集中質量要素 — 実践ガイドとベストプラクティス

最も一般的な適用：

工場やプラントの構造解析で、配管上の大型バルブやポンプを詳細にモデル化するのは非現実的。集中質量要素で質量と重心位置だけ表現するのが実務的だ。

手順：

1. 機器の質量 $m$、重心位置 $(x_g, y_g, z_g)$、慣性モーメント $(I_{xx}, I_{yy}, I_{zz})$ を図面から取得

2. 取付点にCONM2/MASSを配置

3. 必要に応じてRBE2/RBE3で取付点を分配

NVH解析（振動騒音）では、エンジン、バッテリー、乗員をそれぞれ集中質量で表現することが多い。ボディのシェルモデルに質量要素を追加して全体の固有振動を評価する。

建築の耐震解析では、設備機器、家具、仕上げ材の質量を各階の床に分配する。床スラブの節点に集中質量を追加するか、面密度（NONSTRUCTURAL MASS）を設定する。

固有振動解析（モード解析）で確認するのが最良だ。1次モードの固有振動数が予想と大きくずれていたら、質量分布に問題がある。

簡易チェック：

• 片持ち梁 — $f_1 = 3.516/(2\pi) \sqrt{EI/(\rho A L^4)}$
• 単純梁 — $f_1 = \pi^2/(2\pi) \sqrt{EI/(\rho A L^4)}$
• 先端に集中質量 $M$ の片持ち梁 — $f_1 \approx 1/(2\pi) \sqrt{3EI/(M L^3)}$

• [ ] 全体質量が設計値と一致するか（質量サマリーで確認）
• [ ] 重心位置が妥当か
• [ ] 回転慣性モーメントを設定したか（設定忘れが多い）
• [ ] CONM2のオフセットが正しいか（Nastran）
• [ ] 質量を追加した後、固有振動数が予想と整合するか
• [ ] 質量スケーリング使用時、運動エネルギー/全エネルギー < 5% か

そう。並進質量だけ設定して回転慣性を忘れると、ねじりモードや回転モードの振動数が過大になる。大型機器のモデル化では回転慣性が振動特性に大きく影響する。