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演習資料(作成：江澤良孝)

３D-CADによる穴あき平板モデル作成と

有限要素法による３次元応力解析

－ SolidWorks 2017 によるデータ作成と３次元応力解析－

材料：炭素鋼（普通）

10mm

20N

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演習資料(作成：江澤良孝)

SolidWorks 2017 によるモデル作成

１． パソコンを起動し、ログインする（デフォルトの仮想デスクトップ）

２. SolidWorks を起動する

[スタート] >[すべてのプログラム] > [SolidWorks 2017] >[ SolidWorks 2017]

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３．初期画面が表示される

４．「ツールバー」と「メニューバー」の表示は切り替えられます

ツールバー

メニューバー

タイトルバーにマウスポインタを重ねるとメニューバーが表示される

プッシュピンをクリックするとメニューバーが固定される

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５．「ファイル」→「新規」をクリック

６．「新規 SolidWorks ドキュメント」の画面がでるので，「部品」を選択し．「OK」をク

リック．

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７．部品を作成する画面が表示される

８．単位を指定する．

[ツール] > [オプション] > [ドキュメントプロパティ] ＞[単位]

ここでは MMGS を選択して「OK」をクリック

単位:

MKS (m、kg、秒)

CGS (cm、g、秒) (CGS (centimeter, gram, second))

MMGS (mm、g、秒) (MMGS (millimeter, gram, second))

IPS（インチ、ポンド、秒）(IPS (inch, pound, second))

ユーザー定義

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MMGS を選択して，「OK」をクリック

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９．「押し出し」をクリック（または「挿入」＞「ボス／ベース」＞「押し出し」）

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１０．フィーチャーの断面をスケッチする平面として正面をクリック（画面に正面が表

示されていますが，まだ正面を選択していないので，必ず正面をクリックすること）

ほかの平面，「正面」「右側面」「平面」を選びたいときは視点を変更するか図を回転して不等角投

影法でみるとよい．

視点の変更方法は，

（１）ヘッズアップビューツールバー（グラフィック領域の上あたりにある）から

「表示方向」 をクリック

（２）不等角投影をクリック

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※ ヘッズアップビューツールバーが見つからないときは，メニューバーの「表示」→

「ツールバー」 → 「表示（ヘッズアップ）」を選択してください．

１１．「スケッチ」タブの「矩形」をクリック

適当な位置で，矩形の対角線上のコーナーをクリックして，

右クリック→「選択」をクリックでコマンド終了

クリック

クリック

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（参考）矩形コマンドを終了する５つの方法

（１）「OK」 をクリック

（２）「Esc」キーを押す

（３）右クリック→「選択」をクリック

（４）同じ矩形アイコンをクリック

（５）次に実行するアイコンをクリック

１２．中心線アイコン「中心線(N)」をクリック

１３．辺の中央近くにマウスカーソルをもっていくと，中心点が現れるので，その点をク

リック

１４．相対する辺も同じようにして，中心点をクリックして，右クリック→「選択」をク

リックしてコマンド終了

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１５．縦方向と横方向に中心線を描く

１６．「幾何拘束の追加」をクリック

原点

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１７．縦の中心線と原点をクリック（CTRLキーは押さない）して，「一致」をクリック．

すると中心線が原点に移動する．

① 「一致」をクリック

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１８．そのまま，CTRLキーは押さないで，横の中心線と原点をクリックし，「一致」をク

リック（その前に選択されたエンティティ〔縦の中心線と原点〕は自動的に一覧から消え

る．消えない場合は，選択エンティティの選択一覧を右クリックして，「選択解除」をク

リック）

１９．縦の中心線も，横の中心線も，両方とも原点に一致したのを確認して，最後に

OKボタン を押す．

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２０．＜四角形に正確な寸法を与える＞

コマンドマネージャーのスマート寸法をクリックし，

寸法を指定したい線をクリックして，その後，図形の外側にマウスを動かす

すると，その線から寸法線が引き出され，任意の位置でクリックすると寸法の記入欄が現

れる．キーボードで正しい数値「200mm」を入力し，「OK」ボタン をクリックすると寸

法値が修正される．（数値の入力欄に単位 mmがないときは，入力欄の下の「単位」の

「>」をクリックして「mm」を選択）

①辺をクリック

②外側にマウスを動かす

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修正後，図形がグラフィック領域に収まらなくなった場合は，ヘッズアップビューツール

バーの「ウィンドウにフィット」ボタン

をクリックすればよい．

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２１．＜スケッチ終了と押し出し寸法の指定＞

コマンドマネージャーの「スケッチ終了」をクリック．

押し出しのプロパティマネージャーが現れるので，方向１を「中間平面」（フィーチャー

をスケッチ平面から両側に等しく押し出す）に修正し，押し出し寸法を修正（板厚

「10mm」）して，OKボタン をクリック．

中間平面から表裏に板厚の半分 5mmずつ押し出される．

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２２. 押し出しができる

２３．＜円孔をあける作業の開始＞

(a)コマンドマネージャーの「押し出しカット」をクリック（または，「挿入」＞「カッ

ト」＞「押し出し」）

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(b)つぎに平板の平面をクリック．

２４．ヘッズアップビューツールバーの「表示方向」 をクリックして，「正面」をク

リック．するとモデルの正面を表示する

クリック

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２５．「円」を選択し，平面の中心（原点）をクリックし，平面上の任意の点をクリッ

ク．

すると，円が平面上に描かれ，プロパティマネージャーに円の半径を入力する欄があるの

で，半径を「50」に変更（ここでは単位不要）してから，OKボタン をクリック．

③半径入力

①円の中心クリック

②円周上の点クリック

④OK クリック

Kueikku

半径入力

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２６．＜スケッチ終了と全貫通の指定＞

コマンドマネージャーの「スケッチ終了」をクリック．プロパティマネージャーの

「ブラインド」を「全貫通」に変更して，OKボタン をクリック．

２７．円孔付きの平面の形状が完成

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２８．不等角投影にしてみると

ヘッズアップビューツールバーから「表示方向」 をクリックして，不等角投影をク

リック

すると，投影の向きが変わり，押し出しされていることが確認できる

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２９．＜材料の定義＞：「炭素鋼（普通）」のデータをそのまま適用

(1)Feature Manager デザイン ツリーで 材料を右クリックし、材料編集 をクリック

（２）材料ダイアログが表示されるので，「SolidWorks Materials」の中の「鋼鉄」の

中の「炭素鋼（普通）」をクリックして、「適用」をクリック

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３０．＜有限要素解析のために対称部分を削除して１／８にする＞

（１）メニュー：「挿入」 ＞ 「カット」とクリック

（２）「サーフェス使用」をクリック

（３）グラフィック画面の Part1の左の「▶」をクリック．

するとツリーが表示される

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（４）グラフィック画面に表示されたツリーから「正面」をクリック．すると，サーフェ

スカットパラメータに「正面」が入る

（５）カットする向きを図中の矢印

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で確認して，OK ボタン をクリック．

（向きが違うときは をクリックして，向きを反転させる）

（６）同様にして「平面」でカット

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（７）同様にして「右側面」でカット

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（８）１／８モデルが完成

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３１．質量特性をチェック

ツール（Tools） ＞ 評価 ＞ 質量特性（Mass Properties）

をクリックします．

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すると，質量特性のダイアログが表示される

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演習資料 作成：江澤良孝

SolidWorks Simulation による３次元応力解析

１．Simulationタグをクリック →「新規スタディ」の下の▼クリック

→「新規スタディ」をクリック → 静解析を選択 → 「OK」ボタン をクリック

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注）Simulationタグがない場合は，「SOLIDWORKS アドイン」タグをクリックして，

「SOLIDWORKS simulation」をクリックすると，Simulation タグが現れる．

（補足説明）

「静解析」をクリックした後，もう一度「新規スタディ」の下の▼をクリックすると

となって「スタディプロパティ」というのが増えている．

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ここをクリックすると

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ここの「アダプティブ」というタグをクリックすると

となってアダプティブを制御できる．

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２．材料選定（CAD 部分で材料を選定してあればこの作業は不要）：

CAD段階で材料選定しておくと下図のようにデザインツリーの静解析の Part1のと

ころに材料が表示されている。この場合は解析での材料は選定済み。

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Part1の横に材料名が表示されていないときは、選定されていないので

（１）「材料適用」クリック

注意：「材料適用」をクリックすると，材料定数定義画面で

のようになる．すなわち，「降伏強さ」が赤色で入力必須になる．この値を

入力しないとエラーメッセージがでる．線形の弾性解析では降伏強さの値は

不要なので，適当に大きな値を入力しておけばよい．CAD部分で材料を選定

してあれば「材料適用」のクリックも不要なので，このような配慮は不要．

（２）材料ダイアログが表示されるので，「SolidWorks Materials」の中の「鋼

鉄」の中の「炭素鋼（普通）」をクリックして、「適用」をクリックし，

「閉じる」をクリック．

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３．境界条件：拘束条件

Simulationタグの「拘束アドバイザ」の下の▼をクリック

対称条件を設定する

(a)「詳細拘束条件」をクリック

(b)拘束 PropertyManager が表示される．「タイプ」タグになっていることを確認

する．

この段階ではデフォルトで「参照ジオメトリ使用」が選択されている．

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(c)「詳細設定」の「対称」をクリック

(d)グラフィック画面上で対称面（エッジではない．右側面でカットした時

のカット面）をクリック

（クリックしやすいように図形を回転させること）

(d)「OK」ボタン をクリック．これで「右側面」でカットしたときのカット面に

対称条件が設定された．

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(e)同様にして、他の二つの対称面の対称条件（平面のカットのカット面，

正面のカット時のカット面）も設定する

平面のカット時のカット面に対称条件設定

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正面のカット時のカット面に対称条件設定

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（参考）固定拘束の場合

(a)「固定ジオメトリ」をクリック

(b)拘束 PropertyManager が表示されるので，「タイプ」タグになっている

ことを確認

(c)固定する面を選択 → 「OK」ボタン をクリック

（参考）拘束条件オプションのまとめ

（http://help.solidworks.com/2012/Japanese/SolidWorks/cworks/IDH_menuanal_Summa

ry_of_Displacement_Restraint_Options.html?id=3d63e2bc44274589933e43793c929bc3）

拘束タイプ 拘束される要素 参照ジオメトリ

のタイプ

入力項目

固定ジオメトリ (並進と

回転方向固定)

頂点、エッジ、面 なし なし

平行移動拘束 頂点、エッジ、面 なし なし

対称（Symmetry） 固体の面とシェルの

エッジ

なし なし

ローラ/スライダー 面 なし なし

固定ヒンジ 円筒形面 なし なし

参照ジオメトリ使用 頂点、エッジ、面 面、エッジ、平

面または軸

指定する方向に強制並進、ま

たは回転。

平面上 平坦面 なし 選択した平面に沿う、指定す

る方向に強制並進または回転

円筒面上 円筒形面 なし 選択した円筒面に沿う、指定

する方向に強制並進または回

転

球面上 球面 なし 選択した球面に沿う、指定す

る方向に強制並進または回転

周期対称 平坦な面あるいは平

坦でない面のセット

軸（Axis） なし

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４．境界条件：荷重

Simulationタグの「外部荷重アドバイザ」の下の▼をクリック

→ 「力」をクリック

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→ グラフィック画面上で荷重をかける面をクリック → 「垂直」を選択

→ 単位 を目的の圧力単位「SI」に設定

→「5」と打ち込む（１／８モデルだから，荷重面の面積は１／４で、20÷4=5 ）

(▼の右が「N」（ニュートン）になっていることを確認すること)

→ グラフィック画面上で荷重の向きを確認し、外向きになっていなかったら，

「反対方向」のチェックをいれて、荷重の向きを外向きにする

→ 「OK」ボタン をクリック

荷重をかける面をクリック

矢印の向きに注意

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５．メッシュ作成

Simulationタグの「スタディの実行」の下の▼クリック

→ 「メッシュ作成」クリック

→ メッシュ密度を選択（今回はこのままでよい）

→ 「OK」ボタン をクリック

※メッシュは細かいほどよいが，計算時間が増大する

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＜参考＞なお、今回は不要であるが、メッシュパラメータを展開すると

下記のようになり、「曲率ベースのメッシュ」を選択すると

必要に応じて二次要素が使われる。

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メッシュ実行すると、メッシュ結果が表示される

６．念のため、解析の前に一度，指定保存する

「ファイル」 → 「指定保存」 → 保存先を選んで保存する

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７．解析実行

「スタディの実行」の下の▼クリック → 「スタディの実行」クリック

８．しばらくすると、解析が完了し、解析結果が表示される

（デフォルトでフォン・ミーゼス応力の分布図が表示される）

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（参考）ここで，例えば結果の「応力１」を右クリックすると

となり，ここで「非表示」をクリックすると，「応力１」の結果は非表示になる．

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非表示になっている時に．「応力１」を右クリックすると

となり，ここで「表示」をクリックすると，「応力１」の結果は表示になる．

９．エッジ上の応力のグラフを表示してみる（その１）

「結果アドバイザ」の下の▼をクリック

→ 「新規プロット」をクリック

→ 「応力」をクリック

→ 「SY：Y方向の応力」を選択

→ 単位で「N/mm^2」を選択→ 「OK」ボタン をクリック

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１０．エッジ上の応力のグラフを表示してみる（その２）

デザインツリーの「結果」に「応力２（-Y垂直-）」が追加されていることを確認

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→ 「応力２（-Y垂直-）」を右クリックし、「選択表示」をクリック

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→ 応力を表示したいエッジを選択

→ 「更新」をクリック

→ 「プロット」をクリック

エッジを選択

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→ 「エッジプロット」が表示される

→ プロットの横軸を反転させたいときは

→「エッジプロット反転」をチェックして，再度「プロット」をクリック

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＜参考＞

この説明では，モデルの作成に「幾何拘束」を用いましたが，幾何拘束を用いない方法も

あります．

モデル作成の手順１１から１９を以下のようにする

（１）原点が表示されていない場合は，原点を表示させる

WORKS メニューの「表示」→「表示/非表示」→「原点」をクリック

（２）原点を使った矩形を作図

矩形中心 をクリック → 原点をクリック → 矩形の対角点の位置で

クリック

＜参考＞

このプロットの表示作業では，Y方向の応力を表示するのに

方法１：「結果アドバイザ」の下の▼をクリック

→ 「新規プロット」をクリック

→ 「応力」をクリック

→ 「SY：Y方向の応力」を選択→ 「OK」ボタン をクリック

という方法を使ったが，「定義編集」を使う方法もある．以下にそれを紹介する．

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方法２（応力の場合）：

（１）結果の「応力１」を右クリックし，「定義編集」をクリック

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（２）「Von: von Mises応力」の「∨」をクリックして，「Y方向の応力」を選択

（３）「N/m^2」の「∨」をクリックして，「N/mm^2」を選択

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方法３（応力の場合）

（１）グラフィック画面の数値のバーの部分を右クリックして，「応力成分」の「▶」

をクリック

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（２）「Y方向の応力」をクリック

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（３）「定義編集」をクリック．そのあとは，方法２の（３）と同様の操作をすればよい

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方法４（変位の場合）：

変位の場合も応力の場合とほぼ同様の操作が可能．

まず，なんでもよいので変位の結果を画面表示させる．その後は，応力の場合とおなじ

ように定義編集すればよい．

たとえば，方法３の変位バージョンは，以下のようになる．

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《他の形状に変更し再解析するには》

(1)まず現在の解析結果から必要な数値を読み取り，記録し，さらに画像ファイル等で画面

を保存した後，解析を削除（方法は下記参照）してから，モデルを変更し，再解析するこ

とをお勧めします．理由は，解析結果の表示はモデルの形状の情報を使っているため，モ

デルの形状を変更すると，モデル形状と解析結果の対応が崩れ，解析結果の表示がおかし

くなることがあるためです．新形状に対する解析結果が自動表示されることはありませ

ん．形状を変更したら，境界条件の設定，メッシュ作成を含めて解析作業を全て再度実行

してください．

参考：《画面をキャプチャする方法》

(a)次の方法のいずれかで画面をクリップボードにコピーする

・「PrintScreen」キー（「PrtSc」などと表示されていることが多い）

画面全体をキャプチャ

パソコンによっては，「Fn」キーも同時に押す必要がある

・「Alt」キー + 「PrintScreen」キー

最前面のウィンドウのみキャプチャ

パソコンによっては，「Fn」キーも同時に押す必要がある

・「Windows」キー + 「Shift」キー + 「S」キー

選択した範囲をキャプチャ（Windows10）

・「Windows」キー + 「PrintScreen」キー

画面全体をキャプチャ（「ピクチャ」フォルダに「スクリーン

ショット」というフォルダが作成され，PNGファイルで保存される）

(b)次に「ペイント」を起動して，「貼り付け」を行う

（２）その後，「モデル」タブをクリックして，モデル画面に変更する

タブを右クリック

削除をクリック

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（３）必要に応じてスケッチ編集，またはフィーチャー編集を行う

Feature Manager デザインツリーから，フィーチャーまたはスケッチを右クリックし，

表示されるコンテキストツールバーから「フィーチャー編集」または「スケッチ編集」を

選択

フィーチャー編集

立体化する範囲や方向，値などを

修正，変更できる

スケッチ編集

寸法，幾何拘束の追加や削除，

値の変更などができる

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《スケッチ編集を使った変更例》

1．解析結果の「静解析 1」を右クリック

2．「削除」をクリック

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3．「モデル」タブのモデル表示に戻る

4．デザインツリーの「ボス－押し出し 1」を右クリックし，「スケッチ編集」をクリック

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5．「ボス－押し出し 1」のスケッチ編集画面が表示される

6．寸法の数字をクリックして，変更したい数値を入力

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7．寸法変更後のスケッチ編集画面が表示される

8．「ダイアログを閉じる」 をクリック

9．「スケッチ終了」をクリック

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10．ボス押し出しの外形寸法を変更した後のモデルが表示される

11．デザインツリーの「カット－押し出し 1」を右クリックし，「スケッチ編集」をクリ

ック→「カット－押し出し 1」のスケッチ編集画面が表示される

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12．「円」を右クリックして，「削除」をクリック

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13．円削除後のスケッチ画面が表示される（削除された円は黄色で表示される）

14．楕円アイコン をクリックして，スケッチ画面上に楕円を描く

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15．楕円の「ダイアログを閉じる」ボタン をクリック

16．「スケッチ終了」をクリック→カット部分を変更したモデルが表示される