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FEM構造解析





 

3.飛行機の固有振動数解析及び応力解析

本事例では小型飛行機の主翼1次曲げ振動数をモード解析を使って計算します。 次に主翼にかかる飛行時の静荷重の応力計算をおこないます。 振動に関する解析計算の場合、使用する単位系を統一することが重要です。 単位系による解析ミスを防ぐため、SI単位系の使用をお勧めします。SI単位系では、重量はKg、力はN、長さはmを用います。

上図は、小型飛行機の3次元モデルをプレート・エレメント、ビーム・エレメントを使って作成したものです。 左側は全体、右側は飛行機内部の骨格構造のモデルです。 構造部材の材質は、飛行機で一般的なアルミニウムを使います。 その他、ガラスやエンジン支持部には鋼鉄パイプを使用しました。

3次元モデルが完成したら、まず重量を計算して、各単位が合っているか確認します。 重量が確認できたら、早速モード解析を行いましょう。 本解析事例の場合、モデルは拘束されていませんので、計算結果の1〜6次モードは自由度の剛体モードとなります。 そのため7次モードが実際の固有振動数の1次モードになります。 下記左側が固有振動数の1次モードの計算結果になります。変形モードから主翼の1次曲げモードと判断され、振動数は13.4 Hzが得られました。

次に主翼にかかる飛行時の静荷重の応力計算をおこないます。 胴体中央部を拘束し、主翼下面に飛行時にかかる荷重2020 Paの圧力をかけ、CAEFEMにて線形応力解析計算を行います。 上図右側が計算結果で、最大変形:翼端で18.8 mm、および最大応力(von Mises応力/プレート・ボトム側):12.9 Mpaが得られました。 実際の飛行時にはこのn倍の動荷重がかかりますので、応力の判定はこの飛行荷重倍数を考慮しなければなりません。

 



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