3d-cad による直方体作成と 3次元応力解析における各種境界...
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演習資料(作成：江澤良孝)
３D-CADによる直方体作成と
３次元応力解析における各種境界条件
－ SolidWorks 2017 によるデータ作成と３次元応力解析－
－ 各種境界条件の設定方法 －
横幅 200mm，高さ 200mm，奥行き 100mm
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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して不等角投影法でみるとよ
い．
（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
※ 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．
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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
（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
クリック
クリック
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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
１５．これを繰り返して，縦方向と横方向に中心線を描く
原点
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１６．「幾何拘束の追加」をクリック
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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(補足)
選択エンティティで以前の選択が消えない場合は，右クリックして，「選択解除」を
クリックして削除．
（注意）
縦の中心線と，横の中心線，原点の三つを，CTRL キーを押しながらクリックすると
のようになって，拘束関係追加に「一致」が現れない．ここで「交点」をクリックすると
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となって，原点には一致するが，辺の長さが変化する．
したがって，縦の中心線と，横の中心線，原点の三つを同時に選択することは推奨しな
い．
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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）
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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．
①辺をクリック
②外側にマウスを動かす
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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
「100mm」）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 50mmずつ押し出される．
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２２. 押し出しができる
（参考）不等角投影にしてみるとよい
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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２３．＜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、単位を SI にしてから「適用」をクリックし，最
後に「閉じる」をクリック．
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２４．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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（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．ここをクリックすると
ここの「アダプティブ」というタグをクリックすると
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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。
静解析の 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
静解析における材
料が設定されてい
ない
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（１）「材料適用」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、単位を「SI-N/mm^2(MPa)」
にして，「適用」をクリック．最後に「閉じる」をクリック．
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静解析における材
料が設定された
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３．境界条件：拘束条件
（１）「固定ジオメトリ」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
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（２）ローラ/スライダーの場合
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（３）「詳細拘束条件」の場合
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拘束する面，エッジ，点
方向を指定するための面、
エッジ、平面、軸
指定する方向と量
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（４）「詳細拘束条件」で参照ジオメトリに「正面」を使って方向指定の場合
クリック
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（５）「平面上」の場合
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（６）対称条件の場合
(a)「詳細設定」の「対称」をクリック
(b)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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（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：荷重条件
（１）力で，方向が「垂直」の場合
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
→値を打ち込む
(▼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
荷重をかける面をグラフィッ
ク画面上でクリック
矢印の向きに注意
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（２）力で，方向が「選択された方向」の場合
力をかける面，エッジ，点
方向を指定するための面、
エッジ、平面、軸
指定する方向と量
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（３）力で，方向を「正面」を使って指定した場合
クリック
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（４）圧力で，方向が「垂直」の場合
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（５）圧力で，方向指定に「参照ジオメトリ使用」の場合
ここで
「参照面の第一方向」「参照面の第二方向」「参照面に垂直」
を選ぶが、その方向はグラフィック画面の矢印で確認して選ぶ．
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圧力をかける面
参照面
指定に使う参照面の方向
圧力値
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（６）圧力で，参照ジオメトリに「右側面」使用の場合
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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
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
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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→ 「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
（下図は，円孔平板の例）
→ 「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