CAE

<衝撃解析のG値について>

No.3756 # 2002年10月21日 # 09時59分(月曜日) # グリーンチャンネル #
またみなさんアドバイス下さい。
現在電子機器の落下衝撃解析を行っており、部品のG値算出を試みています。
しかし、この値はフィルタリング(ローパス)にて大きく変化し、どのくらいでフィルターをかけるべきか悩んでいます。
減衰を組み込での解析は難しいので省いて行っております。
そのため予想以上に高い周波数が入り込んでしまっている状況です。
固有振動数など明確な製品であれば基準として使用したいと思いますが、電子機器なので不明瞭で困っています。
みなさんどのようにされているのでしょうか?
何方か何かヒントだけでもかまいません。アドバイス下さい。

No.3760 # 2002年10月21日 # 10時39分(月曜日) # よし☆彡 #
> またみなさんアドバイス下さい。
> 現在電子機器の落下衝撃解析を行っており、部品のG値算出を試みています。
> しかし、この値はフィルタリング(ローパス)にて大きく変化し、
>　どのくらいでフィルターをかけるべきか悩んでいます。

対象の構造は剛性が高く,もろいい,さらに,質量が低いような問題でしょうね.減衰は結局フィルタリングと同一ですから,今の方法とあまり変わりないように思えます.
　このようなモデルのフィルタリングは直接G値に影響を及ぼすので,何か別の方法でG値を決められた方が良いかもしれませんね.(ローパス以外のフイルターの方が良いとも思いますし,,)
とりあえず,思いつく方法を書いてみます.

1.例えばCAEで静的に剛性を評価して算出された剛性から,手計算で1or2質点モデルとして運動を解き直接減速度を求める.
2.ひょっとしたら対象により陰解法にしたら安定したGが得られるかもしれません.
3.縮約を用いて,内部の共振を少しでも減らす.(荒いモデルにする)
4.衝突部が荒いメッシュであれば細かくする.(衝突部が局所的につぶれるのであれば,そうでなければ逆効果)

ここの,3.4は本来,エネルギー吸収する部位がちゃんと評価出来るように作ると言う意味合いです.

いずれの方法も結果はある程度,感性に依存してしまいますね.みなさんの意見を期待します.

No.3773 # 2002年10月22日 # 13時22分(火曜日) # ぷかぷか #

対象とする現象がどのようなものか分からないので
まと外れかもしれませんが・・・

> しかし、この値はフィルタリング(ローパス)にて大きく変化し、
> どのくらいでフィルターをかけるべきか悩んでいます。

ローパスフィルターは、着目する現象が
明確になっていないと設定できません。
もともと評価したくない因子を除去する目的で
設定するわけなので、単に読み取る数値が安定
しないから適当に設定した…というのはますい
気がします。

通常、包装落下などで設定されるフィルターは
緩衝材の緩衝能力を評価するために設定される
ので、セット側を剛体に近いものと考えて設定
します。これは、あくまで「クッション設計」
をターゲットにしている評価であり、セット側
の強度を検討するには不向きです。
セット側の評価基準でも、昔は1自由度モデル
に置き換えて考える手法が多く、この考え方は
もっとマクロ的な設計を行なうために使われま
す。やはり、対象としている現象と部品の固有
振動数に合わせてフィルターを選択することに
なると思います。

> 減衰を組み込での解析は難しいので省いて行っております。

様子を見るだけなら、物理的に意味はなくても…
人工的に粘性(減衰)を加えて高次を減衰させて
みてもいいでしょう。どうせ陽解法では数値計算
的なノイズも多いでしょうし。
問題は、部品間の接触とかに依存するG値をフィ
ルターで丸めてしまうことで、これは振動などを
フィルターで処理するのとは意味が異なります。

減衰値は・・・
陰解法でモード合成法を利用するなら、実験モーダル
解析からモード減衰を同定しますし、レイリー減衰で
モデル化するなら加振実験から(対象周波数範囲の)
固有振動数(2つ以上)から同定します。どちらも、
CAEでは日常的に良く利用する方法です。

> そのため予想以上に高い周波数が入り込んでしまっている状況です。

陰解法のモード合成法で最初から自由度を落として
おくという手もありますが・・・、陽解法だと計算
ノイズの影響も無視できない場合があります。
計算結果が、必ずしも物理的なモデルに起因してい
ないところがいやらしいですね。

実際問題として、加印された荷重のスペクトル成分
に対して、あきらかに高次と思われる応答に関して
は除去した方がリーズナブルかと思います。(極端
に高次であれば、物理的にも減衰するでしょうし)
ただ、近傍で接触などを起こしている場合は、高次
の項を除去するフィルターを施すと現象を間違って
評価することになるので注意が必要です。

> 固有振動数など明確な製品であれば基準として使用したいと
> 思いますが、電子機器なので不明瞭で困っています。

最初に全体の挙動をシミュレートし、時刻歴波形と
アニメーションから支配的な現象のあたりをつけます。
(観測されるG値に対し、どの部位の、どのような挙
動が支配的なのか?、その伝播経路は?)
ここから評価すべきポイント近傍の部品に関し、単体
での固有値解析を行ないます。フィルターを設定する
場合は、その低次の「数モード」の周波数について着
目しておくべきです。(現象として励起されるモード
の周波数に着目する必要があるので、必ずしも1次モ
ードのみでOKというわけにはいかない。部品のサイ
ズと剛性などにもよりますが、まず5個ぐらいのモー
ドを考慮してみて判断されてはいかがでしょう?)

No.3787 # 2002年10月23日 # 13時46分(水曜日) # グリーンチャンネル #
よし☆彡さん　ぷかぷかさんご返答ありがとうございます。
おっしゃる通りローパスは本来の値を丸める可能性があり危険です。
レーリー減衰も取組みましたが「系全体に与える」「衝突前から発生する」の理由から危険を感じやめました。
部品の固有値を高次まで求め分析するのは、時間的に厳しく製品出荷にはとても間に合いません。
「実際はみなさんどのようにされていますか?」「本音をお聞かせ下さい」というのが本来聞きたい部分です。
今はおおよその固有値を測定しましたのでそれを基準に考え、自分の感覚をスパイスとして盛り込んでいます。
その感覚を確認したいので、構造物(電子機器)の振動数でいらない範囲(下限)を教えてください。
ちなみに僕は「3から5kHzくらいかな?」っと思っています。
みなさんはいくつでしょうか?
またこれらに関する文献などありましたらご連絡お願いします。

No.3788 # 2002年10月23日 # 14時38分(水曜日) # ぷかぷか #

> レーリー減衰も取組みましたが「系全体に与える」
>「衝突前から発生する」の理由から危険を感じやめました。

振動のような(慣性と剛性でエネルギーの
やり取りをおこなう)現象では、減衰項は
本質量ではないので、最初は無視するか、
適当な経験値( 金属系の構造減衰で 0.2～5
% )で計算してます。
設計でのシミュレーションとしては、減衰は
「あくまで見かけ上の挙動を合わせる」もの
として扱うことが多いです。
正体が分からない減衰を設計のパラメータと
するのは危険なので、できるだけ避けてます。

一方で、緩衝材などの部材毎に設計が必要な
場合は、粘弾性体としてモデル化して計算し
てます。これなら、材料毎に扱えますし、
応力や歪みの検討も可能です。緩衝機構(ダ
ンパー)や制振材の設計検討では、このよう
なモデル化を行なってます。
衝撃解析だと、フォーム材とか、prony 級数
モデルなどを使います。(良く使う材料の
材料データは、事前に把握して持ってます。)

> 「実際はみなさんどのようにされていますか?」
> 「本音をお聞かせ下さい」というのが本来聞きたい部分です。

試作品があれば、ハンマリングで
すぐ(10分程度で)確認できる
ので、加振実験で確認することが
多いです。

> 今はおおよその固有値を測定しましたのでそれを基準に考え、
> 自分の感覚をスパイスとして盛り込んでいます。

結局は、こういう感覚が大切なんでしょうね。

> 構造物(電子機器)の振動数でいらない範囲(下限)を教えてください。
> ちなみに僕は「3から5kHzくらいかな?」っと思っています。
> みなさんはいくつでしょうか?

電子機器気といっても、サイズと重量・材料
などで変わるので*KHzとは言い難いです
が・・・
セット物で5kHzぐらい。
デバイスだと、サイズにもよりますが、もっと
高いところまで見ます。
あまり高いと、構造体のモード密度も高くなるし、
シミュレーションと実機との対応が難しいので
シミュレーションで合わせ込むのは5kHzぐら
いかなぁ…という感覚です。
(編集担当：いなちゅう 2002/12/10)

<携帯機器の落下衝撃解析時のスナップフィットの扱いについて>

#2000年4月27日#ぴよ#

初めてお目にかかります.ぴよと申します.
電気メーカで数値解析を使った設計支援をしています.
よろしくお願いします.

携帯機器の落下衝撃解析をやりたいのですが,アセンブリで
スナップフィットを使っているところはどうすればいいんでしょうか?

良く共有節点でつないで計算するのですが,剛性が高く評価されている
ように思います.スナップフィット自体をモデル化して接触定義すると
いう荒技も考えられますが,実用的では無いと考えます.

皆さんは,アセンブリモデルでのジョイントをどうやって定義している
んでしょうか.
最近,ここを知ったので,既に議論されていたらすいません.

#2000年4月27日#モLD#

>良く共有節点でつないで計算するのですが,剛性が高く評価されている
>ように思います.スナップフィット自体をモデル化して接触定義すると
>いう荒技も考えられますが,実用的では無いと考えます.

なんか、難しそうですね。
剛性が高いというよりも、Tying要素の自由度の問題の気がします。
手前どもでも、スナップフィット箇所の解析は
よく接触定義で行っていますが...
接触定義でも、いいんではないでしょうか?
他に方法あるのかもしれませんが(^^;

MSCさんに落下衝撃専用解析ソフトがあり、携帯電話の解析事例を
見たことがありますが、HPを参照されてはどうでしょうか?

#2000年4月27日#ハッピー#

>携帯機器の落下衝撃解析をやりたいのですが,アセンブリで
>スナップフィットを使っているところはどうすればいいんでしょうか?
>良く共有節点でつないで計算するのですが,剛性が高く評価されている
byぴよさん

つまり、本来、スナップフィット部が変形ないし摺動することで衝撃が緩和される
と期待されるところが、ダイレクトな衝撃が加わって厳しすぎる評価になりはしないか?
ということでしょうか。
最近、解析事例発表なんかで、自動車のウェザーストリップ(ドアの縁に付いている気密用の
黒いゴム)の大変形・接触解析をよく見かけますね。ああいうのの応用で、スナップフィット部
だけをモデル化して、引き抜く際の解析を行って非線型の荷重・変形特性を求め、これを全体モデル
に非線型ばねとして組み込むのはいかがでしょう?勿論、引き抜き荷重のリミッター付きで。
ダンピングも多少はあるでしょうが、どうしましょうね。

#2000年4月28日#ぴよ#

>スナップフィット部だけをモデル化して、引き抜く際の解析を行って非線型の荷重・変形特性をも求め、
>これを全体モデルに非線型ばねとして組み込むのはいかがでしょう?勿論、引き抜き荷重のリミッター付きで。
byハッピーさん

さすが、ハッピーさんですね.GOODなアイデアだと思います.
スナップフィットを剛体で定義した角部に接触させて引張上げ,
その時の変位量と反力からバネ定数を求めるわけですね.
リミッターはどうやって表現するんですか?
ある変位量になったら、急にバネ定数が高くなるように定義
するんでしょうか?

>ダンピングも多少はあるでしょうが、どうしましょうね。
byハッピーさん

そうなんですよ.これも悩みの種なんですよね.材質の持つ
粘性減衰もあるだろうし,接触摩擦による減衰も有るとは
思うのですが,下手に定義しちゃうとよけい分からなくなり
そうなので,不確定な要素は無視して計算し,実際には減衰
のため、この程度になるという風に評価しようと思ってます.

>接触定義でも、いいんではないでしょうか?
>他に方法あるのかもしれませんが(^^;
byモLDさん

細かいところの形状をモデル化したくないのと,DYNA(陽解法)を
使っているので,メッシュサイズが小さくなると解析ステップが小さく
なってしまうのがイヤだったのです.
最終的には、ハッピー手法が上手くいかなかった時は接触に頼ろうと思います.
でも,接触が原因で計算がうまくいかない時も有るので....

>MSCさんに落下衝撃専用解析ソフトがあり、携帯電話の解析事例を
>見たことがありますが、HPを参照されてはどうでしょうか?
byモLDさん

DYTRANのことでしょうか?DYNAと似たようなものではないかという
風に思ってますが,どうなんでしょう?
HP見ましたが良く分かりませんでした.

うまくいったらこの場で報告させていただきたいと思います.
でも,実験を再現しようと思うとどこまで詳細にメッシュを
作らなければならないのか良く分からないし,
実装基板(プリント板)が厄介なんですよね.

プリント板のモデル化でコレっていうのは有るんでしょうか?
それでは,また.

#2000年4月29日#ハッピー#

>リミッターはどうやって表現するんですか?
>ある変位量になったら,急にバネ定数が高くなるように定義
byぴよさん

私は引っ張り側のリミッター、つまりスナップフィットがすっぽ抜けてしまう状況を
考えていたのですが、そうではなくて底付きしてしまうような状況のようですね。
非線型ばねのばね定数をある変位を境に極端に大きくするというのもよく使う手ですが、
完全にストロークさせないようにする手もあります。
Abaqusで言えばMPC、Marcで言えばTyingを解析の途中でOn/Offする
もので何れもユーザーサブルーチンで実現できます。
まず点Aと点Bの間をスナップフィットを模擬した非線型ばねKabで結んでおきます。
ΔUab(AとBの相対変位)=スナップフィットの変形が基準値を下回った時点、またはFab
(Kabに働く力)が基準値を上回った時点で、AとBの間に拘束を与え相対変位ΔUabを
拘束してやればOKです。AとBの間につっかえ棒を挿入するようなものです。
逆に、引っ張りによって引き抜けるのをモデル化するには、AまたはBを重複点としておいて
この重複点Cを基板ないしケースに置きます。ここでは、Aが基板、Cがケース、BがCと
同位置にあるとします。最初は、BとCをMPC、Tyingで拘束して「同一点」として挙動さ
せておいて、ばねKabの力が基準値を超えた時点でこの拘束を解除してやれば、すっぽ抜けます。

#ぴよさんの問題を恐らく正確に理解していないと思いますが、参考になればと思います。
(編集担当：いなちゅう 2001/12/21)

<プラスチックケースの落下解析>

#1998年11月12日#まっこうんにゃん#

プラスチックケースの落下解析を始めようと思っている者です。
(CAEについては素人です。)
求める到達点としては、ケースの金型図面を金型屋さんに渡す前に
この辺が壊れそうだから、強化しましょうと言うアバウトな感じがわかればいいです。
(最終的には、現物での試験により、対応が必要であると考えています)
このような場合、比較的簡単な静解析で置き換えて行った方がよいのか?
やはり衝突現象として動解析で解いた方が良いのでしょうか
よろしくご教示ください。

#1998年11月16日#Gan#

落下と言っても色々ケースが考えられますよね。
①　直に床にぶつかる部分が壊れる場合→これは静解析では厳しいかな・・でも、傾向はつかめるかも
②　関係ない部分が壊れる場合　→　衝撃Gの伝波によりいく場合があり実際静解析で予測した場所ではない場合
　　も多々あります。また、プラスチックの種類によっては、静応力には強いが、衝撃に対しては、弱いものも
　　ありますので・・。
結局、静解析では重力加速度を擬似的に上げて(100Gとか)応力集中部は、判断出来ますがこれですべてOKとは
ならないと思います。ただ、偉そうな事かきましたが、じゃあ衝撃解析でうまく相関取れるの?って言われるとまだ、
うまくいっていません。やはり他にもパラメーターがあるような気がしていますが、この辺うまくいっている方がいま
したら教えてた下さい。

#1998年11月21日#yama#

落下時の衝撃による破損の評価となると、衝撃解析を行った方がいいでしょう。
衝撃解析ソフトを使えば、それなりの機能はそろっており、解析は可能と考えます。
しかし、樹脂材料は、規則的に配置された原子から成り立っている金属材料に比べ、
数十万個からなる高分子が複雑に絡み合っているため、非常に非線形性の高い
力学的挙動を示すといわれております.このため、力学的特性など、材料物性の
正確な把握がカギとなるでしょう。
　考慮すべきと考えられる項目について、思いつく範囲であげてみました。
成形条件による依存性
　射出成形では材料により同一製品であっても各部位によって力学特性が異なる場合があ
　ります.
歪み速度依存性
一般的に、1/sec以上の歪み速度では、歪み速度の影響を考慮する必要があるとい
　われております.樹脂材料ではさらに影響が大きいと思われます.
破損の正確な表現
　破損発生の正確な確定のための判断基準の明確化と解析上の表現方法
　(金属材料ではある程度予測可能になってきていると聞きますが,樹脂材料では材料毎
　に違った挙動を示すと思われますので)
その他、温度特性等についても確認したほうがいいでしょう.以上,材料に起因すること
を書きましたが,このほかにも,
検証方法
　実験との整合性確認が必要です.
　高速度ビデオカメラ等による現象の確認も考えられますが、破損(亀裂)の発生する瞬
　間を確定するのはなかなか困難???
勘合部のモデル化方法
　スナップフィットなど他部品と組合わさって構成されている場合のモデル化の工夫
接触の考慮
　安定した接触となるような、接触のモデル化
などが考えられます.これ以外にも考慮すべき点はたくさんあると思いますが,とりあえ
ず参考にしてみて下さい.

#1998年11月29日#まっこうんにゃん#

皆さん　アドバイスありがとうございます　
樹脂の落下解析について情報がありました。
LS-DYNAのセミナーに出た友人の話ですと、樹脂は変形が大きく衝突力が変形度合い
(クッション効果)により変わり、静荷重ソフトでは難しいようです。
純粋な静荷重も問題の便座のふたのような物も、変形が大きく通常の静荷重
では難しく、LS-DYNAで解くと話があったようです。
でも大変形に対応したStressCheckのようなソフトなら静荷重はいけるのか?
落下は動解析が必要なようです。
(編集担当：いなちゅう 2001/12/21)