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FEM要素種類による計算精度

  算生会FEMソフトでは、2次元では四角形8節点要素、3次元では六面体20節点要素を使用して
 います。これらの要素は、要素の頂点間の中間にも節点を有し、2次要素と呼ばれます。これらの2次
 要素を採用している理由は計算精度が良いからです。他方、要素の頂点にのみ節点を有する要素は1次
 要素と呼ばれます。2次元では、1次要素としては三角形3節点要素がよく使われますが、計算精度が
 悪いという問題があります。そこで、2次元構造解析で四角形8節点要素(2次要素)と三角形3節点
 要素(1次要素)を比較試験してみました。以下に結果を掲載します。

1.解析対象・・・片持ち梁
片持ち梁

2.四角形8節点要素の場合
四角形8節点要素

四角形8節点要素の計算結果

3.三角形3節点要素の場合
三角形3節点要素

三角形3節点要素の計算結果

4.結論
 1)四角形8節点要素の方が圧倒的に計算精度が良いです。
   ◇変位δyに関しては、節点数28でも誤差0.57%と問題ありません。
   ◇応力σxに関しては、節点数85で誤差1.57%と実用可能であり、節点数289では誤差0.05%
    とほとんど理論解に一致します。
 2)三角形3節点要素は計算精度が悪く、実用するには問題があります。
   ◇変位δy、応力σxとも、節点数369、697、1377では誤差32%~10%もあり、実用できせん。
   ◇節点数を2727まで増やすと、変位δyは誤差3.43%、応力σxは誤差1.84%と実用可能と
    なります。


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