【構造】Vol.3　振動解析における拘束条件の重要性

2022年12月15日

固有値解析をはじめとする振動解析において、拘束条件の違いは解析結果に大きな違いをもたらします。
例えば以下のようなモデルがあったとします。

相手部品からの振動に対して、青色の薄板部品がどれくらいの固有値を持つのか解析をします。
今回は、相手部品は省略可して薄板部品の部品のみを対象に解析を行ってみます。

ボルト締結≒完全拘束と考えて、穴の面を完全拘束し固有値解析します。
結果は以下の通りになりました。模範的な１～３次モードが出ています。

ここで実はボルト締結の締め付けが十分ではなく、ボルト締結部にガタ（ギャップ）があって薄板の厚み方向がフリーな状態だったと仮定します。
すると結果は以下のようになります。

厚み方向がフリーなため、自由度が高く非常に低い固有値を示しました。1つ目の解析結果と比べると、モード自体の傾向も固有値も大きく異なったものになっています。
上記で示したのは極端な例ではありますが、条件が一つ違うだけで、まったく別現象と成りうるということがわかると思います。
解析と実物評価で傾向が全然違うため、実物をよく観察したら完全拘束といえるほど固定がなされておらず、解析で設定している拘束条件と差異があり、解析結果と実物評価の傾向が合わない、というのは時々聞く話です。
ここまでの内容を踏まえて、実物と解析で傾向が大きく違うというようなことがある場合には、拘束をはじめとする境界条件の中に、双方で大きな差が生じるようなものではないかを見直すことが重要になってきます。

いずれの解析においても言えることですが、解析モデルを正しく作るためには、どのような箇所で差異が生じうるかを事前に考え、予想することが重要になってきます。
これについては実際の対象物に触れて、評価を行っている設計者の知恵が必要なところになるかもしれません。

ここまで読んでいただき、ありがとうございました。

[From K. Mikuni]

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