Dモデルを作成し、作成した3Dモデルに対してCAE(ANSYS Mechanical Pro)でメッシュを生成し、材質及び拘束条件、荷重条件、得たい結果(応力、変形量、安全率など)を設定し、計算を行います。

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  • 図2 メッシュジオメトリ
  • 図2 メッシュジオメトリ
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  • 図3 構造解析条件
  • 図3 構造解析条件

材質はSS400とし、解析条件は、1/2にカットした断面を""摩擦なし支持""(対称条件)、底面を”固定”とし、真空タンクなので外面全てに0.1MPaの圧力を加えています。
計算時間は、線形解析の場合は数分程度の場合が殆どですが、収束計算を行う場合は更に数倍、非線形解析では数十分から数時間かかる場合があります。
線形解析・・・荷重条件等の入力値を2倍にすると、変形等の出力も2倍となるような、連立一次方程式として表現可能な問題

真空タンクの構造解析結果

結果は数値(最大値、最小値、平均)及びコンター図(等高線図)で確認することが出来ます(以下のコンター図は変形がわかりやすいようにデフォルメしています)。
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  • 図4 相当応力分布
  • 図4 相当応力分布

この図より、上部のリブ部の相当応力が最大となっており、値は358.64MPaだと分かります。
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  • 図5 全変形量
  • 図5 全変形量

この全変形量の図から、上部のフタの中央部の変形が最も大きく、その値は2.48mmだと分かります。
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  • 図6 安全率分布
  • 図6 安全率分布

安全率の最小値は0.697であり、1を下回っているので塑性変形が発生します。
このように構造解析を行うことで、試作をする前に、条件に対して強度が十分であるか、またどの部分が壊れやすいかなどを知ることが出来ます。

ご利用を希望される方へ

同様の事例については、 試験計測(依頼試験) , 技術開発受託(受託研究) でご利用いただけます。

参考料金は以下の通りです。

料金表 (試験計測料金)

項目番号項目単位手数料
E4990機械設計・解析1時間当たり5,170

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