Fusion360の解析機能で、100人乗れる物置を作る方法
モノづくりで欠かせないのが、構造を解析するためのCAE機能(computer aided engineering)です。
3DCADのFusion360では、モードを「シミュレーション」にすることで、複数の解析モードが使えます。
今回は物置のモデルでCAE「静的応力」をご紹介します。
テーマは、物置が100人分の体重を支えられるかを解析により明らかにすることです。
物置で100人というと、イナバ物置が有名ですよね。
![稲葉物置](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/92a7edac32ea3592f72651d37b8eeefd-300x113.png)
出典:株式会社稲葉製作所
まずは、Fusion360のモデルモードで、物置のモデルを作りますが
構造がわかりやすいように骨組みだけにします。
※ちなみに、筆者は建築には全く詳しくないので、あくまで解析機能の説明としてみてください。
物置の大きさは、2mの正方形
四隅の柱の太さは15cm
素材は鋼で、それぞれの素材の厚さを5mmとしました。
まず、このモデルで解析を行ってみるので、モードを「シミュレーション」に切り替えます。
いくつか解析が出てくるので、この中から「静的応力」を選びます。
![静的応力を選択](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae02-1024x678.png)
静的応力を選択
続いて、部品同士の接触を定義するために
「接触>自動接触」を選びます。
さらに、どこかを固定して地面とする必要があるので「拘束>構造拘束」で、物置の下面を拘束します。
![自動接触で部品同士をくっつける](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae03.png)
自動接触で部品同士をくっつける
![構造拘束で地面を設定する](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae04-1024x676.png)
構造拘束で地面を設定する
この時点で「表示>自由度ビュー」で確認をするとモデルが固定されているのがわかります。
このように部品同士が固定されていないと、解析を行うことができません。
![表示の自由度ビューで固定状態を確認](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae05-1024x681.png)
表示の自由度ビューで固定状態を確認
検証のために、荷重をかける必要があるので
「荷重>構造荷重」を設定していきます。
今回は「100人が乗れること」がテーマなので、荷重をかける面を天井にして、力は60000ニュートンとしました。
※体重60kgの人の荷重はだいたい600Nなので、その100倍です。
![構造荷重で力を60000Nに設定する](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae06-1024x676.png)
構造荷重で力を60000Nに設定する
最後に、解析ボタンを押して解析を開始すると
安全率が0.079という結果に。
これだと、モロ過ぎますね。。
ちなみに安全率が1を下回ると、躯体が変形します。
![解析結果が安全率が0.079となる](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae07-1024x675.png)
解析結果が安全率が0.079となり躯体が変形
そこで、ちょっと構造を見直してみます。
天井が曲がるのを防ぐために、天井に補強用の鉄骨を入れて、さらに上から蓋をしてみます。
鉄骨の板厚は、他の部品と同じく5mmです。
![鉄骨を補強する](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae08-1024x646.png)
鉄骨を補強する
![上から鉄板で蓋をする](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae09-1024x648.png)
上から鉄板で蓋をする
そして、再びシミュレーションをしてみると
今度は安全率が最低で3.3になりました!
※安全率は場所により異なります。
さらに、プレビューを「変位」にしてみると
力の伝わり方をみることもできます。
![安全率が3.3と向上](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/cae10-1024x681.png)
安全率が3.3と向上
![変位で力の伝わる様子がみられる](https://makerslove.com/wp-content/uploads/2018/10/12f78f7c07e2e16cacfdc596c30f050a-1024x678.png)
変位で力の伝わる様子がみられる
Fusion360の解析機能ですが、かなり簡単な設定で使うことが可能です。
今回はシンプルなモデルで、解析のプロセスを簡単に説明しましたが、
次回はより具体的な製品をテーマにしたいと思います。
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メイカーズファクトリー 代表取締役
プロダクト&グラフィックデザイナー /WEBコンサルタント
株式会社メイカーズファクトリーCEO
広告グラフィックのデザインからWEBのマーケティング戦略立案、企業の商品開発のコンサルティングまで幅広い業務を経験。 MacBook Airじゃない方のMBAホルダー。