CAD/CAEシステムによる真空タンクの構造解析

情報・生産技術部　デザイン・設計グループでは、CAD/CAEシステムを用いて、真空タンクの構造解析を行いました。

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• 図1　真空タンク（１／２カットモデル）

この解析ではモデル（真空タンク）、荷重条件、拘束条件が全て左右対称なので、図のように１／２にカットしたモデルを利用します。
まず3D CAD(Autodesk Inventor)で3Dモデルを作成し、作成した3Dモデルに対してCAE（ANSYS Mechanical Pro）でメッシュを生成し、材質及び拘束条件、荷重条件、得たい結果（応力、変形量、安全率など）を設定し、計算を行います。

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• 図2　メッシュジオメトリ

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• 図3　構造解析条件

材質はSS400とし、解析条件は、１／２にカットした断面を""摩擦なし支持""（対称条件）、底面を”固定”とし、真空タンクなので外面全てに0.1MPaの圧力を加えています。
計算時間は、線形解析の場合は数分程度の場合が殆どですが、収束計算を行う場合は更に数倍、非線形解析では数十分から数時間かかる場合があります。
線形解析・・・荷重条件等の入力値を2倍にすると、変形等の出力も2倍となるような、連立一次方程式として表現可能な問題

結果は数値（最大値、最小値、平均）及びコンター図（等高線図）で確認することが出来ます（以下のコンター図は変形がわかりやすいようにデフォルメしています）。

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• 図4　相当応力分布

この図より、上部のリブ部の相当応力が最大となっており、値は358.64MPaだと分かります。

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• 図5　全変形量

この全変形量の図から、上部のフタの中央部の変形が最も大きく、その値は2.48mmだと分かります。

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• 図6　安全率分布

安全率の最小値は0.697であり、１を下回っているので塑性変形が発生します。
このように構造解析を行うことで、試作をする前に、条件に対して強度が十分であるか、またどの部分が壊れやすいかなどを知ることが出来ます。

同様の事例については、 試験計測（依頼試験） , 技術開発受託（受託研究） でご利用いただけます。

参考料金は以下の通りです。

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今回のCAD/CAEシステムによる真空タンクの構造解析の事例については、以下の関連ページもご参照ください。 【★動画でご紹介！】CAD/CAEシステムによる真空タンクの構造解析（YouTube公式チャンネル）