3次元弾性体解析 — 実践ガイドとベストプラクティス

1. CADデータの取り込みと形状簡略化 — フィレット除去、穴の省略、対称性の利用

2. メッシュ生成 — TET10自動メッシュ。着目部位にサイズコントロール

3. 材料・境界条件・荷重の設定

4. 解析実行

5. 結果の評価 — 応力コンター、変位、反力の確認

6. メッシュ収束性の検証

7. 理論解・簡易計算との比較

CADの形状をそのまま使うと：

• 微小な形状特徴（面取り、刻印、小穴）がメッシュを乱す
• 不要な精度でDOF数が爆発する
• メッシュ生成が失敗することがある

簡略化のガイドライン：

• 着目部位から遠い小形状 → 除去
• 着目部位のフィレット → 保持（応力集中に影響）
• ボルト穴 — 着目部位のみ穴を残す。遠い穴は省略
• 溶接ビード — 疲労評価なら保持。静強度なら省略可

ポイントは「着目部位の応力に影響するかどうか」だ。形状特徴が着目部位から板厚の2〜3倍以上離れていれば、通常は影響しない（Saint-Venantの原理）。

形状と荷重が対称なら、1/2、1/4、1/8モデルにできる。

対称面の境界条件：対称面に垂直な変位をゼロに。対称面上の節点で法線方向の変位を拘束する。

静解析なら対称条件で問題ない。座屈解析や固有振動解析では反対称モードを見逃すリスクがあるから、対称・反対称の両方を解くか、全体モデルで解く必要がある。

FEMの応力は積分点で最も正確。節点応力は複数の要素からの外挿値を平均化（averaging）する。注意点：

• 平均化された応力 — 滑らかなコンターになるが、ピーク値を過小評価する可能性
• 非平均化応力 — 要素間の不連続がそのまま見える。不連続が大きい部位はメッシュが粗い証拠

その通り。非平均化応力の不連続がvon Mises応力の5%以下なら、メッシュは十分と判断できる。これは応力誤差指標としてメッシュ適応の基準にもなる。

全体モデルの結果を境界条件にして、局所部位を詳細メッシュで再解析するサブモデリングは3次元解析の必須テクニックだ。全体を細かくする代わりに、必要な部分だけ精密化する。

• [ ] CAD形状を適切に簡略化したか
• [ ] 対称条件を利用してDOFを削減したか
• [ ] TET10以上の要素を使っているか（TET4は不可）
• [ ] 着目部位のメッシュは十分に細かいか
• [ ] 非平均化応力の不連続が5%以下か（メッシュ収束の指標）
• [ ] 反力が荷重と釣り合っているか
• [ ] 変位のオーダーが手計算と整合するか
• [ ] サブモデリングが必要な部位はないか

TET4を使って「結果が合わない」と悩んでいる初心者は今でも多い。TET10にするだけで解決するケースがほとんどだ。