SolidWorks Simulationについてお探しですね。
広告
設計した部品、本当に壊れないか心配じゃないですか?
「自分が設計した部品、実際に使われたときに壊れたりしないかな…」そんな不安を感じたことはありませんか?
昔は試作品を作って何度もテストするしかありませんでしたが、今は違います。
パソコンの画面上で「この部品、どれくらいの強度があるのか」をシミュレーションできる時代になりました。
この記事では、「SolidWorks Simulation」という便利なツールを使って、設計した部品の強度をチェックする方法を分かりやすく紹介します。
解析なんてやったことがないという人でも大丈夫。
この記事を読めば、安全で無駄のない設計をするための第一歩が踏み出せるはずです。
SolidWorks Simulationを使うと、何が嬉しいの?
最近は、設計者自身が強度計算やシミュレーションをする「設計者CAE」という考え方が広まってきました。
その中でも、SolidWorks Simulationは多くの現場で使われている人気のツールです。
人気の理由は何といっても、3D CADのSolidWorksにそのまま組み込まれていること。
わざわざ別の解析ソフトにデータを移す必要がなく、いつものCAD画面でそのまま材料を設定したり、力をかけたりして計算できちゃうんです。
試作の回数がグッと減る
シミュレーションを使えば、実際にモノを作る前に「この設計で大丈夫かな?」を確認できます。
従来は「設計→試作→テスト→壊れた!→やり直し」の繰り返しで、お金も時間もすごくかかっていました。
でも、パソコンの中で強度を確かめられれば、設計の早い段階で弱いところが見つけられます。
結果として、開発期間もコストも大幅に削減できるんです。
「なんとなく」じゃなく、数字で説明できる
もう一つの大きなメリットは、設計の根拠をきちんと数字で示せるようになることです。
今までベテランの「勘」や「経験」に頼っていた板の厚さや補強の位置も、応力の分布や安全率といった客観的なデータをもとに決められます。
経験が浅い若手エンジニアでも、解析結果を見ながら試行錯誤することで、安全でコスパの良い形を見つけ出すスキルが自然と身についていきます。
応力解析って何? どう使えばいいの?
応力解析(静的解析)は、部品に力がかかったとき「どこにどれだけの力が集まるか」「どれくらい変形するか」を調べる、一番基本的なシミュレーションです。
たとえば、壁に取り付けたブラケット(金具)に重りをぶら下げたとき、ブラケットの付け根にどれくらいの負担がかかるのか計算します。
これで、実際に使ったときに壊れないか、変形しすぎて使い物にならなくならないかをチェックできるわけです。
応力解析の流れ
応力解析をするときの手順は、だいたいこんな感じです。
1. **材料を設定する** – 鉄なのか、アルミなのか、プラスチックなのか。
材料の特性を入力します
2. **固定する場所を決める** – この部品、どこがネジ止めされているの?という情報を設定
3. **力のかかり方を決める** – どこに、どれくらいの力がかかるのかを入力
4. **メッシュを作る** – モデルを細かい網目に分割(これがないと計算できません)
5. **計算実行!** – あとはソフトにお任せ
計算が終わると、応力が高いところが赤、低いところが青、みたいに色分けされた図が出てきます。
これがとっても分かりやすい!
結果をどう見ればいいの?
解析結果を設計に活かすには、「ミーゼス応力」と「安全率」に注目しましょう。
ミーゼス応力は、「この材料、もう限界!」ってなるかどうかの目安です。
この値が材料の限界を超えている部分があったら、板を厚くしたり、角に丸みをつけたりして補強が必要です。
逆に、安全率がめちゃくちゃ高い部分は「ここ、強すぎるかも」ってこと。
材料の無駄遣いになっているので、軽くするために削ることを検討できます。
固有値解析で「振動」のトラブルを防ごう
部品の強度って、「力に耐えられるか」だけじゃないんです。
特にモーターやファンが付いている機械では、「振動」への対策がすごく重要になります。
そこで登場するのが固有値解析(モーダル解析)です。
固有値解析って何?
固有値解析は、その構造が持っている「揺れやすい周波数」を調べる方法です。
すべての物体には、叩いたり揺すったりしたときに自然と揺れる「特定の周波数」があります。
もし、モーターの回転による振動と、部品の揺れやすい周波数がピッタリ合ってしまうと…「共振」という現象が起きます。
共振が起こると、小さな力でもどんどん揺れが大きくなって、最終的には壊れたり、すごい騒音が出たりします。
固有値解析は、この危ない共振を設計段階で予測して避けるために必要な検証なんです。
共振を避けるには?
もし固有値解析の結果、外部の振動源と部品の固有振動数が近いことが分かったら、設計を変更して振動数をずらす必要があります。
基本的に、構造を硬くする(リブを追加する、板を厚くする)と固有振動数は高くなります。
逆に、重くすると固有振動数は低くなります。
SolidWorks Simulationで形を変えながら、安全な範囲に振動数がシフトしたかを確認していけば、振動に強い製品が作れるというわけです。
失敗しないための3つのコツ
SolidWorks Simulationは便利なツールですが、設定を間違えると現実とは全然違う結果が出てしまうこともあります。
「計算結果が出たから大丈夫!」と鵜呑みにするのは危険です。
実務で失敗しないために、次の3つのポイントを押さえておきましょう。
1. モデルはシンプルにしておく
解析結果に影響しない細かい段差、小さな穴、ロゴの刻印なんかは、事前に削除しておきます。
複雑すぎる形のままだと、メッシュがうまく作れなかったり、計算時間がやたら長くなったりします。
必要な部分だけに絞り込むのがコツです。
2. 「応力特異点」に騙されない
尖った角や、点で固定した場所の周りでは、「応力特異点」という現象が起きることがあります。
メッシュを細かくすればするほど、その部分の応力が無限大に計算されてしまうんです。
ここに表示される高い応力は、計算上のエラー(ニセモノの応力)なので、評価から除外するか、現実的な丸みを追加して再計算しましょう。
3. 手計算でざっくり確かめる
CAEはあくまでツール。
入力が間違っていれば、間違った答えが出ます。
材料力学の基本的な公式を使って、「だいたいこれくらいの応力になるはず」という目安をつけておくと、桁違いの入力ミスなんかを防げます。
完璧じゃなくていいので、ざっくりでも手計算で確認する習慣をつけましょう。
まとめ:まずは簡単な部品から始めてみよう
強度解析は、正しい知識を持って使えば、設計の品質を大きく高めてくれる強力な味方です。
最初から複雑なものに挑戦する必要はありません。
まずはシンプルな部品の応力解析からスタートして、結果の見方や設計への活かし方に慣れていきましょう。
SolidWorks Simulationを活用すれば、試作を減らしながら安全性の高いモノづくりができるはず。
ぜひこの記事を参考に、強度解析の世界に一歩踏み出してみてください!
広告
