2006年1月10日

• 本ページでは，シェル要素 (MSC.Nastran CQUAD4) とソリッド要素 (ADVENTURECluster 4面体 2 次要素) の比較を行います。

  シェル要素による薄板構造物の近似は広く行われています。特にプラスチック成形品などを中心に，CAD モデルから中立面を生成し，シェル要素を用いて近似することにより構造解析の負荷を減らすという，シェル要素ならではの解析です。それによって手軽に強度解析やパラメータサーベイなどが行えますが，一方では，本当にシェルモデルによる近似が正しいのか，という疑問はありますし，近似を行うとしても，複雑なモデルから中立面を作る作業は容易なものではありません。

• ここでは，Fig. 1 〜Fig. 3 の簡易なモデルで，シェルとソリッドの解析結果が本当に一致するのか確かめて見ます。シェルモデルは ADVENTURECluster でも計算できますが，ここでは比較のため，MSC.Nastran を用います。
  
  簡易モデルで両結果が一致することが分かれば，構造モデルの妥当性が両面――シェル要素による近似の精度，ADVENTURECluster のソリッド要素による分割の精度――から確認されることになります。また，従来からの，中立面を生成するという，非常に手間のかかる作業が，ADVENTURECluster のパフォーマンスの高さにより，ソリッドで近似することで解放される可能性があります。
  
  モデル 1 は，240×120×1[mm]の金属板で，4 隅に10φのビス穴を開けます。
  
  モデル 2 は，240×240×1[mm]の金属板を真ん中で 120°に折り曲げたモデルで，4 隅に10φのビス穴を開けます。
  
  モデル 3 は，240×120×1[mm]の 2 枚の金属板を120°の角度で，剛体はりで接合したモデルで，4 隅に10φのビス穴を開けます。

• 3 モデルとも固有値解析と周波数応答解析を行います。周波数応答解析は，大質量法により，ビス穴円周を底面に垂直な 4900[mm/s²] の加速度で加振し，振動試験を模擬するものとします。Fig.4 に，モデル 3 の接合と加振の例を示します。水色の線が剛体梁を表しており，2 枚の板の接合，および加振のための質点とビス穴まわりを結ぶのに用いられています。応答評価は底面前縁中心部で行います。

  モデル 3 のメッシュ分割を Fig.5，Fig.6 に示します。Fig.5 は ADVENTURECluster の 4 面体 2 次要素によるメッシュ分割を示します。要素数，節点数，自由度はそれぞれ 46967，242728，869085 です。板厚方向の分割は 1 層です。Fig.6 は MSC.Nastran の4角形シェル要素によるメッシュ分割を示します。要素数，節点数，自由度はそれぞれ 5000，5151，25755 です。

• Fig.7, 8, 9 にそれぞれモデル1，モデル2，モデル3 の，MSC.Nastran と ADVENTURECluster の固有値解析の結果を示します。3 モデルとも，ADVENTURECluster ソリッド要素と MSC.Nastran シェル要素の結果はほぼ完全に一致します。

  Fig.10, 11, 12 にそれぞれモデル1，モデル2，モデル3 の，MSC.Nastran と ADVENTURECluster の周波数応答解析の結果を示します。3 モデルとも，ADVENTURECluster ソリッド要素と MSC.Nastran シェル要素の結果はほぼ完全に一致します。

• 以上のように，このような単純なモデルでは，シェルとソリッドの固有値解析，周波数応答解析の解析結果は完全に一致することがわかります。

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