材料強度および演習

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Transcript 材料強度および演習

2007/12/11 Ver.2
ものつくり大学における
CAE教育
について
ものつくり大学
製造技能工芸学科
野村 大次
ものつくり大学
1
[1]CAEと有限要素法
(1)CAEとは
①広義のCAE
1980年SDRC社が提唱した解析・設
計・試験の統合化の概念
②狭義のCAE
CAEソフトを利用した解析・CAD連携
(2)有限要素法はCAEの為の
強力なツールである
ものつくり大学
2
有限要素法
の歴史
右の年表
は有限要
素法とコ
ンピュー
タが相互
に影響を
及ぼしな
がら発展
してきた
の歴史を
表してい
る。
有限要素法の歴史
1946
コンピュータの歴史
世界初の電子計算機ENIAC が開発される
(米陸軍の弾道計算用)[第1世代]
1950
IBM が商用コンピュータ IBM650 を開発
1951
世界初のストアドプログラムコンピュー
タ EDVAC 完成. UNIVAC1 商用化
1956
Boeing 社の Turner 等が有限要素法による
最初の論文を発表
1950 年代末
トランジスタを用いた第2世代コンピュ
1963
NASA が NASTRAN の開発を開始する
1964
東大内で有限要素法研究会発足.日本での
ータが開発される
研究・普及が始まる
1960 年代
IC を用いた第3世代コンピュータが開発
1965~
Zienkiewicz が有限要素法による研究(場の される
1969
問題,浸透流,弾塑性等)を盛んに行う
1971
MSC 社が MSC/NASTRAN の販売を開始
1975 頃
1980
造船各社で構造解析システム開発が盛んに 三井造船では構造解析システム MISA
行われる
最初のパソコン MITS 社の Altair8800b
SDRC 社が"CAE"を提唱する
が開発される.
1981
米 SUN 社が WS・SUN-1 を出荷開始
1991
スーパーコンピュータ CRAY-1 出荷
1995
汎用構造解析システムのパソコン化が盛ん PC の高機能化と低価格化により、PC で
に行われる
2001
ものつくり大学
も実用的解析が全て実行できる時代に
ものつくり大学が発足
3
世界初のコンピュータENIAC
ものつくり大学
4
世界初の有限要素法の論文(Boeing社のTurner等)
ものつくり大学
5
MISA(Mitsui Structural Analysis Program
System)を用いた解析例1(機関室2重底)
解析対象構造と粗分割図
ものつくり大学
6
[2]ものつくり教育での
CAEの位置づけ
ものつくり大学の理念
(1)ものつくりに直結した実技教育
(2)実技と技術を連結する教育・研究
(3)統率力や起業力を養うマネジメント教育
(4)社会からの要請に合致した教育・研究
(5)独創性をもった社会性・人間性豊かな教育
(6)国際性重視の教育
ものつくり大学
7
[3]製造技能工芸学科の
力学系カリキュラムとCAE教育
実験系
演習系
実習・ゼミ
1年 静・動力学
同左
2年 機械力学および実験
材料力学/強度および演習A,B,C,D
3年
CAE基礎/応用および演習
コンピュータ応用設計演習
(CAD/CAE)
(CAD/CAE)
Lゼミ(卒業研究準備)
コンピュータ応用設計評価
最適設計および演習
4年
ものつくりのためのCAE技術および演習
8
ものつくり大学
セミナー1,2(有限要素法特論)
[4]CAEソフトウェア
①構造解析
ANSYS/ED
ANSYS/Univercity(Network)
GT-STRUDL(梁構造)
NX_NASTRAN for Femap(教育版)
NX_NASTRAN for Femap(フル版)
MSC/FEA,MSC/AFEA (教育版Network)
②CAD-CAE連携
Solid Designer / Design Adviser
Pro/ENGINEER
CATIA V5
③樹脂流動解析
Moldflow Part Adviser
ものつくり大学
71台
1台
100台
100台
1台
73台
70台
70台
30台
1台
9
[5]CAEの基礎として重要な材料力学
の科目も充実しています
[材料力学および演習](2単位)
応力とひずみ,棒の引張り圧縮,軸の捩り,梁の曲げ
[材料強度および演習A](1単位):組合せ応力
[材料強度および演習B](1単位):エネルギ
[材料強度および演習C](1単位):座屈
[材料強度および演習D](1単位):塑性と疲労
ものつくり大学
10
[6]CAE基礎および演習(2単位)
講義(有限要素法の概要,材力の基礎,要素定
式化,連立解法,要素応力計算)
演習方法
○EXCELを用いた有限要素計算手順の体験
要素剛性マトリックス,全体剛性マトリックスを数
値で確認,連立方程式をガウスの消去法で解く,
要素応力をマトリックス計算する
○自作FEMプログラムを利用した演習
平面3,4角形要素での処理内容・手順の解説
ものつくり大学
11
[6-1]EXCELを利用した有限要素法計算例
有限要素の剛性マトリックス
ものつくり大学
12
[6-2]自作有限要素法プログラムを用いた解析
演習例(自由端に横荷重をうける片持ちは
り)
ものつくり大学
13
[6-3]FORTRAN有限要素法プログラムによる
処理内容理解と解析機能の把握
プログラム名
機能
CFEM :定歪3角形要素
EXCEL計算のロジック化
CFEM3:アイソパラメトリッ
ク要素/解析機能向上
ものつくり大学
14
[6-4]CAE応用および演習(2単位)
講義と演習(各種要素の特性,熱伝導・熱応力解
析,固有振動解析,流体解析,解析報告書)
○NX_Nastran for Femapを用いた有限要素解析
の学習
構造解析:2次元要素によるはり問題(片持ちは
り,両端固定はり等)
熱解析:内外面に対流熱伝達を受ける厚肉円筒
固有振動解析:はり構造
3次元解析:ソリッド要素による3次元解析
ものつくり大学
15
[6-4]CAE応用および演習(続)
○解析報告書作成方法の指導:
解析目的,理論解,解析の仕様,解析結
果とその検討・考察を報告書に纏める
○ANSYSを用いた流体解析の学習
ディフューザー流れ,ポケット流れ
○ ANSYS/LS-DYNAを用いた陽的有限要
素解析の学習:
落下衝撃解析の体験
ものつくり大学
16
[7]コンピュータ応用設計演習(3年3クオータ)
CAD(CATIA,ProE)による
成果のCAEへの活用
ものつくり大学
17
[7-2]コンピュータ応用設計評価(3年4クオー
タ)
• さらに高度なCAD/CAE連携解析の学習
ものつくり大学
18
[8]最適設計および演習
(3年4クオー
タ)
およそ設計者はより良い設計・最適な設計を目指すべきで
あり、その為の理論とツールの活用法について学ぶ
第1回 最適設計とは
第2回 最適設計の手法
第3回 寸法最適設計解析(NX_Nastran)
第4回 寸法最適設計解析2回目
第5回 形状最適設計解析(ANSYS)
第6回 位相最適設計解析(2次元;Isler)
第7回 位相最適設計解析(3次元;Gaudi)
第8回 試験
ものつくり大学
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[9]ものつくりのためのCAE技術
および演習(4年1クオータ)
各業界から今現実にCAEを開発/活用している講
師をお招きして、ものつくりへの活用法を学ぶ
第1回 概論
ものつくり大学(野村)
第2回 重工業での活用
三井造船(岩崎)
第3回 素材加工での活用
東芝(西村)
第4回 自動車産業での活用
テラバイト(丹羽)
第5回 プラスチック成形解析での活用 プラメディア(多田)
第6回 流体解析での活用
CDAJ(中嶋)
第7回 最適設計解析での活用 くいんと(石井)
第8回 電気・電子分野での活用 NEC(鷲山)
ものつくり大学
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[10]著名有限要素研究者によるCAE特別講演会
02年度 Georgia州立工科大学教授Dr.Emkin先生
「有限要素法の歴史とGT-STRUDL」
新2年生向け、「材料強度」の授業の始めに
英語での講演には大意訳がついたもので
あっ
たが、聴講学生には大変好評であった。
03年度 東京大学名誉教授川井忠彦先生
「有限要素法概論
-その生い立ち,現状及び将来-」
新3年生向け、「有限要素」の授業の始めに
ものつくり大学
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[10]著名有限要素研究者によるCAE特別講演会(続)
•04年度 非線形構造解析プログラムMARCの開発者
元米国MARC社長Dr.PedroV. Marcal先生
「Trend is your Friend」
•06年度 慶応大学名誉教授棚橋先生
「有限要素法と流体解析について」
ものつくり大学
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