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【初心者必見】CAE解析とは?基礎をわかりやすくまとめました

機電派遣コラム この記事は約 5 分で読めます。

CAE解析熱流体解析という言葉をご存知でしょうか?

一般的にはなじみの薄い言葉ですが、機械設計においては欠かすことができないプロセスの一つなのです。

では、どのような解析を行うのでしょうか。

そこで今回は、CAE解析を行う上でのメリットや必要となるツール、知識などを踏まえ、CAE解析についてわかりやすくご紹介します。

 

機械設計になくてはならないCAE解析とは

CAEとは、Computer Aided Engineeringの略で、設計段階でその製品が性能的に問題がないかシミュレーション、工程設計の事前検討を手助けするシステムです。

設計段階で発生する問題とは、荷重・振動などによる強度面での問題や、の伝わりやすさによる問題などが挙げられます。

こういった問題を設計開発の段階からパソコン上でシミュレーションできる手法をCAE解析と呼びます。

CAE解析では、応力の解析や伝熱解析、流体解析などがシミュレーションできます。

 

CAE解析を行う大きなメリットとして以下 が挙げられます。

  • プロセス(時間)の短縮になる
  • コストカットになる
  • 再現困難な環境での結果を得られる
  • 環境にやさしい

 

CAE解析を活用することによって、試作機を作成したり実験を行ったりする回数を減らすことができます。

この業務によってプロセスの短縮になるばかりでなく、コストを削減することも可能です。

たとえば自動車を衝突させるなど、コストがかかる実験の代替にもなります。

 

また、「宇宙空間ではどうなるか」や「100万度の環境下でどのようになるか」といった実際には再現困難な環境でのシミュレーションが行えるメリットもあります。

試作や実験によって生じるエネルギーや産業廃棄物も減るため、環境にやさしい点も見逃せません。

 

CAEツールはどういった仕組みなのか

CAEツールは、主にCADソフト解析ソフトに分類されます。

CADソフトによって実験に必要な形状データを生成します。

その形状データをもとに解析を行うのが、プリプロセッサソルバーポストプロセッサの3つのソフトです。

 

まずプリプロセッサは、CADデータで生成した形状データのほか、解析に必要な条件を入力する解析ソフトです。

ソルバーは、プリプロセッサより入力された情報をもとに実際の計算を行います。

そしてポストプロセッサによって、ソルバーの計算結果をビジュアル的に分析し、設計へフィードバックを行います。

 

CAEツールを駆使したCAE解析は、製品設計の過程において必要不可欠な項目です。

 

ツールを使用するために必要な3つの知識

CAE解析には「材料力学の知識」「有限要素法の知識」「ソフトウェアを利用するための知識」の3つが必要です。
それぞれについて以下で解説します。

 

材料力学の知識

CAE解析にはさまざまな工学知識が必要ですが、中でも必要なのが材料力学に関する知識。

材料力学とは、機械や構造物に負荷がかかったときに生じる応力や変形が生じるかを計算し、強度設計にフィードバックするための学問です。

 

有限要素法の知識

「有限要素法」の画像検索結果

有限要素法とは、解析が困難な微分方程式を小領域に分割して解くことで近似解をえるための方法です。

CAE解析では、複雑な形状や性質をもつ物質を小さな要素に分割して解析し簡単なモデルへと置き換え、再構成して全体としての挙動を予測・計測します。

 

ソフトウェアを利用するための知識

そして最後に必要なのは、上述したCADソフト・解析ソフト(プリプロセッサ・ソルバー・ポストプロセッサ)を使うための知識です。

主にこれら3つの知識をもってCAE解析を行います。

 

CAE解析には知識だけでなく経験も必要

CAE解析を扱うには、解析対象の製品知識はもちろんのこと、光学分野やソフトウェアなどの広い知識が必要となります。

製品開発者である機械設計エンジニアCAEエンジニアになる為の知識を、座学だけで身につけるのは難しいでしょう。

計算力学技術者(CAE技術者)の認定資格取得においても、実務経験は必要です。

CAE技術経験がモノを言います。場数を踏む努力は不可欠です。

 

 

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