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有限要素法解析ソフト Ansys工学解析入門(第3版)

有限要素法解析ソフト Ansys工学解析入門(第3版)

Workbench対応。設計力向上。

新たなプラットフォームとモデラーを追加した
統合環境「Workbench」上での解析法を解説。

線形・非線形構造解析に加え,
衝撃・爆発解析,伝熱解析,電磁界解析,
熱流体解析,連成解析など,多種類の解析が
「Ansys Workbench」で実行できる!

本書は汎用有限要素法解析ソフトウェア
「Ansys」(アンシス)使った工学解析の実際を
ソフトの使い方を含め、わかりやすく解説したものです。

第3版は「Ansys 2019 R2」をベースに解説しています。
1編 工学解析と有限要素法
1章 はじめに(工業製品の設計業務について)
1・1 設計業務
1・2 設計に対する制約条件
1・3 QCDS
1・4 設計における未知特性の取り扱い
1・5 過去の製品・設計事例に学ぶ
1・6 全体のバランスと商品性を意識した設計
1・7 CAEを駆使した設計

2章 有限要素法の基礎
2・1 重み付き残差法
 1. 部分領域法(有限体積法)
 2. ガラーキン法
2・2 レイリー-リッツ法
2・3 有限要素法
 1. 1要素の場合
 2. 3要素の場合
 3. 有限要素法の手順

3章 有限要素法による工学解析
3・1 構造物の弾性解析における有限要素式
 1. 二次元弾性問題における有限要素法の概要
 2. 二次元弾性問題の基礎方程式
 (1) つり合い方程式
 (2) ひずみと変位の関係
 (3) 応力とひずみの関係
 (4) 境界条件
 3. 二次元弾性問題における変分原理:仮想仕事の原理
 4. 三角形定ひずみ要素による定式化
 (1) ひずみ-変位マ卜リックスまたは[B]マ卜リックス
 (2) 応力-ひずみマ卜リックスまたは[D]マトリックス
 (3) 要素剛性方程式
 (4) 全体剛性方程式
3・2 モード解析における有限要素式
 1. モード解析
 2. はり要素における振動モード解析
 3. 応答解析
3・3 流体解析における有限要素式
 1. 有限要素法の基礎
 (1) 要素分割
 (2) 形状関数
 (3) 重み付き残差法
 2. 流れの基礎方程式
 (1) 非圧縮粘性流れの支配方程式
 (2) 二次元定常流解析(速度分布と圧力による定式化)
3・4 伝熱解析における有限要素式
 1. 支配方程式
 2. 有限要素式の生成
 (1) 領域の有限要素への分割
 (2) 任意の要素における内?関数の生成
 (3) 境界条件上での内?関数の生成
 (4) 要素のマ卜リックスの生成
 (5) 全体の有限要素式の作成
3・5 Ansysによる連成解析
 1. 連成解析手法
 (1) シーケンシャル連成
 (2) ダイレクト連成
 2. Ansys Workbenchを利用した連成解析
 3. Ansysによる連成解析手順
 (1) 伝熱-構造連成解析
 (2) 電流-伝熱連成解析
 (3) 電場-構造連成解析(圧電解析)
 (4) 構造-音響連成解析
 (5) 流体-構造連成解析

2編 Ansysによる解析の実際-Workbench上で実行する解析操作法-
4章 Ansys Workbenchとその操作法
4・1 Ansys Workbenchの概要
4・2 Ansys Workbenchの起動
4・3 解析の選択
4・4 解析対象物の材料およびその特性の指定
4・5 解析モデルの作製またはその形状データ(ジオメトリ)の入力
 1. 既存の形状データがない場合:SpaceClaimによる解析モデル(ジオメトリ)の作製
 2. 既存の形状データがある場合:形状データの取込み
4・6 有限要素分割
4・7 境界条件の設定
 1. 幾何学的境界条件(拘束または固定条件)の設定
 2. 力学的境界条件(荷重負荷条件)の設定
 3. 求めたい解析結果の指定
4・8 解析の実行
4・9 解析結果の表示
 1. 変位量の表示
 2. 丸棒の長手方向の垂直応力の表示
 3. 構造誤差の表示
4・10 レポート作成

5章 構造解析
5・1 I 型断面の片持ちはり(3次元解析)
 1. 問題の内容
 2. Ansys Workbenchの起動
 3. 解析の選択
 4. 解析対象物の材料およびその特性の指定
 5. SpaceClaimによる解析モデル(ジオメトリ)の作製
 6. AWMにおけるモデルの拡大,縮小,併進移動,回転
 7. 解析の設定(セットアップ)
 (1) モデルの有限要素分割(メッシング)
 (2) 境界条件の設定
 (3) 解析結果の指定
 8. 解析の実行と解析結果の表示
 (1) 変位量(はりのたわみ)の表示
 (2) 応力の表示
 9. 解析結果の検討
5・2 2次元平板中の円孔および楕円孔の応力集中(2次元解析)
 1. 問題の内容
 2. Workbenchの起動
 3. 解析の選択
 4. 解析対象物の材料およびその特性の指定
 5. 解析モデル(ジオメトリ)の作製
 6. SpaceClaimによる解析モデル(ジオメトリ)の作製
 (1) 円孔の作製
 (2) 楕円孔の作製
 7. AWMへの解析モデル(ジオメトリ)の取込み
 8. 解析の設定(セットアップ)
 (1) モデルの有限要素分割(メッシング)
 (2) 境界条件の設定
 (3) 解析結果の指定
 9. 解析の実行と解析結果の参照
 (1) 応力値の参照
 (2) 構造誤差について
 10. 解析結果の検討
 (1) 弾性解との比較
 (2) 応力集中係数Kt≡σXXmax/σ0に及ぼす円孔および楕円孔のアスペクト比α≡b/aの影響
 (3) 極座標系における弾性解との比較
5・3 段付き丸棒のねじり(3次元解析)
 1. 問題の内容
 2. Workbenchの起動
 3. 解析の選択
 4. 解析対象物の材料およびその特性の指定
 5. 解析モデル(ジオメトリ)の作製
 6. SpaceClaimによる解析モデル(ジオメトリ)の作製
 7. AWMへの解析モデル(ジオメトリ)の取込み
 8. 解析の設定(セットアップ)
 (1) 円筒座標系の設定
 (2) モデルの有限要素分割(メッシング)
 (3) 境界条件の設定
 (4) 解析結果の指定
 9. 解析の実行と解析結果の参照
 (1) 応力値の参照
 (2) 構造誤差について
 10. 解析結果の検討
 (1) 弾性解との比較
 (2) FEM(AWM)で求められた応力集中係数の検討
演習問題

6章 モード解析
6・1 解析モデル(片持ち梁のモード解析)
 1. [Workbench]を用いた解析モデルの作成
 (1) 解析の種類選択
 (2) [エンジニアリングデータ]の入力
 (3) [Design Modeler]を用いた解析形状の作成
 (4) 片持ち梁の生成
 (5) 片持ち梁形状の入力と計算対象直線の生成
 2. メッシュの生成
 3. 境界条件の設定
 4. 計算の実行と計算結果の表示
6・2 解析モデル(リブ付き平板のモード解析)
 1. [Workbench]を用いた解析モデルの作成
 (1) 解析の種類選択
 (2) [エンジニアリングデータ]の入力
 (3) [Design Modeler]を用いた解析形状の作成
 (4) リブ付き平板の生成
 (5) 計算対象平面の生成
 2. メッシュの生成
 3. 境界条件の設定
 4. 解析の実行と計算結果の表示
演習問題

7章 流体解析
7・1 解析モデル(ディフューザ内流れの解析)
7・2 [Workbench]を用いた解析モデルの作成
 1. 解析の種類選択
 2. [Design Modeler]を用いた解析形状の作成
 3. ディフューザ形状の生成
 4. ディフューザ計算領域面の生成
 5. メッシュの生成
 6. 境界条件
 7. 解析実行のための準備
 8. 解析の実行
 9. 解析結果の表示
 10. ディフューザ鉛直方向断面における速度分布図作成手順
演習問題

8章 伝熱解析
8・1 理論値の確認
8・2 軸対称モデルとしての解析手順
 1. ケース I:段付き棒の解析手順
 (1) 解析材料(エンジニアリングデータ)の登録
 (2) 解析モデル(ジオメトリ)の作成
 (3) 解析座標系の設定
 (4) 材料(エンジニアリングデータ)の設定
 (5) 解析領域の要素分割(メッシング)
 (6) 境界条件の入力
 (7) 解析の実行
 (8) 解析の表示
 2. ケース II:段なし棒の解析手順
8・3 実験結果と比較検討
演習問題

9章 連成解析
9・1 解析手順
 1. 伝熱解析モデルの取り込みと連成解析設定
 2. 材料の構造特性の設定
 3. 構造解析メッシング
 4. 境界条件の設定
 5. 解析の実行と可視化

10章 Ansysによる事例集
10・1 事例1:エラストマシールの変形解析
 1. 概要
 2. 非線形構造解析
 3. Ansysによる解析
 4. Ansysによる解析結果
10・2 事例2:IPMモータの振動解析
 1. 概要
 2. Ansysによる磁場解析
 3. Ansysによる振動解析
 4. Ansysによる音響解析
10・3 事例3:ペルチェ式クーラーの熱電冷却解析
 1. 概要
 2. Ansysによる解析
 3. Ansysによる解析結果
 4. Ansysによるパラメータスタディ
10・4 事例4:SAWフィルタの周波数応答解析
 1. 概要
 2. Ansysによる解析
 3. Ansysによる解析結果
 4. 参考資料
10・5 事例5:クリーンルーム内の気流解析
 1. 概要
 2. Ansysによる解析
 3. Ansysによる解析結果

索引