ビーム分析とは

梁は、多くの機械工学および構造工学の用途で私たちの周りで使用されています。 それらは一般に、建物や橋などの大きな構造物の基礎または内部サポートを作成するために使用されます。 ビーム解析は、ビームの重量、スペース要件、材料コストを最小限に抑えながら、力と応力に耐えるようにビームを適切に設計するために使用される技術です。 誤って設計されたビームは、早期に故障し、壊滅的な影響を与える可能性があります。

ビーム解析には、機械工学、設計原理、および材料特性の組み合わせが必要です。 通常、このプロセスには、適用される力の種類、サポート間のスパン、ビーム形状、材料、1つのビームを他の構造部材に機械的に接続できるようにするジョイントの設計などの要因が含まれます。 さまざまなタイプのビーム設計は、荷重と取り付けの構成に基づいています。 たとえば、片持ち梁は一方の端でのみサポートされ、両端でサポートされる単純な梁とは異なる設計が必要です。

梁は、炭素鋼などの単一の材料を使用して構築できます。 また、さまざまな数の異なる材料層で構成される複合構造または積層構造として構築することもできます。 ビームの構造は、負荷がかかっているときの曲げとたわみに影響します。 ビームのたわみは、ビームの長さ、ビームの支え方、断面形状、材料、およびたわみ力がかかる場所によって異なります。 ビーム解析は、曲げとたわみの量を決定します。

最近まで、ビーム解析には、力図と一連の複雑な数学方程式を使用した手動の方法が必要でした。 現在、この手順は通常、入力データを受け入れ、性能基準を満たすビーム設計を決定するように設計されたエンジニアリングソフトウェアを使用して完了します。 これらのプログラムは、ビームの応力とたわみの数学的分析を完了し、さまざまな荷重条件下でのビーム内の応力分布を示す図も作成します。 ビーム解析ソフトウェアは、有限要素解析（FEA）として知られる計算手法を使用します。

ビーム解析で重要な考慮事項は、安全マージンまたは安全係数です。 ほとんどの梁には、荷重がかかった場合に梁を大きくしたり、梁の設計で予測できない他の要因となる安全係数があります。 過度の安全係数は、必要以上に大きいビーム設計を駆動し、考えられる重量の問題と高い製造コストを引き起こします。 ビーム解析ソフトウェアは、さまざまなビーム形状と材料を解析できるため、ユーザーはオプションを評価し、コストと機能の比率を最適化する最終的なビーム設計を選択できます。