Technical information (Column)技術情報（解析コラム）

【　テーマ：解析計算の効率化テクニック　】

コラムをご覧の多くの方は、計算効率化のため、モデル化を工夫されていると思います。
代表的な方法として、下記があります。
　・【 メッシュの粗密 】必要な部分のメッシュを細分化し、全体の要素数を抑える
　・【 対象部品の絞り込み 】アセンブリの場合、着目結果に影響する部品以外を除外
　・【 形状簡略化 】フィレット、穴など細かい形状を省略
　・【 モデル規模縮小 】（対称性のある形状の場合）対称性を利用する

「対称」に関しては、多くの方が利用されていると思います。
しかし下記理由により、全体モデルで解析している方も少なくないと思います。
　①　荷重あるいは形状が、厳密に対称ではない
　②　形状が回転コピーの状態だが、形状が対称ではない（例：扇風機の羽など）
　③　形状は対称で荷重の大きさは同じだが、方向が反対（例：隅力など）
　④　解析ソフトウェアにメニューがない

<ファンの解析>

全部スッキリ解決とまでは行きませんが、紹介する方法により、対処できる場合があります。
　①　剛性、形状や条件など、厳しい方を選択
　②「周期対称」を使用
　③「反対称」を使用
　④　手動で設定

各々詳しく見ていきます。

①[厳しい方を選択]について：　応力集中する、剛性が弱いなど厳しくなる側で検討します。
解析にて厳しい条件で検討し設計を進めることにより、実機では安全側になります。
但し、どの部分で検討するか判断のため、製品挙動の知見が必要になる場合があります。

②[周期対称]について：　解析ソフトウェアにメニューが無いと、設定はほぼ無理です。
計算処理方法が分かっていても、それを再現する機能がない、あるいは機能があっても、手動での設定に手間暇が多くかかります。
一部分だけ切り出した際の両端面には、下記条件が揃っている必要があります。
　・両面の形状は同じ（平面の必要なし。但し、解析ソフトウェアにより制限あり）
　・変形状態が同じ
手動でその状況を再現する設定が必要です。
筆者個人の意見としては、その手間暇をかけるのであれば、全体で解析し、あとはコンピューターの力に頼った方が、効率良く結果が得られると思います。
計算時間がかかったとしても、その間他の業務に時間を使うことができます。
あるいは夜間に計算を実施し、翌日結果を確認する方法もあります。

③、④[対称、反対称]について：　解析ソフトウェアにメニューが無いため、あきらめている方もいらっしゃると思います。
安心してください、解析できますよ。
但し、ここではソリッド要素を対象とします。シェルや梁要素は、自由度の関係で多少複雑です。
対称、反対称ともに、解析ソフトウェアにそのメニューが無くても、拘束条件の各方向設定で可能です。

「対称」は対称面をミラーとして、両側が同じ動きになります。
「反対称」は、「対称」と動きが逆になります。
モデルの挙動をイメージするため、対称面上にある点を考えます。
「対称条件」：対称面上の点は、対称面に対し面直方向に動くことができませんが、その他の方向は自由に動けます。
「反対称」：その名の通り対称の逆です。面直方向には自由に動けますが、その他の方向は動けません。
対称・反対称を、拘束の各方向成分にて設定し計算した画像・動画を示します。

<　対称条件、反対称条件　>

<　全体および1/4モデル（厚み方向：対称条件、幅方向：反対称条件）>

「周期対称」「対称」「反対称」の対称条件は、応力解析に適用できますが、振動解析には注意が必要です。得られた結果は、周期対称、対称もしくは反対称のものしかなく、それ以外の結果がないことを理解した上で、評価する必要があります。
以上で、「解析計算の効率化テクニック」に関する話は終了です。

最後に、コラムの結びとして、「知行合一（ちこうごういつ）」という言葉をご存じでしょうか。
下記は筆者の拡大解釈かも知れませんが、あらかじめご了承ください。
この言葉は「知ることと実行することとは、本来二つには分けられない」とする陽明学の思想のひとつです。モノづくりに携わっている方々は、CAE検討による「知」を元に、設計・製造にて具現化する「行」を実施されています。まさしく「知行合一」を実践されていると思います。

あいにく弊社には、物を作る環境はありません。しかしCAEという「知」に関し、皆様のお手伝いができると思っております。

弊社では、設計者から解析専任・研究開発向けまで、幅広い解析ソフトウェアの取扱い、各種セミナー、トレーニングを提供しています。
解析に関するお悩みがあれば、ぜひ弊社にお気軽にご相談ください。