設計者CAEは普通の解析と何が違う？（7）

「設計者CAE」は詳細設計プロセスと同期しながら現場主導で進めよ!!（1/3 ページ）

「設計者CAE」という言葉が設計現場で聞かれるようになって久しいですが、3D CAD推進とともにきちんと設計者CAEに取り組んでいる企業もあれば、まだ途上あるいは全く着手していないという企業もあるかと思います。連載第7回では、詳細設計が進むにつれて解析したい内容が変化していく様子を詳しく紹介しながら、解析の進め方やその手順について解説します。

公開 2018年06月07日 09時00分

更新 2019年01月10日 14時29分

著者

土橋美博／飯沼ゲージ製作所

[TechFactory]

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「場当たり的な解析」から脱却せよ！

　前回は、“筆者流”DFMEAシートを使用することで、“詳細設計を開始する時点で設計者が不安だと感じているリスクを抽出”し、その抽出されたリスクをどうやって設計で回避したのかを検証する1つの手段として“CAE／解析技術を活用すべきだ”というお話をしました。

　このDFMEAシートを用いることで「場当たり的な解析」から脱却でき、「開発設計プロセスの中に解析を組み込む」ことが可能になるのです。

　このDFMEAシートですが、筆者は“生き物”のように感じています。なぜなら構想段階、詳細設計初期、中盤、終盤といったように、詳細設計が進むにつれて、解析で検証したい内容も追加、更新されていくからです。

DFMEAシート

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「構造解析」と「熱伝導解析」、そして「熱応力連成解析」

　さて、前回紹介したDFMEAシートですが、筆者は設計が進む中で、次の2つの解析を行うことにしました。

ベース面に荷重の分布指定を行って解析する
架台内の電装温度影響（＋10［℃］）を考慮する

解析モデルの更新と分布荷重による解析定義

（1）分布荷重による解析結果

（2）架台内部のベースおよびその付近のみを＋10［℃］にした場合の温度分布（定常）

（3）ベースへの分布荷重と（2）の温度変化による熱応力連成を考慮

　これまでの「構造解析」の事例では、力や圧力といった外部荷重に対しての応力、変位量、ひずみを求めてきましたが、（2）では架台内に設置される電装の影響によって、架台内側のベース上面温度が＋10℃変化した際、どのような温度分布が生じるのかを検証するために「熱伝導解析」を行っています。

　この解析では「定常解析」を行っています。定常解析とは、“十分長い時間が経過した後の一定の状態を仮定した計算”として筆者は理解しています。これまで紹介してきた構造解析も定常解析です。（2）の熱伝導解析結果も、十分時間が経過した後で、“もう温度変化が起こらないであろう状態”の分布を示しています。

　これに対し、「非定常解析」というものもあります。非定常解析とは、“時間の経過により状態が変化する解析（時間依存計算）”であると筆者は理解しています。例えば、電装のスイッチを入れた状態、すなわち架台内部のベース面が外部と同じ温度の状態から、時間の経過とともに少しずつ架台内部のベース上面の温度が上がり、＋10℃の状態になるまでを計算でき、時刻歴的に温度分布が変化する様子を見ることが可能です。

　そして（3）では、ひずみゼロの温度を298［K］（＝25［℃］）とし、（2）の熱伝導解析による温度分布の影響によって生じる熱膨張の影響も考慮した計算を行っています。これは「熱応力連成（熱応力）解析」といわれるもので、筆者も比較的多く使用します。

　（3）では、（1）の解析条件に対して、（2）の熱伝導解析の温度分布を熱膨張という形で付加した解析結果を求めています。最終的に（3）の解析結果で、最大変位量が99［μm］となることから、設計要求仕様を満たしていることが分かります。ただし、温度変化という要素を入れるだけで、最大変位量が3倍にもなったという点は注視すべきです。

次ページへ設計者CAEは“設計現場主導”で推進せよ！

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設計者CAEは普通の解析と何が違う？

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