PrePoMaxによる複数の梁の曲げ応力解析（複数材料の同時解析）

## はじめに
複数モデルをCAEで解析して結果を比較したい場合、簡単なモデルであれば、複数モデルを同時に解析して結果表示させることが可能です。ここでは、PrePoMaxを使って、複数の梁について同時に曲げ応力解析を行います。梁の材質は、鋼材、銅材、アルミニウム材として、これらの結果を比較します。

## 条件
- 梁の寸法：幅20、高さ10、長さ300mm
　作成したstepファイルとFreeCADのモデルを以下のアドレスに格納
　梁の横断面をy-z平面、長さ方向をz方向
　梁の中心位置をずらした三個のstepファイルを作成
　作成したファイル（Bar_0.step、Bar_Plus50.step、Bar_Minus50.step）は以下アドレスに格納

https://github.com/repositoryfiles/Beams

- 境界条件：片側の端面を完全固定し、もう片側の端面の角に下向きに100Nを印加します。
- 解析に用いたヤング率およびポアソン比の値は次のとおりです。
-- 鋼材：210000MPa、0.28
-- 銅材：130000MPa、0.34
-- アルミニウム材：70000MPa、0.34

## 操作方法
- CADで梁のstepファイルを作成します。上記アドレスにあるBar_0.step、Bar_Plus50.step、Bar_Minus50.stepを利用することも可能です。
- 三個のstepファイルを順次PrePoMaxにインポートします。順次インポートすることで、Partsに表示される順に三個のモデルを並べることができます。
- Parts名をSolid_part-Steel、 Solid_part-Copper、Solid_part-Aluminumに設定します。

![Models.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/ae2a525d-ac6f-885d-bd48-bf1c2a456752.jpeg)

- 三本の梁について、同条件でメッシュを作成します。Mesh Setup 右クリック Create でTypeにMeshing Parametersを選び、Max element sizeを2mmに設定し、全ての梁を選択してOKをクリックします。
![MeahParameters.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/59f3b9f6-de02-5df5-be57-05f05e63f912.jpeg)

- 次いで、個々のSolid-Partに対してメッシュを作成します。
![メッシュ作成.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/a1d754e7-3c1e-1b77-9ef0-fe13ab7b3581.jpeg)

- 材料を設定します。Materials 右クリック Create で三種類の材料およびヤング率、ポアソン比を設定します。
![Steel.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/7b532edc-7687-1a8e-bd4a-1b8884a77d92.jpeg)
![Copper.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/c1d8460f-c103-0b9a-aa5a-a66d9f561664.jpeg)
![Aluminum.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/704ff7a7-4598-2b8f-b3d2-31b0888134bd.jpeg)

- セクションを設定します。Sections 右クリック Create で材料とPartを紐づけます。

![Section-Steel.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/18145dde-a4c7-35d8-9cd0-c73b3b461eeb.jpeg)
![Section-Copper.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/cefa043b-8ffd-deb2-27d4-f55dc59731d7.jpeg)
![Section-Aluminum.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/24b0226e-094b-39e5-e158-854a76006a4a.jpeg)

- 境界条件を設定するため、Steps 右クリック Create でStatic Stepを選択します。
- BCs 右クリック Create でFixedを選択し、固定する三個の面をshiftキーを押しながらクリックで選択してOKします。
![fixed.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/bd103a8f-c5b1-d4cd-5b84-e312f4e66b3c.jpeg)

- Loads 右クリック Create でConcentrated Forceを選び、荷重を印加する三本の梁の角をshiftキーを押しながらクリックで選択してOKします。荷重は-4.76Nとしました。これにより、梁の先端には4.76N×21節点≒100Nが印可されることになります。
![Load.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/d705670c-100f-1053-0ce5-e40951f23165.jpeg)

- 解析を実行します。Analyses 右クリック Create、Analysis-1 右クリック　Runを実行します。
- 終了後、Resultsで結果を表示します。
変位の結果です。材料力学の梁の曲げによる理論値は、鋼2.57mm、4.15mm、7.71mmとほぼ一致していることが分かります。
![Result_Disp.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/e164c70a-80b1-9e83-a5c1-fc1da0dffb3b.jpeg)

応力の結果です。固定位置での応力集中を避けるため、固定位置を外した節点における応力値を表示しました。材料力学の理論値90MPaとほぼ一致していることが分かります。
![Result_Stress.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1729073/ea8fedb3-9e2e-a9b2-4cee-0d6dbbdd57ff.jpeg)