Fusion360の円環の静的応力解析について

[hasikun2]

FusionとSolidWorksで同じように円環の静解析を行ったのですが、fusionの応力分布はSolidWorksのように中心の接点が最大応力にならず、左右に分かれています。なぜなのでしょうか？

ちなみに、アセンブリで「すべての接触を有効にする」をしています。

[adachitech7]

@hasikun2 さん、

Solidworksの設定がどのようなものなのかが分からないので何とも言えないところがあるのですが、Fusion360の方で設定をいじることでSolidworksと近い結果がでるようになりました。

以下、色々トライした結果です。

デフォルト設定

アダプティブメッシュリファインメントを高に設定。

メッシュサイズをモデルベースで3%にする。

接触設定を接着から粗いに変更。

[hasikun2]

本当にありがとうございます。確かに接触を粗いor分離にすると応力最大値が中心になりました。

しかしもう一つ問題がありまして、応力最大値が高すぎることです。

円環(アクリル)：外径70mm 内径3mm 押し出し5mm

上下のプレート(炭素鋼)：縦10mm×横30mm

力：天面から500N

拘束：底面完全固定・天面Z軸以外固定

ざっと上記の条件でSOLIDWORKSとFusionで同じ解析を行っているのですが、SOLIDWORKSの場合、メッシュの細かくしても最大値は46MPa程度(デフォでは40MPa)になりますが、fusionの場合、画像でお送りいただいているようにメッシュを細かくすればするほど最大値が爆発します。

確かに、同じ材料でもSOLIDWORKSとFusionで材料特性が多少異なりますが、ここまで差が出るとは考えにくいです。

一応、円環ではなく円柱になってしまいますが、以下サイトで接触面圧計算してみると40MPa弱だったのでSOLIDWORKSでの解析が正しい結果だと思っているのですが、ご教示いただきたいです。

https://gijyutsu-keisan.com/webapp/mech/calc_hertz/calc.php?sel_graph=cylinder_2

[hasikun2]

訂正　円環の内径は30mmです。

[adachitech7]

@hasikun2 さん、

Fusion360では円環との接触部分が特異点として認識されているようですね。

応力集中する部分はメッシュサイズを細かくするほど応力値が大きくなって発散するという問題で良く知られた現象のようです。

https://www.fasotec.co.jp/625/

下図は過去にFusion360で検証してみた結果です。

シャープエッジのところの応力値がメッシュサイズを細かくしていくにしたがって増大しているのが分かります。

回避できるやり方がないかトライしてみますので少し待ってください。

その間に良く知っている人から返答があるかもしれません。

[hasikun2]

ありがとうございます。まさにこの現象でした。

自分でも解決方法を模索してみます。

お手数ですが、よろしくお願い申し上げます。

[mizuV4V5F]

@hasikun2 さま

横から失礼します．

解析モデルがかなり不安定だと思いましたので，理想的な状態となるように1/8モデルで解析しました．
メッシュの絶対サイズが2.5，1.0，0.5mmの3ケースですが，ミーゼス応力の最大値が爆発することはありませんでした（ばらついてはいますが...）．

また，応力特異点が一部分だけであれば無視することもできると思います．
例えば，円_0.5のモデルで鉛直応力の最小値は-110 MPaですが，その範囲は微小で接触の中央では-55 MPa程度です．

解析結果の最大・最小だけでなく総合的に評価してみてはいかがでしょうか？

以下は，解析モデルに合わせて計算サイトに入力した条件と結果です．
円柱面　直径: 70 mm，接触長さ: 5 mm，縦弾性係数: 2.74 GPa，ポアソン比: 0.355
平面　縦弾性係数: 210 GPa，ポアソン比: 0.3
入力荷重: 500 N
ヘルツ面厚Max: 53.038 MPa
接触面幅: 2.4006 mm

[hasikun2]

詳細なご回答をいただきありがとうございます。

全体図で解析ソフトごとで比較して解析方法をまとめたかったのですが、やはり難しいようですね。

ちなみに、接触方法は接着・粗い・分離等のどれでしょうか？

[hasikun2]

よくよく考えてみると円環の応力分布が分かればよかったので、解析終了後、上下のボディーを非表示にしたらそれなりに求めていた値になりました。これは正しい値と言えるでしょうか？

ちなみに同じ材料でもSOLIDとFusionで特性が少し違ったので、Solidの特性を「物理マテリアルの管理」から個別に値を指定しています。SOLIDの値↓

[adachitech7 · Accepted solution]

@hasikun2 さん、

固定拘束のやり方を変えて接触をスライドにしてみました。

この状態でメッシュサイズを10mmから1mmまで1mm刻みで細かくしています。

これを見ると上部中央の応力値はメッシュサイズが小さくなるにつれて収束しているようなのですが、最大応力は発散している感じですね。

円環部分だけを見ているのですが、最大応力はひとまず無視してもいいんじゃないかなという印象です。

あと上部中央の応力値が20MPa以下になっているのでここをどう判断するかですが、、、

一度この状態で接触を「粗い」に戻してやるとまた違った結果が出るのかもしれません。

答えにはなっていませんが何かの参考になれば幸いです。

[mizuV4V5F]

@hasikun2 様

接触方法は「分離」にしています．

その他はデフォルトのままだったと思います．

モデルを添付しておりますので，詳細はこちらでご確認ください．

別の解析ソフトと比較するならば，なるべく条件を合わせるのがよいかと存じます．

材料定数，形状はもちろんのこと，解析要素，境界条件（接触条件含む）などで結果が変わりますのでご注意ください．