設計者CAEは普通の解析と何が違う？（8）

設計者CAEの“What”と“How”――そもそも構造解析で何がしたいのか？（1/2 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8回では、設計者CAEに取り組む上で考える必要がある「What」と「How」について取り上げます。

公開 2018年07月11日 09時00分

更新 2019年01月10日 14時28分

著者

土橋美博／飯沼ゲージ製作所

[TechFactory]

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「設計者CAE」の心構え

　前回、“「設計者CAE」は詳細設計と同期しながら進めるべき”というお話をしました。設計開始段階にリスクの評価を行い、拾い出されたリスクから、CAEによって検証できる内容を見つけ出すことで“場当たり的なCAE”を回避することが可能になります。

　ここでのポイントは「DFMEAによりリスク検証と解析を行い、設計要素を拾い出す」ということです。

　詳細設計を進めていくにつれ、詳細設計開始時点で拾い出せなかったリスク要因が顕在化することが多くあります。こうした際はDFMEAシートを改訂し、新たなリスクの検証をCAEにより行います。

　ここでのポイントは「CAEによるリスクの検証は、詳細設計と同期する」ということです。

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　前回、詳細設計と同期するCAEについて、“構造解析⇒熱伝導解析⇒熱応力連成解析＋構造解析⇒熱流体解析”というステップでCAEを進めた事例を紹介しました。このようなやり方を繰り返すことで、CAEの要素やステップを定型化することが可能になります。

　また、“局所的なCAEを行う前に、全体を見渡すべき”という説明をしました。構造物の局所的な問題をはじめから見つけることは難しいため、まずは全体を見渡すことで、問題のありそうな場所を見つけ、次にその問題のありそうな場所を詳細に調べます。このように、CAEによる評価方法を変える、見方を変えるということが大切だと筆者は考えます。

　ここでのポイントが、今回取り上げる

「What（何を解析したいのか）」
「How（どのような方法で、どのような手順で解析するのか）」

になります。

　このような話をすると、何かシステムとしてCAEを使っていれば正しく評価できる、ウィザードの手順にさえ従えば正しくできる、というように思われる方もいるかもしれませんが決してそうではありません。

　ここには、構造解析や熱伝導解析、熱流体解析を行っていく上で、“正しい工学知識”が要求されます。筆者もこの“正しい工学知識”を学んではCAEを行うという繰り返しをしています。その都度サポートを仰ぐことばかりで、この繰り返しはこれから先も続いていくと思います。ただ、その経験によって“引き出し”は着実に増え、進歩（進化）を日々実感できているのも事実です。

優れたデジタルツールを使用するには、アナログの知識（工学知識）や感性（気付き）も必要

構造解析とは

　突然ですが「構造解析」とは何でしょうか？

　「今さら何を言うのか！」という声が聞こえてきそうですが、当たり前のようにウィザード形式で運用している人の中には、きちんと理解できていない人も少なからずいるのではないでしょうか。

図1　構造解析とは

　構造解析とは、図1のように“変形”“ひずみ”“応力”の状態を定量的に把握するもので、CAEとは“Computer Aided Engineering”、すなわちコンピュータにより解析を支援するものです。CAEを行う上では、既知の値、すなわち条件設定のために把握できている値と、未知の値、すなわち計算によって得られる値があります。

既知の値
- 材料（部品／アセンブリ）の形状（ジオメトリ）
- 荷重
- 材料特性（ヤング率、ポアソン比、質量密度、引張強さ、圧縮強さ、降伏強さ、熱膨張率、熱伝導率、比熱）
- 拘束条件
未知の値
- 変形量
- ひずみ量
- 応力
- 熱分布など

図2　既知の値 FJKSWAD（富士通）材料特性画面（アルミニウム）

図3　既知の値　SOLIDWORKSの材料設定画面（アルミ合金 5052-H32）

　構造解析の実行について詳しく語ろうとすると、基本的な構造解析だけでも以下の内容をお話する必要があります。

構造解析ツールとは
有限要素法とは
荷重とは（物体力、表面力、内力、引張、圧縮、ねじり、せん断）
応力とは（主応力、ミーゼス応力、降伏応力）
固有値／座屈
弾性係数（ヤング率）
ポアソン比
疲労破壊
安全率など

　もしかすると、これらの仕組みや工学知識を理解しないまま、CAEツールで構造解析を行っている方もいるかもしれませんが、それはただデジタルツールを使用しているに過ぎません。

　熱流体解析では、さらに深い工学知識が要求されることになります。

　続いて、構造解析を行う上で、また「What（何を解析したいのか）」「How（どのような方法で、どのような手順で解析するのか）」を理解する上で欠かすことのできない、「構造解析ツール」について紹介します。

次ページへ構造解析ツールとは

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設計者CAEは普通の解析と何が違う？

「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。本連載では、設計者CAEがもたらすメリットや実際に導入していく上での注意点を、現場目線でご紹介します。◎こんなキーワードに興味のある方にオススメ：［CAE］［設計者CAE］［3Dデータ］［3D推進］［3次元設計］［設計品質向上］［ツール導入］

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