コネクタ要素 — CAE用語解説

コネクタ要素（Connector Element）は2点間の運動学的関係と力学的挙動を柔軟に定義できる特殊な要素だ。バネは1自由度の弾性しか表現できないけど、コネクタは「並進3自由度＋回転3自由度の組み合わせ」を好きに設定できる。ヒンジ（1軸回転のみ許容）、スライダー（1軸並進のみ許容）、リジッドリンク（6自由度固定）——これらを全部コネクタ要素で表現できる。機構解析に欠かせない要素だよ。

実例をあげると——自動車のドアヒンジ（回転コネクタ）、サスペンションのボールジョイント（球面コネクタ）、シートベルトのバックル（スロットコネクタ）、ドライブシャフトのユニバーサルジョイント（カルダンコネクタ）。AbaqusはCONNECTOR SECTIONキーワードで40種類以上のコネクタタイプを定義している。Joinタイプは3つの並進を固定して回転は自由、Hingは1軸回転のみ——というふうに用途に合わせて選ぶ。

できる。これがコネクタ要素の強みの一つだ。CONNECTOR ELASTICITY / CONNECTOR DAMPING / CONNECTOR STOPで弾性・減衰・変位制限を非線形特性として与えられる。例えばゴムブッシュのサスペンション取り付け部——変位が大きいほど剛性が上がるという非線形バネ特性をテーブル形式で定義できる。ストッパー（ガタ）も「-2mmから+2mmは剛性ゼロ、それを超えたら急激に硬くなる」というモデルが書ける。実車のラバーブッシュ特性は必ずこういう非線形形状になる。

大きな違いは「力の出力が取れるかどうか」と「非線形特性が定義できるかどうか」だ。MPCは純粋に変位の拘束関係だけを定義するもので力は計算されない。コネクタ要素はコネクタ力・コネクタモーメントが出力できるから、ヒンジの軸力が許容値内かどうかの評価ができる。あとMPCは線形のみ対応だが、コネクタは非線形特性・破断（CONNECTOR FAILURE）も定義できる。ボルト締結部の引き抜き解析や、クラッシャブルブラケットの破断挙動をモデル化するときはコネクタ要素一択だ。

もちろん。実はコネクタ要素が最も活躍するのが自動車の衝突解析（クラッシュシミュレーション）だ。フードヒンジが衝突時に変形してピラーに入り込まないようにする安全設計——ヒンジの破断荷重をコネクタのFAILURE条件として定義して、衝突入力でいつどこが破断するかをシミュレーションする。LSDAYNAではSPOT WELDやJOINT要素として同等の機能が実装されていて、大規模クラッシュモデルでは数千個のコネクタが活躍する。

• バネ要素
• MPC
• 接合部