CAEとは？知っておきたい基礎知識やメリット・デメリットを紹介
目次
- CAEとは
- CAE解析に必要な知識
- 材料力学の知識
- 有限要素法の知識
- 解析ソフトを利用するための知識
- CAEのメリット
- 製造にかかるコストをカットできる
- 精度の高い解析結果
- CAEのデメリット
- CAE解析を行える技術者が必要
- CAE解析で出た結果が実現できるわけではない
- CAE解析の種類
- 応力解析
- 熱伝導解析
- 振動解析
- 流動解析
- ジェムス・エンヂニアリングでは樹脂流動解析ソフトMoldex3Dを使用
CAEとは製品の動きや特性をコンピューターでシュミレーションする技術のことを指し、機械設計になくてはならない技術です。
CAEでシュミレーションすることで、振動や荷重、熱伝導の解析を多方面から行うことが可能になります。
CAEにより課題や問題点を明らかにすることで、試作品をいくつも作る必要がなく、コストを抑えることができるため、ものづくりを行うさまざまな現場で、実用性や経済性が評価されています。
ここでは、CAEの役割や、CAE解析に必要な知識やメリット、デメリットについて解説します。
機械設計に携わるはもちろん、加工機械問屋メーカーなどで金属材料を扱う方に役立つ情報になっています。
ぜひ参考にしてみてください。
CAEとは
CAEとは、製品の研究や開発工程において、性能に問題や課題がないかコンピューターを使ってシュミレーションする技術のことを指します。コンピューター上で疑似的に作成した製品の試作品を使うことで、製品の強度や振動の特性、熱伝導などあらゆる物理現象を多方面から解析することが可能です。
CAE解析に必要な知識
CAE解析を行うためにはいくつか知識が必要です。ここではCAE解析に必要な知識について見ていきましょう。
材料力学の知識
CAE解析を行うためにはさまざまな工学知識が必要です。その中でも特に材料力学の知識は、部品に発生する応力や変形量を算出するために必要とされます。
材料力学の知識により、形状が複雑な構造物の強度の問題点や課題をフィードバックすることが可能です。
有限要素法の知識
有限要素法とは、解析が難しい構造物を、小領域に分解して数値解析を行うことを指します。熱伝導の問題や弾性体の変形問題など、連続体の問題は偏微分方程式を用いる必要があり、構造物が複雑であれば計算することが困難です。
有限要素法を使い簡単な関数に置き換えることで、近似解を得ることができるため、複雑な構造物の挙動の予測や計測が可能になります。
解析ソフトを利用するための知識
CAE解析を行うためには、解析ソフトの利用知識が必要です。ソフトは主に3つのソフトウェアから構成されています。
ここではソフトウェアの役割について見ていきましょう。
プリプロセッサ
解析する際は、CADソフトを使って形状データを作る必要があります。作成した形状データを読み込む際に使用するのがプリプロセッサです。
メッシュ作成や材料定義、境界条件の設定など、解析を行う前に解析条件を入力するためのソフトウェアで、解析用データを作成することができます。
ソルバー
ソルバーはプリプロセッサで設定した条件を基に計算を行うソフトウェアのことです。CAEのソフトウェアには、あらかじめさまざまなソルバーが準備されているため、解析したい内容によって、適切なソルバーを選ぶ必要があります。
ポストプロセッサ
ポストプロセッサはソルバーで算出した計算結果を分かりやすく表示するためのソフトウェアです。計算結果をさまざまな方法で表示することができ、アニメーションで見せることやグラフ作成、3Dモデルでグラフィカルに表示する機能を持っています。
CAEのメリット
CAE解析を行うことでさまざまなメリットが得られます。ここでは、メリットについて見ていきましょう。
製造にかかるコストをカットできる
一般的に、製品を製造する際は試作品を作る工程が必要です。また、試作品の段階で不具合が発見されれば、再び設計に差し戻し、新たな試作品を作らなければならないため、当然コストがかかります。
CAE解析を行うことで、試作品を作る必要が無くなるため、コストを抑えることが可能です。
精度の高い解析結果
CAE解析は数値に基づいて、正確な計測を行うことが可能なため、精度の高い解析結果を算出することが可能です。試作品を使った解析は、同じ条件下で検証を行うことが難しい場合がありますが、CAEでは、正確な解析を実施できることもポイントです。
CAEのデメリット
CAEにはデメリットもあるため、よく理解した上で導入するのがおすすめです。ここでは、デメリットについて見ていきましょう。
CAE解析を行える技術者が必要
パソコンやCAEソフトの使い勝手が良くなっているため、専門家でなくてもCAEを扱うことができるようになりました。しかし、扱うためには前述したような一定の知識が必要となります。
そのため、知識を有する技術者を数人雇う必要があるでしょう。
CAE解析で出た結果が実現できるわけではない
精度の高い結果を導き出すことが可能です。しかし、あくまで、シュミレーション上の結果なので、実際に製品化できるかどうかは、作ってみないとわかりません。
CAE解析の種類
CAE解析にはさまざまな種類があり、その数は10種類以上と言われています。ここでは、その中でも実用的な解析方法や特徴について見ていきましょう。
応力解析
製品に力が加わった際に、物体内部にどれほどの力が生じるか、どれほど変形するのかを調べる方法です。応力解析を行うことで、製品の耐久性を調べることができます。
熱伝導解析
物体の温度や熱伝導の計算を行い、使用範囲内の温度を保つことができているか調べる方法です。電子部品の熱検証などでよく用いられています。
振動解析
物体に振動を加えた際に、どの様な変形をするか、1秒間でどのくらい振動させると共振するのかを調べる方法です。振動による変形の仕方や変形量から、どのくらいの力が加わると壊れてしまうのか調べることができます。
自動車や航空機などの製品解析でよく使われる方法です。
流動解析
外観からは確認が難しい射出成形機から金型の内部に射出された溶融樹脂の流れを可視化する方法です。流動解析を行うことで製品成形の際の不良予測や原因の分析が可能になります。
流動解析の基本的な流れや必要となる知識について抑えておきたいという方は、コチラの「流動解析とは？特徴や注意点を抑えて作業効率の向上を実現」の記事をご覧ください。
ジェムス・エンヂニアリングでは樹脂流動解析ソフトMoldex3Dを使用
今回は、CAEについて解説してきました。自社にとってCAEが必要か判断する材料となりましたでしょうか？ 弊社では、主に流動解析を用いたサービスを提供しています。
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ジェムス・エンヂニアリングでは流動解析を用いた不良対策を行っています。
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