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FEAエンジニアのためのデータ処理

FEAの荷重条件の検討

  • 市場おける負荷を適切に表現し、FEAで利用するためには様々な信号処理・分析が必要です。
    • 単位変換
    • 動的成分の検討
    • 幾何学的非線形荷重の扱い
    • 相対疲労被害度分析による”厳しい”負荷の見極め
    • ダメージを保持した負荷の単純化
    • FEA結果と試験結果の比較
  • Glyphworks にはこれらを効率的に行う機能が用意されています。

 

単位変換

  • 単位変換を効率的に行うための専用機能が用意されています。
  • 物理量(力、加速度、温度、etc)の様々な単位を認識し、指定単位に統一する。
  • PSDの単位変換も可能です。

 

動的成分の検討

  • 動的負荷は大きな共振を発生させ、静的負荷よりも大きな変位や応力を発生させる可能があります。そのため、負荷波形の周波数分析を実施し、FEモデルの応答と比較評価することは正確な解析を行うために重要なプロセスです。
  • 静的 vs 動的
    • FEモデルの固有振動数を計算します。(FEAコードで実施)
    • 負荷の周波数分析(PSD)を計算します。
    • 一般にモデルの最低固有振動数が負荷の最高周波数の3倍未満であれば動的応答が予想されまる(動的FEAの必要性)
  • 過渡的 vs ランダム
    • 負荷の確率密度や移動統計などを分析することで、過渡的(決定論的)かランダム(確率論的)であるかを評価します。
    • 過渡的であればFEA過渡解析に基づく疲労解析、ランダムであればFEA周波数応答解析に基づく疲労解析を検討します。

 

幾何学的非線形負荷

  • 負荷経路が変わることによって応答が非線形挙動を示すことがあります。
  • この種の非線形挙動については常にFEでモデル化する必要はありません。
  • 例: フロントストラットの車体取り付け部の応力
    • ストラットの負荷の方向(圧縮 Jounce、引張: Bound)で負荷経路は変わりますが、各方向における応答は線形とみなすことができます。線形結合を利用して非線形の応力履歴を計算します。
    • 圧縮と引張をそれぞれ線形FEA計算を行います。
    • 負荷履歴を引張と圧縮に分離します。
    • 圧縮FEA結果と圧縮負荷履歴、引張FEA結果と引張負荷履歴を線形結合することで全時刻にわたる応力履歴を計算します。
    • FEは線形で計算されますが、最終的な応答は非線形の応力履歴を表現します。

 

相対疲労ダメージ比較

  • どちらの負荷がより厳しいかいか?(どちらの負荷をFE解析で使用するべきか?)
    • 右輪側 vs 左輪側
    • ヨーロッパ vs 北米
    • 初期プロトタイプ vs 最新プロトタイプ
  • FEモデルによる疲労計算では最もダメージを与えるイベントで評価する必要があるかもしれません。
  • 相対疲労ダメージ解析はコストの大きなFE解析計算の前に負荷をスクリーニングすることができます。

 

同等ダメージ、一定振幅

  • 計測負荷サンプル数やFEモデルサイズが大きくなるに従い計算コストも高くなります。
  • 相対ダメージ技術を使用することで複雑な変動振幅負荷を一定振幅負荷に単純化することができます。
  • 単純化された負荷は疲労計算を効率化します。
  • 試験室の耐久試験に利用することもできます。
  • 複数の負荷レベルを含むブロックサイクルテストに拡張することもできます。

 

試験とCAEの比較

  • FEモデル上に仮想ひずみゲージを配置し、実際のひずみゲージと容易に比較することができます。
  • MSC Adams などのマルチボディダイナミクス解析ソフトの結果と、実験結果を直接比較することができます。

 
 

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