剛体モードの除去（最小拘束）

意味・使いどころ

剛体モード(剛体変位)とは、変形を伴わずに物体全体が平行移動・回転する動きのことです。拘束が足りないと、物体は力を受けても『変形せずに動くだけ』の自由が残り、剛性行列が特異になって連立方程式が解けません(ソフトがエラーで止まる、または極端に大きな変位を出す)。これを防ぐため、剛体の動きだけを止める最小限の拘束を入れます。2次元では3つ(x・yの並進と面内回転)、3次元では6つ(3方向の並進と3軸まわりの回転)を止めれば十分です。余計に拘束すると本来自由な部分まで縛って応力を歪めるので、必要最小限にします。

具体例

外力の合力・モーメントが0でつり合う荷重だけの解析でも、計算を成立させるために剛体モードを止める最小拘束が要ります。