「これだけ高い応力が出ているのに、なぜボルトは折れないのか？」
CAEを使い始めたエンジニアが、一度は必ず抱く疑問です。
解析結果を見ると、ボルトのねじ谷付近や首下部に高い応力が表示される。
疲労破壊や早期破断を疑い、「この設計は危険ではないか」と判断してしまう。
しかし現実の製品では、同様の締結構造が長期間、問題なく使われ続けている例が数多く存在します。
この解析結果と実機挙動のギャップは、
CAEが間違っているからではありません。
原因は、評価の前提にある「力の分担構造」が正しく理解されていないことにあります。
セミナーで強調されているのは、
外力が加わったとき、その荷重がそのままボルト軸力として上乗せされるわけではない、という点です。
実際の締結体では、
- ボルト
- 被締結体
それぞれが異なる剛性を持ち、
外力はこの剛性の関係に応じて分担されます。
つまり、外力が作用しても、
ボルトが受け持つ軸力の増分は、
単純な力のつり合いから想像されるような値にはなりません。
ここを理解せずにCAE結果だけを見ると、
「高応力＝即危険」という短絡的な判断に陥ります。
さらに重要なのは、
疲労破壊を支配するのは応力の絶対値ではなく、変動幅であるという点です。
締結されたボルトは、締め付け時点で既に一定の応力状態に置かれています。
その上に外力が加わっても、
軸力の変動が小さければ、疲労破壊には直結しません。
ここで問われるのは、
解析結果の数字を「信じるかどうか」ではありません。
その数字が、どの物理現象を表しているのかを説明できるかどうかです。
応力コンターを見て不安になる。
そして設計変更に走る。
この判断プロセス自体が、
設計思想として危ういのです。
ボルト締結を評価するとは、
局所応力を見ることではありません。
締結体全体を、力の流れとして捉えることです。
この視点を持たずにCAEを使えば、
解析は設計を助ける道具ではなく、
判断を誤らせる「もっともらしい数値」を量産する装置になります。
これは解析技術の問題ではありません。
設計思想の問題です。
本記事で触れた技術解説については、TH企画主催の技術セミナーで、具体的事例を交えて体系的に解説しています。
【本記事について】
本記事は、TH企画セミナーセンターが主催する実装技術分野のセミナーにおける
講義内容・質疑応答・実務事例をもとに、製造業向け技術情報として編集・再構成したものです。
執筆・編集：TH企画 技術コンテンツ制作チーム
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