バネ要素 — CAE用語解説

実際のバネを表現することもあるけど、それよりも「詳細にモデル化したくない部分の剛性を簡易的に表現する」用途の方が多いんだ。例えばエンジンマウントのゴムブッシュの剛性をバネ要素1本で代替したり、地盤の支持剛性を分布バネで表現したり。ボルト結合部をバネ1本に置き換えるのも定番だよ。

線形バネはF = kxだけど、実際のソルバーでは並進方向（x, y, z）と回転方向（rx, ry, rz）の6自由度にそれぞれ別の剛性を設定できる。さらに非線形バネ（荷重-変位のテーブル入力）やプリロード付きバネも設定可能。NastranのCELAS要素やAbaqusのSPRING要素がこれにあたるね。

バネ剛性の値の設定が一番重要。小さすぎると支持が利かず不安定、大きすぎると剛体結合と同じになって応力が集中する。また回転自由度のバネを忘れるとヒンジ結合になってしまう。例えばボルト結合をバネで表現するとき、軸方向剛性だけでなくせん断方向と回転方向も適切に設定しないと実際の挙動と乖離するよ。

バネ要素の剛性kは全体剛性行列にそのまま組み込まれる。最もシンプルな要素タイプだね。

非常に多いよ。サスペンションのバネ定数をバネ要素で設定して車体の固有振動数を計算したり、防振ゴムの剛性と減衰（バネ＋ダッシュポット）で加振応答を評価したり。振動解析ではバネとダッシュポットを並列に配置するのが基本パターンだね。

コネクタ要素やダッシュポットはバネ要素の「仲間」と思えばいいよ。

• コネクタ要素
• ダッシュポット
• 剛性

うん。あと実験や手計算で概算した剛性値を入れてから、まずは静解析で変位が妥当かチェックする習慣をつけるといいよ。バネ要素は便利だけど、剛性値を間違えると全体の挙動が狂うから要注意だ。