JIS G3131 SPHCの定数について

Question

いつもご質問に回答いただきありがとうございます。

JIS G3131 SPHCの定数について調べています。
現物の実測値とSolidWorksでシュミレーションして出た仮想値との誤差を検証しようとしており、その為にはJIS G3131 SPHCの定数を入力する必要があります。定数の引張強さ以外は下記ＵＲＬを引用し、引張強さは鋼材検査証明書を引用しました。

定数を入力しシュミレーションして出た結果ですが、実測値と仮想値が5割程度しか合致しませんでした。検証については何度か質問させていだたいているので、実測値と仮想値に誤差が生じるのは理解しています。(他の人がどうかわかりませんが・・・。)
何割をもって可とするという自社基準は今のところありませんが、さすがに5割程度の合致は基準外だと思います。
何か原因があるはずと自分なりに原因をさぐりました。

原因として

?ヤング係数が違うのではないか？
知識がある方であればまずここに注目されるのかも知れませんが、私の知識としてはこの程度だと理解してください。
後にも出てきますが、精度が悪い素材に当たった場合は定数が変化したり定数に満たないことがあるのではないか。
そもそもが参考の定数ではないのではないか。

?現物とモデルとの整合性が取れていないのではないか？
JIS G3131 SPHCは熱間圧延軟鋼板であって、熱間圧延軟鋼板は板厚精度が悪いということが調べた結果わかりました。
実際に1.6tの鋼板を発注したのに納品された鋼板を測定したら1.6t未満であったという報告がありました。
この要因が結果に影響してくることは微々たることであるが、原因のひとつとして考えられるのではないか

? ?に加え技術的な問題があるのではないか？
精度が悪い鋼板に加えて、技術的にも問題があったのではないか。
この問題は実際に製造工程を見ていないので影響はわからない。
シュミレーションが及ばない領域で問題が起きているのではないか。

今のところ以上の3点が出た結果から自分なりに考えた原因です。

全てが絡んで悪いほうへ傾いたから合致しなかった、全て原因ではない・原因だとしても影響はほぼないといったようなご意見をいただきたいです。
よろしくお願いいたします。

ご回答の中で定数を示すようにありましたので、現在シュミレーションで入力している数値を追記します。

弾性係数　       210000N/mm^2(この数値を半分にすると実測値に近づく)
ポアソン比         0.29N/A 
せん断弾性係数    81000N/mm^2
質量密度           7850Kg/m^3
引張強さ            369N/mm^2(鋼材証明書に記載されている)
降伏強さ　　　　  258.3N/mm^2(引張強さの70％)

弾性係数・ポアソン比・せん断弾性係数は参考ＨＰから引用しています。
結果としては
実測では5mm沈んだ箇所を測定した場合
弾性係数が210000N/mm^2の時真ん中付近が2.273mm沈む
弾性係数が105000N/mm^2の時真ん中付近が4.545mm沈む
というシュミレーション結果になりました。

追記して締め切らせていただきます。

結果として

扉の曲げをなくし板状にする(検査対象の扉前面だけにする)
板状になった扉を仮想の検査枠に乗せる(検査枠の形状は長方形の中身をくりぬいた形状で厚みは板厚)
ソリッドモデルだったのを板金モデルにする(ここがそもそも間違いの始まりでした)

でシュミレーションした結果、実測値と近い値が出ました。
さらに検査を行い差が出る部分は調整値を与え、シュミレーションと調整値で検証していくということになりそうです。

腕のある方々からのアドバイスにもありましたが、現物そのものをシュミレーションしても意味がないと実感しました。
正しくターゲットを絞り、拘束も正しく与えられるようにがんばって行きたいと思います。

大信鋼業株式会社
http://www.daishin.co.jp/design.html

Accepted Answer

注意喚起のため再出させていただきます。

リアル（と思われる）3Dモデルを作って、時間をかけて解析するのは
ナンセンスだと思います。

現実と同じモデルなんて絶対に作れません。

質問者様が求められているのは何ですか？
大きなたわみが発生することの裏づけをすることですか？

おそらく違っていると思います。
研究者でもなければそこまでのことは不要でしょうから。

求められているのはたわみを減らす方法ではないですか？

現状の解析は早く終わらせて改善案の解析を進めるべきでは？

結果の表示方法の見せ方で十分説得できる物になると思います。

カラーマッピングのレンジを補強前と補強後を同じ範囲にして
当初赤色になっていたところが黄色や緑になることを比較する
など、数値にこだわらせない工夫ができると思います。

結果報告ではなく、補強案のプレゼン資料と思って作って
みてはどうでしょうか？

Answer

再出です。やっと、質問内容が理解できました。 > 定数を入力しシュミレーションして出た結果ですが、実測値と仮想値が5割程度しか > 合致しませんでした。は、例えば扉の枚数10枚中、5枚が実測値と仮想値が合致していると思える範囲におさまると感じていたので、実測では5mm沈んだ箇所を、解析でシミュレーションしたら2.273mm沈むとなり、2.273mm/5mm≒0.5＝50％＝5割とは思いませんでした。失礼しました。さて、解析には、コの字の補強の溶接位置等は正確に反映されていますか？そして、扉本体の折り返し部分の形状や溶接方法も、正確に反映されていますか？ > 弾性係数が210000N/mm^2の時真ん中付近が2.273mm沈む、弾性係数が105000N/mm^2の時真ん中 > 付近が4.545mm沈むというシュミレーション結果になりました。と同様に、溶接条件を極端に変更してや、実際に近付けて、沈み量が2.273mmから大きく変化するや5mmに近付くなら、その可能性があります。 <どうせ、実物の溶接仕様詳細確認は、できないのだからね。> メッシュサイズを極端に変更して、沈み量が2.273mmから大きく変化するや5mmに近付くなら、その解析ソフトの特性なので、原因の一つとなります。何れにしろ、確認して消去法で原因を見つける必要があります。只、弾性係数が210000N/mm^2 ⇒ 弾性係数が105000N/mm^2ってことはありませんし、板厚の差やSPHCとSPCCの差でもないように思います。別で、3D-CAD解析をしてもらい、3D-CAD解析時に溶接条件を色々変えて、確認してみればと考えています。溶接の仕様でのシミュレーションができないなら、 ? 溶接接合あり、なし、にてのシミュレーションする ? 補強と同じ重さの中央集中荷重換算した物を置く、にて代用シミュレーションする ? 補強なしの外板のみでシミュレーションするにて、沈み量を算出し、経験が必要ですが妥当性を確認するかです。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　補　　　ヒンジ取付部なので　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓強　　　↓折り返しが長い　　　＿　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＿　　　＿＿　　│＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿｜＿＿＿＿＿＿│ 　　　　　　▲　　　　　　　　　　　　　　　　　　　▲ 　　　　　　　　　　│←───　　　****mm　　　　　───→│ 　　│←───　　　　　　　1950mm　　　　　　　　　───→│ の仕様であれば、寸法を明確化すれば、簡易的な沈み量計算は可能です。補足で仕様を明確化する手法での確認法が良いと思います。

Answer

解析素人なので的外れでしたら御免なさい。

誤差要因としては要素（メッシュ）が不適切と考えられます。
基本的に板厚が薄い場合にはソリッド要素だと精度が悪化し
本来よりも硬い解が得られやすいです。

ですのでソリッドシェル要素にするとか、一次要素よりも
二次要素にした方が良いでしょう。

ところでSolidworksはSimulation Xpressか何かでしょうか？
その場合、扱える要素が限られていたかと思いますので
上記のようには出来ないかも知れません。
そうなるとあとは板厚方向にも十分な分割数となるように
ひたすらメッシュサイズを細かくするしか無さそうな気がします。

メッシュサイズを変えて解が大きく変わるなら、
解析精度が十分でないです。
そんな時にはメッシュのサイズを変えながら、解に収束傾向が
見られるまで何度もトライしてみるしか無いでしょう。

Premiumでしたらこの辺を参考にシェルメッシュで解析してみたらどうでしょうか。

http://help.solidworks.com/2012/Japanese/SolidWorks/cworks/ID_Shell_Mesh.html

ちなみにこのヘルプでも以下のことが書いてありました。

> 固体モデルには、四面体固体要素を使用してメッシュ分割ができます。
> しかし、薄いモデルに固体要素を使用してメッシュ分割すると、要素
> サイズを小さくしなければならないため、非常に多数の要素を作るこ
> とになります。サイズの大きい要素を使用することにより、メッシュ
> および解析結果の精度の低下をまねきます。板金モデルや薄板モデル
> では、シェル要素を選択することが自然であるといえます。また、
> サーフェスモデルは、常にシェル要素でモデル化されます。

「板金」機能を使ってモデリングされていれば自動でシェル要素になるようです。

それ以外のソリッドモデルからは、サーフェスのオフセットコマンドや
中間サーフェスのコマンドを使って中立面を作成すれば良いそうです。

http://help.solidworks.com/2012/Japanese/SolidWorks/cworks/ID_How_to_Model_Shell_Problems.html

Solidworksは地元の工業センターで使う程度なのでこれ以上はよく分かりません。

一般的な事はこれが結構参考になるかと思います。
http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/kw/fem.html

Answer

回答（２）さんのお礼にある
>検査するものは1.6tで製作された制御盤などの扉で、変位及びたわみを調べようとしています。
からすると制御盤の材質は一般的にはＳＰＣＣを使います

ＳＰＨＣの方が鉄板自体の価格は安価ではあるが
黒皮剥ぎ下地処理が増えて塗装工程が高価となって
鉄板の価格差はぶっ飛ぶ　＜塗装工程は人件費の方が多いので

なので
ＳＰＨＣの定数でシミュレーションした結果と
ＳＰＣＣの実測値とで比べているのではなかろうか？

因みに
図面にＳＰＨＣと記載してあったとしても板金屋さんはＳＰＣＣを使うと思う
分電盤を主要生産してる板金屋さんなら標準在庫してるのはＳＰＣＣ
なので仔細構わずＳＰＣＣを使う　＜塗装してしまったら判別不能

わざわざ塗装を剥ぎ取って黒皮を確認する事など誰もやらないし

Answer

平板のたわみ解析には、微小たわみ理論と大たわみ理論がありその区分けは、
板厚の半分よりたわみが多いかどうかによるのですが、↓URLには、そのことに
て書かれているので、貴殿にも興味深いところではないだろうか

その中では、誤差が10%以内であれば良好な解析結果と考えているようす
戻ってウラ面補強材の有無で簡略化して考え個々の問題を潰すのが良いかと
「原因だとしても影響は少ないはずで50%は解析の問題では」と私は思います
（私自身は、CAEに関してはその環境にも無く素人なので宛になりません）

Answer

＞シュミレーションの結果が、実測値と仮想値が5割程度しか合致しません

前のご質問を参考にすると、SPHC t1.6を使った分電盤の扉のような品物を
水平に置いた場合に、中央部がどの程度沈む（撓む）かを計算したという
ことでしょうか。その際、実物では5mm沈んだのに対して、シミュレーション
では2.5mmだった。このような数値関係を5割程度の合致と仰っているのでし
ょうか。

前置きはこの程度にして、

剛性は板厚の３乗に比例しますから、板厚がシミュレーションに入力した値
の90%としたら、0.9^3＝0.729  実際の沈み量は、シミュレーションに比べ
1/0.729＝1.37倍程度になるものと予想します。

また、周囲の支持条件をどのようにモデル化するかで、沈み量は大きく変化
するものと想像します。シミュレーションに使ったモデルは、現物の構造を
正しく再現しているでしょうか？

ヤング率等の物性値を疑うよりも、上記のような事項を検討なさることを
お勧めしたいと思います。

JIS G3131 SPHCの定数と実測値の誤差を検証する際に考えられる原因