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CAEの解析機能とは?Fusion360がすごい!機能や特徴を徹底解説

ティーチャー三谷さんの「Fusion360はCAM機能もすごかった!」の記事がありますが、テルえもんはCAE解析=シミュレーション機能について紹介します。実行可能なシミュレーションの種類や、Fusion360のCAE解析機能について学びましょう。

★シミュレーションとは?

シミュレーション技術のことを、CAE(シーエーイー)とも呼びます。CAE解析とは、Computer Aided Engineeringの略で、直訳すると、コンピュータ支援設計でして、簡単に言うと、CADでつくった仮想モデルに、力や固定などの条件を与え、コンピュータに数値計算をさせて仮想実験をすることです。

CAE1-

★モノを設計をする上で大事なこと

モノを設計する上で、お客さんが欲しいものをつくる、組立てやすいものにするなどの他に、使っていて壊れないモノ、安全なモノをつくる必要があります。そこでCAE解析の技術が役に立ちます。モノをつくる前に、コンピュータ上でCAE解析を行うことで、モノをつくってからの失敗による手直しを減らすことができます。

安全なモノを製品として提供するために、CAE解析は重要なプロセスです。

 

★Fusion360で出来るシミュレーションの種類について

CAE4-

Fusion360で出来るCAE解析の種類には、大きく8種類あります。※2017年3月現在
【Standard版】静的応力、モード周波数、熱解析、熱応力
【Ultimate版】構造座屈、イベントシミュレーション、非線形静的応力、シェイプ最適化
Standard版だと4種類のCAE解析が、Ultimate版になると、合わせて8種類のCAE解析ができます。学生や個人などの非営利での使用であれば、Ultimate版が無料で使用できます。企業などの営利目的の場合、Standard版が年間38,880円(税込)、Ultimate版が年間192,240円(税込)で使用できます。※2017年3月現在


【静的応力】
構造物に対して、一定の荷重を静かに加えた際に、構造物の変位や、ひずみ、応力などをCAE解析します。
⇒力を加えたときに、どこが曲がりやすくて、こわれやすいのかを解析することができます。
静的応力-


【モード周波数】
構造物は、固有の振動数を持っています。これは外部から力を加えなくても振動を起こす現象で、外部から同じ振動を受けると大きく振動する共振が起きます。これを避けるために固有振動数を調べることは重要であり、モード法という手法で周波数を解析します。
⇒揺れたときに、どういう影響を受けるかをCAEで解析することができます。
mo-do


【熱解析】
熱源があるときに、その熱が構造物とその環境の間との温度との熱伝導をCAEで解析します。
⇒物に熱が伝わった結果の温度結果をCAE解析することができます。
netu


【熱応力】
物体を熱した際に熱膨張の力が働きます。このとき生じる応力(熱応力)をCAEで解析します。
⇒熱によって膨らんだ物体の力をCAE解析することができます。
熱応力


【構造座屈】※Ultimate版のみ
構造物に加える荷重を増加させていくと、ある荷重で急に変形して折れ曲がってしまうことがあります。これを座屈現象といい、このときの荷重(座屈荷重)と応力(座屈応力)をCAEで解析します。
⇒イスなどの細長い棒などに力を加えたときに起こる現象をCAE解析することができます。
座屈


【イベントシミュレーション】※Ultimate版のみ
時刻歴による構造物の運動変化を反映しながら、衝突などのダイナミック解析をCAEで解析します。
⇒時間に依存した応力解析(動解析)を行うことができます。
イベント


【非線形静的応力】※Ultimate版のみ
非線形の静的応力解析が行えます。非線形とは、比例関係が成り立たないことをいいます。材料非線形、幾何学的非線形、境界非線形などがあります。
⇒ゴムなどの非線形の材料、大きく変形するような解析などが行えます。
※ すみません、非線形の中でも、ゴム材料は難しくCAE解析は未対応でした。

CAE-5


【シェイプ最適化】※Ultimate版のみ
拘束と荷重、必要な領域と軽量化したい数値(%)を入力すると、その指定した条件で最適な形状をCAE解析してくれます。
⇒必要な条件を入力するだけで、最適な形をCAE解析して作ってくれます。
シェイプ最適化

★Fusion360 CAE解析の特徴

クラウドでの計算
Fusion360では、CAE解析の計算をクラウドにさせることもできる、自分のパソコンに負荷をかけずに解析できるので便利です。※営利使用の場合、クレジットの購入が必要

CADとの連携
CADとCAE解析が別々のソフトになっていることもあるのですが、Fusion360の場合、CADとCAE解析が一体になっているため、CAE解析の結果をもとにCADで設計変更を行い、再度、CAE解析を行う作業をタイムリーに行うことができます。

ソルバー(計算エンジン)
Fusion360では、ソルバ―(計算エンジン)として、Autodesk Nastranが使用されています。
Nastranは、アメリカの宇宙開発機関NASAで始まったプロジェクトで1960年代後半からリリースされている老舗の信頼あるソルバ―です。

まとめ

通常、ここまでのCAE解析機能があるものは、数百万円から数千万円します。
これがFusion360では、無料・安価で使用できるのですから、すごいですよね。
CAE解析を正しく行うには、材料力学や有限要素法などの知識を身につける必要があるため、中々、素人が行うのは難しいですが、Fusion360をきっかけに勉強するのも良いのではないでしょうか。まずはじめは、CAE解析条件の設定を同じにして形状の比較から行い、どっちの形状が良いかの判断などに使用すると良いと思います。
最後にFusion360での静的応力シミュレーションの作業の流れを動画で紹介して、CAE解析については終了したいと思います。
動画をみて頂くとわかりますが、3Dモデル⇒材料設定⇒拘束条件(固定)設定⇒荷重条件(力)設定⇒メッシュ生成⇒解析計算⇒結果確認という流れになります。

Fuison360のCAE解析機能をフル活用して、役立てていきましょう。

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