ロッキング — CAE用語解説

ロッキングは、有限要素の変形能力が実際より過度に拘束されて、変位や応力が本来の値より小さく（硬く）計算される現象だ。せん断ロッキング、体積ロッキング、膜ロッキングなど種類があるよ。

1次要素のせん断ロッキングが最も頻繁に遭遇する。曲げ変形を1次要素で表現すると、不要なせん断ひずみが寄生的に発生して要素が硬くなるんだ。薄い梁や板を1次要素1層で解くと、たわみが理論値の数分の1になることもあるよ。

2次要素を使う、非適合モード要素（B-bar法やEnhanced Strain）を使う、低減積分を使う——この3つが主な対策。実務では非適合モード付きの1次要素（AbaqusのC3D8I、AnsysのSOLID185 Enhanced Strain）が人気だよ。

ゴムのようにポアソン比が0.5に近い非圧縮性材料で発生する。体積変化がゼロという拘束が要素の自由度を食いつぶしてガチガチに硬くなる。混合法（ハイブリッド要素）で圧力を独立変数にするのが定番の対策だね。

同じ問題を1次要素と2次要素で比較すると、ロッキングの有無が一目瞭然。ぜひ体験してみて。