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 ｽｰﾊﾟｰｺﾝﾋﾟｭｰﾀ 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 19 ［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 20 ［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 21 ［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 22