128 – 片持ちはりの構造解析

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アプリケーションノート・モデルデータ

概要

電気機器の小型化、薄型化に伴い機器の強度設計の重要性が高まり、低振動化対策がますます求められています。電気機器の振動特性、強度を精度よく評価するためには、それを構成する各部品の特性を把握することで電気機器全体の特性も把握できる場合が多いため、まず各部品単体での現象を評価することが重要です。本資料では、実際の電気機器ではなく、基本な片持ちはりの振動特性、強度評価を行います。
電気機器や構成する部品単体は、機械特性、形状から決まる固有モードを持ちます。振動は加振力が電磁機器の固有モードと共振することで大きくなります。また、電気機器やその構成部品は荷重がかかることで変形します。片持ちはりのような基本形状でも、荷重の方向、位置、周波数によって変位方向が異なります。そのため、現象を把握するために電気機器、構成部品がもつ固有モード、変位量を評価する必要があります。
ここでは、簡単な片持ちはりモデルの固有モードおよび集中荷重を与えたときの変位を、メッシュの条件を変えた3種のモデルにて求め、理論値と比較しています。

固有モード

モデルA(粗いメッシュ、1次要素使用)、B(細かいメッシュ、1次要素使用)、C(粗いメッシュ、2次要素使用)それぞれの1次固有モードを図1、1~3次の固有振動数を表1に示します。メッシュが粗い場合でも、1次固有モードの変形の方向は把握できますが、曲げを含む固有振動数の理論値との誤差を5(%)程度にするためには、メッシュを細かくするか2次要素を使用する必要があることがわかります。

変位

モデルA、B、CそれぞれのZ方向の変位を図2、Z方向の変位の最大値を表2に示します。
固有モードと同様に、メッシュが粗い場合でもおおよその変形は把握できますが、曲げを含む最大変位の理論値との誤差を5(%)程度にするためには、メッシュを細かくするか2次要素を使用する必要があることがわかります。

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