CAE解析

CAE（Computer-Aided Engineering）解析は、エンジニアリングの各段階における設計解析や支援するためのコンピュータツールを迂回します。これには、構造解析、流体解析、熱解析、振動解析などが含まれます。 CAEツールは、製品開発プロセスを効率化し、製品の品質を向上させるために、設計段階でのシミュレーションやテストを可能にします。

CAE解析の一般的な手順は以下のようになります：

1.ジオメトリモデルの作成: 最初に、対象となる物体の三次元ジオメトリモデルを作成します。これは通常、CAD（Computer-Aided Design）ツールを使用して行います。

2.メッシュ生成：ジオメトリモデルを細かい要素（メッシュ）に分割します。これは、複雑な形状の物体をシミュレーションするための単純な形状の集合体として扱うために必要です。

3.物理的な条件の設定: メッシュモデルに物理的な条件を設定します。これには、材料の特性や境界条件、荷重条件、初期条件などが含まれます。

4.数値解析: 設定された条件に基づいて、数値解析を実行します。これには、有限要素法(FEM)や境界要素法(BEM)などの手法が使われます。

5.結果の流動化: 解析結果を定着、分析します。これには、応力や変位、温度分布、流れの速度などのデータが含まれます。

6.設計の改善:解析結果を基にして設計されています。

製品や試作品の現物をデータ化⇒CAF解析に利用

 

製品の設計解析

製品の設計解析は、製品開発プロセスにおける重要なステップで、製品が設計通りに機能し、安全で効率的に製造・使用できるかを検証する工程です。以下は、設計解析に含まれる主な要素とプロセスについての概要です。

1. 設計解析の目的

・性能評価: 製品が所望の性能基準を満たしているか確認。

・信頼性の検証: 製品が長期間使用に耐えうるかの評価。

・製造可能性: 製造工程での実現性やコストを考慮。

・安全性確認: 使用時に安全性の問題がないことを確認。

・コスト削減: 無駄を減らし、効率的な設計を模索。

2. 主な解析方法

(1) シミュレーション解析

コンピュータを活用して、実際の試作を行わずに製品の挙動を解析します。

・CAE (Computer-Aided Engineering):

構造解析（例: 有限要素法 [FEM] での応力・変形解析）

熱解析（温度分布、熱伝導の評価）

動的解析（振動や衝撃解析）

・CFD (Computational Fluid Dynamics):

流体の動きや熱流動をシミュレーション。

(2) 実験的解析

実際に試作品を用いて行うテスト。

・強度試験、振動試験、耐久試験など。

・シミュレーションで得られた結果を検証。

(3) 仕様確認とリスク解析

・DFMEA (設計における故障モード・影響解析): 設計上の潜在的な故障モードを特定し、リスク軽減策を講じる。

・FTA (故障の木解析): 故障の原因を体系的に特定。

3. 解析ツールと技術

ツール

・ANSYS: 高度な構造・流体解析。

・SOLIDWORKS Simulation: CAD統合型の解析機能。

・MATLAB: 数値解析とモデルベース設計。

・ABAQUS: 非線形解析や複雑な構造物の解析。

技術

・AIや機械学習を用いた最適化。

・デジタルツイン技術でリアルタイム解析。

4. 解析プロセス

1.要求仕様の把握

・製品の目的、環境条件、法規制を明確化。

2.モデル化

・CADで形状データを作成し、解析に適したモデルを準備。

3.条件設定

・境界条件、負荷条件を正確に設定。

4.解析実行

・シミュレーションや試験を実施。

5.結果の評価と改良

・得られたデータを基に、設計の見直しや最適化を行う。

5. 設計解析の成功のポイント

・早い段階での解析（試作前に課題を発見する）。

・マルチフィジックス解析で複数要素の相互作用を考慮。

・シミュレーションと実験結果の整合性を確認。

 

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