平面応力問題 — 商用ツール比較と選定ガイド

平面応力は全ての構造解析ソルバーの基本機能だ。差が出るのは要素の品質と使い勝手だ。

NastranのCQUAD4/CQUAD8は非常に高品質な要素として知られている。特にCQUAD4は内部的に非適合モードを含んでおり、4節点ながら曲げ精度が高い。平面応力にはPSHELLプロパティで板厚を指定し、MID3（面内剛性）を設定する。

AbaqusのCPS（Continuum Plane Stress）ファミリーは豊富：

• CPS3 / CPS6 — 三角形（線形/二次）
• CPS4 / CPS4R / CPS4I — 四角形（完全積分/低減/非適合モード）
• CPS8 / CPS8R — 二次四角形

実務推奨はCPS8R（二次四角形、低減積分）またはCPS4I（非適合モード）。

AnsysのPLANE182（線形）/ PLANE183（二次）。KEYOPTで平面応力/平面ひずみ/軸対称を切り替える。KEYOPTの設定を間違えないことが最重要。

いくつかある：

• FreeCAD + CalculiX — オープンソース。AbaqusのCPS要素と互換
• Code_Aster + Salome-Meca — EDF開発。2次元要素を完備
• LISA — Windows用のフリーFEM。教育目的に最適
• PrePoMax — CalculiXのGUIフロントエンド。使いやすい

FEMの基本を学ぶには2次元平面応力が最適な題材だ。フリーソフトで孔あき板の応力集中を再現する演習は、FEMの理解に非常に効果的だ。

• 実務の精密解析 → 手持ちの汎用ソルバー（どれでも高精度）
• パラメトリック設計 → Pythonスクリプト + Abaqus or CalculiX
• 教育・トレーニング → PrePoMax / LISA（無料、GUI操作）
• 設計コードの検証 → FEM + 理論解の比較

平面応力はFEMの基礎中の基礎だから、ツールの差よりもエンジニアの理解度が結果を支配する。