円筒のはめあい|Salome-Meca

今週は、アセンブリ構造解析の事例として、部品の接触解析を行いました。
解析は、焼き嵌めを想定し2円筒がはめあったときの部品の強度を計算しました。

使用ソフト:SalomeMeca2019+Ubuntu18.04(with VirtualBox)

1.解析概要

2つの円筒がはめあったときにおける外側円筒(円柱2)の円周応力を計算します。

モデル概要

(1)モデル
上図のように、軸対称モデルにしており、はめあい面に接触が発生すっることから非線形解析による接触解析を行いました。
・円柱1:内径10mm x 外径20mm x 高さ10mm
・円柱2:内径19.98mm x 外径30mm x 高さ11mm
・しめしろ: 0.02mm
・ヤング率:200000MPa、ポアソン比0.3(鉄系材料)
・出力:外輪はめあい面の円周応力
・メッシュ:四角形1次要素
・接触に関連するパラメータ:SalomeMecaの初期値

(2)要素
 4面体1次要素(自動メッシュ)
 メッシュサイズは、2条件設定しました。
 <条件1>
 径方向(X方向):5分割、高さ方向(Y方向):10分割
 <条件2>
 径方向(X方向):20分割、高さ方向(Y方向):100分割

2.解析結果

結果を以下に示します。
円周応力はZ方向であり、紙面に垂直な方向です。

解析結果


3.検算

はめあい時の応力は、材料力学の公式で算出可能です。
計算が少々複雑なので、インターネットにあるWeb計算ツールを活用しまして、算出すると121.9MPaでした。
SalomeMecaの応力値は、条件1は124.8MPa、条件2は122.2であることから、材料力学の公式による計算値とほぼ一致していました。

Web計算ツール:HP「計算技術研究所」内の圧入計算より

URL:https://gijyutsu-keisan.com/webapp/mech/calc_pressfit/explain.php

4.まとめ

SalomeMecaのはめあい計算は、材料力学の公式とほぼ一致していました。
そのため、断面形状が不均一な場合な円筒でも、円筒にかかる応力計算を推定できると考えます。

なお、この計算は、2020.12.13に開催された第20回オープンCAE勉強会@関東(構造など)でも、発表したところ助言をもらいました。
・接触解析は、パラメータが複雑で収束がしにくい問題で難しい。
・比較的簡単な接触解析のため、SalomeMecaの初期設定値でもエラーがでないで解析ができた。

また、簡易的な検算ツールを公開いただきました技術計算製作所様にはこの場にてお礼申し上げます。

<参考資料>
*.comm:解析ファイル、*.med:メッシュファイル
メッシュファイルは、条件1のみ添付します。