バネ要素には、2 つの基本形状があります。まずモデル上で2つの節点をつなぐクラシック タイプです。このタイプには軸方向タイプ、回転タイプがあります。軸方向バネに関しては、バネ剛性 k がバネ要素へ適用されます。軸方向バネは、距離 x を偏向します。その距離はバネ要素 F の軸力とバネ剛性によって決まり、バネが偏向する距離は、 x=F/k の方程式で計算することができます。また、回転バネに関しては、ねじり剛性 k t がバネ要素へ適用されます。回転バネは、ある角度ϑを回転します。この角度は回転バネに適用されるモーメント M とねじり剛性によって決まります。バネが回転する角度は、方程式 M/k t で計算することができます。
もう 1 つのタイプであるバネの自由度は、 1 つの自由度を各節点からその節点が結合している節点へ結合します。バネ自由度にも、クラシック バネ で述べたような剛性値があります。
バネ要素を使用するケース
- 既知のバネ剛性値で 2 つのパーツが 1 つのバネにより結合している。
- 軸力のみを提供する 1 つのパーツにより 2 つのパーツが結合している。この 1 つのパーツのバネ剛性は、AE/L で計算することができます。 A は断面積、E はヤング率、L は長さを表します。
バネ要素パラメータ:
バネ要素を使う場合、まずパーツに対応するバネ タイプを[要素の定義]ダイアログ ボックスの[全般]タブ内にある[バネ タイプ] セクションより選択します。ほとんどのアプリケーションの場合、[バネ] タイプが適切です。各節点において、さまざまな自由度から荷重を移動する場合は、[バネの自由度] タイプを選択します。次に、[バネ剛性]フィールドでバネ剛性を指定します。
[バネ] ラジオ ボタンを選択した場合は、[要素タイプ] セクションにおいてバネの平行移動、回転を拒否するかどうかを指定します。[バネの自由度]を選択した場合は、[I 節点]、[J 節点]セクションの [I -節点]、[J -節点]において剛性に適用したい自由度を指定します。
バネ剛性の単位が表示されたら、その[表示単位]に従い入力した値が変換されます。バネの自由度がそれぞれの節点で異なる自由度を採用している場合は、平行移動と回転を結合することの物理的意味を構想することは難しいことです。そのため、バネ剛性の単位は表示されず、変換も行われません。数学的には、バネの各端で自由度を合わせると、結果 i = 結果 j = 剛性*(U i j )で、U i と U j は、バネのそれぞれの端における平行移動と回転を表し、結果は、バネのそれぞれの端における力とモーメントを表します。
[表示設定] [オブジェクト表示設定] [要素軸 1]コマンドを使用して表示することができます。軸 1 は Ｉ 節点から J 節点への方向を指します。 軸 1 がある要素のために反転を必要とする場合、[選択][選択][線]を選択し、[I 節点と N 節点を反転] を右クリックで選択します。 結果環境においてバネ要素を仮想化
バネ要素は、線としてや実際のバネとして、結果環境に表示される場合があります。バネのレンダリングには、[要素の定義]ダイアログ ボックスの[仮想化]タブ内で[バネとして仮想化]チェック ボックスを有効にします。バネの寸法は、その後に指定することができます。[開始長さ]フィールド、[端長さ]フィールドと、[コイル数]、[ワイヤ直径]フィールドの積の値の合計が、バネ要素の長さより長い場合、そのバネは結果環境へは描かれません。[コイル径]フィールドの値は、ワイヤの中心線を通ったバネの直径を指します。[開始の長さ]フィールド、[開始アタッチメント タイプ]のドロップダウン メニューは、バネ要素の I 節点の先端を指します。[終了の長さ]フィールド、[終了アタッチメント タイプ]のドロップダウン メニューは、バネ要素の J 節点の先端を指します。
いずれかの端でアタッチメントを指定する場合には、方向を定義します。[X]、[Y]、[Z]フィールドに入力された座標は、アタッチメントを設定する面の指定に使用されます。この点を通過するバネ要素に対し垂直にベクトルが作成されます。ベクトルに垂直な面にアタッチメントが設定されます。この座標がこの要素のラインに沿っている場合は、バネは結果環境へ描かれません。
バネ要素の使用について
- 単位システムが定義されていることを確認します。
- 対象のモデルが構造解析タイプを採用していることを確認します。
- バネ要素にしたいパーツの[要素タイプ]を右クリックします。
- [バネ]コマンドを選択します。
- [要素定義]の見出しを右クリックします。
- [要素定義を編集]コマンドを選択します。
- [バネ タイプ]セクションでバネのタイプを選択します。
- [バネ タイプ]セクションで、[バネ]ラジオ ボタンが選択されている場合、[要素タイプ]セクションでバネが軸方向タイプなのか回転タイプかを選択します。
- [バネ タイプ]セクションで、[バネの自由度]ラジオ ボタンが選択されている場合は、[I 節点]、[J 節点]セクションで、i 節点、j 節点の自由度を選択します。
- [バネ剛性]フィールドにて、バネの剛性を指定します。
- [仮想化]タブへ移動します。
- [バネとして仮想化]チェック ボックスを有効にします。
- バネの寸法を指定します。
- [OK]ボタンをクリックします。