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機械設計と物理シミュレーションについて
- 機械設計での強度計算に物理シミュレーションを活用できるか検討中
- 物理シミュレーションを用いて部品の負荷を計算する方法について調査中
- 複雑なモデルや動荷重に対して物理シミュレーションを適用するメリットについて検討
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私ならば、大学等のレポートや宿題であればフリーのBulletPhysicsやODEなどの物理シミュレーションを使用することも考えます。タダですから。 でも、インストールしてプログラミングして動作させて、結果を確認して、結果の妥当性を評価して…。この程度に毛が生えた程度の物であれば、前準備と後始末に時間がかかりすぎるので、手計算やexcelで済ましそうです。 製品としての機器設計ならば、自分の強度計算結果がユーザのケガに直結するから、計算方式と計算結果が保証ものを使用します。3DCADの構造解析機構解析ソフトやANSYSとか。 >このような手法で強度計算を行うことは可能でしょうか？ すでに回答されていますが、可能か不可能か、という事であれば可能と思います。それよりも、物理シミュレーションを使うことが「妥当」か? という点で評価すべきと思います。私は「妥当ではない、なじまない」と思います。
大まかな考えでは、機械工学と物理は、単位が異なるだけで同じ物と考えています。 ですから、数学、物理、機械工学は、理系では同じ物で、3つの単位が取れる美味しい教科。 電気系なら、物理が化学となる事が、予想できますがね。 さて、日経テクノロジー・オンラインで“くさび増力効果”を検索しますと、 仮想仕事の原理で証明ができると記載されています。 直線運動の動力計算と、回転運動の動力計算は、 トルク＝力×腕の長さ を、トルク＝力×半径 としたら、 2×π×半径＝円周長さ、 回転数N[rpm]÷60＝回転数Ns[r/sec] なり、 同じになるので、回転運動のくさび増力効果は、てこの原理ともなります。 ? トルク＝力（Ｆ１）[N]×腕の長さ（Ｌ１）[m]＝力（Ｆ２）[N]×腕の長さ（Ｌ２）[m] 力（Ｆ１）[N]×腕の長さ（Ｌ１）[m] ＝ 力（Ｆ２）[N]×腕の長さ（Ｌ２）[m] 例えば、力（Ｆ２）[N]が、10×力（Ｆ１）[N]なら、腕の長さ（Ｌ２）[m] は、 （1/10）×腕の長さ（Ｌ１）[m] とならなければ、等号（＝）が成り立ちません。 因って、トルクの力（Ｆ１）[N]と、腕の長さ（Ｌ１）[m]は、反比例の関係となる 回転の動力計算である ? 動力P[kW]＝2×π×回転数N1[rpm]×トルクT1[kg･m]÷（102[kW換算の係数]×60[sec/min]） ＝2×π×回転数N2[rpm]×トルクT2[kg･m]÷（102[kW換算の係数]×60[sec/min]）の 両項共通である 2×πと÷（102[kW換算の係数]×60[sec/min]）を移項削除すると、 回転数N1[rpm]×トルクT1[kg･m]＝回転数N2[rpm]×トルクT2[kg･m]となり、 同じ動力では、減速し回転数が少なくなるとトルクが増え、その逆で回転数が多くなる とトルクが増える、反比例の関係になります。 そして、 回転数N1[rpm]と回転数N2[rpm]が同じなら、トルクT1[kg･m]＝トルクT2[kg･m] ＝力（Ｆ１）[N]×腕の長さ（Ｌ１）[m] ＝ 力（Ｆ２）[N]×腕の長さ（Ｌ２）[m] となり、?と同じになります。 戻って、 動力P[kW]＝2×π×回転数N1[rpm]×トルクT1[kg･m]÷（102[kW換算の係数]×60[sec/min]） ＝2×π×回転数N2[rpm]×トルクT2[kg･m]÷（102[kW換算の係数]×60[sec/min]） ＝ 動力P1[kW] ＝ 動力P2[kW] は、エネルギー保存の法則で、物理でも出てくる。 ベルヌーイの定理での速度ヘッド、圧力ヘッド、位置ヘッドは一定も、エネルギー保存の 法則で、 ? 圧力ヘッド ⇔ 位置ヘッド 海や湖を10m潜る毎に1[kg/cm2]又は1気圧掛かる ? 速度ヘッド ⇔ 圧力ヘッド 差圧計、差圧流量計、揚力（非圧縮流体より、圧縮流体の方が変換効率が極端に悪い） ? 速度ヘッド ⇔ 位置ヘッド トリチェリーの定理（風呂や洗面の水が抜ける速さ計算） パスカルの原理も、仮想仕事の原理で証明でき、 仕事＝力Ｆ1[N]×移動距離[m]なので、URLの 40mm×10kg ＝ 10mm×40kgがそれ、 また、単位時間当たりの仕事を仕事率と云いまして、それが動力なので、 動力＝動力、仕事率＝動力、にて、エネルギー保存の法則からの移項削除で、 多くの物が姿を変化させていますが、計算できます。 ですから、結論は、計算が可能ですか、市販ソフトはなく、係数を実験や論文から 見つけるや購入し、貴殿が製作するしかないでしょう。 それ等を、“飯の種”としている方も、沢山いますから。
はりの計算は弾性学の近似理論で求められた手法で、拘束条件により計算の 結果が変わります。そのため、一般には同一モデルの計算結果を適用して 求めます。物理シミュレーションは限定して利用することは可能でしょうが、 一般化するのは難しいと思います。はりの計算に関するサイトを下記しておき ます。 http://www.at-system.jp/m/005_zairiki/zairiki.html http://homepage2.nifty.com/Pixy/calchtml/index.html http://ebw.eng-book.com/heishin/vfs/book/
＞このような手法で強度計算を行うことは可能でしょうか？ 直接の回答ではありませんが、 そのような方法で、部材に加わる応力を計算することは可能と思います。 計算結果の応力を用いて、変形量の計算をすることなどは、設計上有用と 思います。 その一方で、その計算結果の応力によって、強度に対する判定を下すには 根拠が不十分の可能性があります。 一般論として結果を求めるには範囲が広すぎと思いますので、具体的な 事例をお示しになることがよさそうに思います。
