令和4年度「専修学校による地域産業中核的人材養成事業」■航空機設計・製造分野におけるDX人材養成事業■

令和4年度プロト教材資料

本プロト教材資料は、文部科学省の教育政策推進事業委託費による委託事業として、日本航空大学校が実施した令和4年度「専修学校による地域産業中核的人材養成事業」の成果物です。

3D CAD設計学習領域
構造解析技術産学協同教育成果発表会
学習領域：3D CAD設計

設計技術

解析
技術

加工技術

教育の狙い

実施期間：10/24(月)～10/27(木)
実施企業：第一システムエンジニアリング㈱参加学生：航空工学科３年

解析・シミュレーションツールを活用して業務/生産効率向上
設計精度の向上を体験する

34名

教育内容
１．加工シミュレーション 教育
２．FEM構造解析 教育
３．問題発見解決 PBL演習

Project Based Learning
×
Problem
Plan
役割分担

Action
改善

構想

Do

計画
設計

再解析

設計変更

グループメンバーの役割分担どうする？

Check

限られた時間でどうやって進めようか？

グループ運営グループワークにより問題を発見し解決する

強度はクリアしたけど変位量はクリアしない

解析 要因分析
評価

事項にPBL演習にて成果発表会を行った発表資料をまとめる

Confidential - DSE Proprietary⚫ 300mm離れた土台に橋梁をかける。
⚫ 中央部に1.96N（200gf）を負荷する。
⚫ 幅30mmの通行帯を設け、その上部に 紫色の空間を確保する。
⚫ 通行帯の板厚は2.0mm以下とする。
⚫ 通行帯の断面上部は平坦とする。
⚫ 体積は24000mm3（24cm3）以下とする。
⚫ 基準強さは45.0MPa、安全率は2.0とする。
⚫ 材料はアクリル系硬質樹脂とし、物性値は以下の通りに定義する。

計画(Plan)

実行(Do)

確認(Check)

実行(Act)デザイン性重視 ⇒ 見た目重視⇒ トラス構造 変位量を最小限に抑える 安全率を高める◼ CATIAで各々作る◼ 条件適合されるかの確認（寸法、材料）
CATIAで解析 ⇒ 静強度解析◼ 採用は…

プラレール設計モデル

体積21460[㎣]最大応力0.924[MPa]最大変位0.894 [mm]安全率48.70

最大応力：0.924[MPa]最大変位：0.894 [mm]

体積23804[㎣]最大応力3.28[MPa]

最大変位0.126 [mm]

安全率13.72

最大応力：3.28[MPa]最大変位： 0.126[mm]グループB

課題

設計要求を満たしてできるだけ変位の小さい橋梁を作る

設計要求について① 全長３００ｍｍ、幅３０ｍｍ、高さ４０ｍｍの通行帯を持つ橋である② 通行帯の面の厚さは２ｍｍ以下とし、通行帯の上下面にそれ以上の厚さを付与してはならない③ それぞれの端は、長さ３０ｍｍ、幅４５ｍｍ、高さ３０ｍｍの立方体の上に置くものとし、それをはみ出してはいけない（立方体同士の距離は３００ｍｍで固定）④ 橋は上記の立方体で両端支持するものとする（両方固定支持とする拘束でもよい）⑤ 材料は、応力２０００ＭＰａ、ポアソン比０．３５、密度１．１６g/㎤のＡＢＳ樹脂とする⑥ 橋にかかる力は、中心に設けた直径６ｍｍの円に１．９６Ｎとする⑦ 安全率は２⑧ 許容応力は３０MPa⑨ 勾配は6%以下とする

選定方法

選定方法について① 5人それぞれが思い思いの橋をつくる② それぞれ完成した橋の解析まで行い、要件を満たしているかつ、最も最大変位とミーゼス応力の小さいものを採用する③ 採用した橋のブラッシュアップを行い、さらに変位と応力が小さくなるようにする

選定した橋とその理由

最終選定に残った２つの橋

１つ目

2つ目

最終的に選択した橋なぜ最終的に選択したほうを残したのか① 圧倒的に変位と応力が小さい② 形状が単純なのでもっと値を詰めれるところが多い③ シンプルな外見ながら反力が大きいというギャップ

詳細解説

全体図

三面図（正面）

三面図（側面）三面図（平面）

断面特徴• 基本はアーチ橋を基本とし、トラス橋にある三角形を用いて力を分散させている• 中央部を高くし、端に行くほど低くすることでモーメントに反するような形にした• 板の内部を肉抜き形状とすることで軽量化しながら耐久性を維持できる

解析結果

解析結果：両端固定（最大変位）解析結果：両端固定（最大変位）解析結果：両端固定（ミーゼス応力）解析結果：両端固定（ミーゼス応力）解析結果：両端固定

最大変位：0.0411mm
最大応力：0.815MPa解析結果：一端固定（最大変位）解析結果：一端固定（最大変位）解析結果：一端固定（ミーゼス応力）解析結果：一端固定（ミーゼス応力）解析結果：一端固定

最大変位：0.0645mm
最大応力：0.8MPa

解析結果：比較

両端一端変位

0.0411mm 0.0645mm

応力0.815MPa

0.8MPa

改善点

改善点• 力を加えた際、アーチ最上部が内側に倒れようとするため、それを支える桁を設けるべき• 肉抜き穴の直径を大体で決めたが、もっと最適化が可能• 面取りやフィレットを適当な場所に施したが、やらなくてもよい場所ややったほうがよい場所がある

まとめ

橋梁制作を通して普段のCADを使った授業では、基本的に図面をもとに製作するためあまり深く考える必要はないが、今回はどうすればよりよくなるかと考えて制作したた
めかなりの疲労があった。
しかし、時間を忘れるほど没頭でき、設計するということの楽しさを身をもって実感することができた。

産学共同教育を通して

また、今回の実習ではCAEを利用した解析というものに初めて触れることができ、設計におけるCADの偉大さというものを感じることができた
はじめて、解析ソフトであるVERICUTやCATIAの解析機能を使用したが、DSEの皆様のおかげで、短期間である程度の利用までできるようになった
実際の設計職というものの一端に触れることができ、今後の進路に役立つ実りあるものとなった

300mm離れた土台に橋梁をかける。
⚫ 中央部の直径６ｍｍに1.96N（200gf）を負荷する。
⚫ 幅30mmの通行帯を設け、その上部に 幅３０ｍｍ、高さ４０ｍｍの空間を確保する。
⚫ 通行帯端部は１０ｍｍ以上土台の上に載せる。また、拘束条件は任意とする。
⚫ 土台として利用できるのは幅４５ｍｍ、高さ３０ｍｍ、奥行き３０ｍｍのみ。また、土台のよりも下の空間は利用できない。
⚫ 橋梁の形状は蛇行形状もしくはアーチ状としても構わないが、その形状に応じた通行帯および上部空間を設けること。なお、アーチ状とする場合は通行帯の勾配を６％以下とする。
⚫ 通行帯の板厚は2.0mm以下とする。
⚫ 通行帯の断面上部は平坦とする。
⚫ 体積は24000mm3（24cm3）以下とする。
⚫ 基準強さは45.0MPa、安全率は2.0とする。
⚫ 材料はアクリル系硬質樹脂とし、物性値 は以下の通りに定義する。
ヤング率： ２０００ＭＰａ（２ＧＰａ）
ポアソン比 ： ０．３５
密度： １．１６ｇ/㎤⚫

シンプルで強靭な橋を造る

橋の構造は様々あるが最初に思い浮かぶのはアーチ型あった。
この考えから２つ制作した。

1つ目は通行帯を平地とし、その下面を補強を行ったもの。
2つ目は通行帯に勾配をつけアーチ型にしたもの。
これらを作成した。

直線型

アーチ型

最大変位

最大板厚

体積

安全率

基準値16.4644mm

2mm

24000㎣

2.0

制作１0.0479mm

2mm

23971.15㎣61.3

制作２0.0425mm

2mm

23920.128㎣

60.6

最大変位を小さくすることを一番の目標として考えていた。
これにより、２つ目の方を採用する。

アーチの勾配⚫

最大の高さ 約4.5mm
勾配は4.5 ÷ 150 = 0.03 =その地点の距離3%←150mm

基準値 ６％ クリア

安全率⚫

基準強さ ４５MPa
安全率は45 ÷ 0.742 = 60.64◆

応力図

許容応力０．７４２ Mpa←◆

基準値 2.0 クリア

変位図