【PMD2018】Crankはそりねじり変形が重要＜Simulationと実験値一致＞

クランクに貼ったひずみゲージをiTensionで角度を振って応答を測定した結果
BendブリッジもTorqueブリッジにおいてそれぞれ出力ゼロ点角度位置±10度前後で異常値がでる現象が発見されました。この現象、昨年も見られたのですが、座屈ではないかと処理してデータ処理でこの角度範囲をマスクしてしまったのですが、今年は、徹底して解析してます。

●そりねじり理論は教科書にでてない

私もねじりに関しては、異形断面では応力が不均一になることは知ってましたが、
それがどういう理論で説明されているのか知りませんでした。今回は、クランク
で異常なデータを発見したためよい学習機会となりました。

①そりねじり理論の解説記事
判りやすい解説論文がありました。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jscejeep/73/1/73_76/_pdf/-char/ja

そりねじり問題は、建築土木の構造力学で扱われる現象で一般的な材料力学では扱ってない理論で材料力学の教科書にはほとんど掲載されてないそうです。
他にいくつかリンク先を備忘録しておきます。
・純ねじりとそりねじりが詳しい論文http://www.akashi.ac.jp/~miyoshi/str_eng/Theme05/%E7%B4%94%E3%81%AD%E3%81%98%E3%82%8A.pdf

大部ですが、感覚的に納得できた図をコピペします。

棒状の角断面の場合、ねじり変形とともに軸方向での変形（そり）が発生する
そりねじり理論で扱われる力の種類は下図で軸方向のそり力が注目です。

棒状のはりにねじりを加えるとそりとして軸力が発生することが理論的に説明される現象であるということですので、論文の計算式を学習するより、てっとり早く、実験で得た現象をFEMシミュレーションを使って応力分布を調べて合致するか確認してみました。基本的には、理論的な背景を理解してからFEMシミュレーションを使うことが前提です。今回もそりねじり理論があってそれがあるからFEMしてみようとなりました。

●Fusion360静的応力解析でクランクモデルで応力解析
角棒にペダル軸とBB軸をつけたモデルに踏力として１０００Nを０度～90度までかけて
解析しました。
①クランクへのねじりモーメント有無の影響
クランクへの直角方向の踏力がペダル軸から60㎜にある場合と０ｍｍ（クランク上）にある場合で比較した解析です。