このページでは、数値解析(CAE: Computer Aided Engineering)の基本的なコンセプト、理論、計算式や歴史についてまとめています。主に、有限要素法(FEA: Finite Element Analysis / FEM: Finite Element Method)、数値流体力学(CFD: Computational Fluid Dynamics)について記載しています。

概要

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CAEとは

CAE(Computer-Aided Engineering)とは、高度な解析アルゴリズムを用いた設計、仮想テストから製造計画まで、製品エンジニアリングプロセス全体の手順を表す用語です。 CAEは、製品開発に何らかの設計 […]

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多目的最適化

日進月歩のエンジニアリングと設計の世界では、相反する目的の間で完璧なバランスを見つけることは、しばしば困難な課題です。従来の最適化技術では、複数の相反する目標を含む現実の問題の複雑さに対処するのに苦労することがあります。 […]

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プリ処理

CADトポロジーとは

CADモデルでシミュレーションを実行するには、そのCADモデルが、解析に必要な基準を満たす必要があります。メッシュを生成する必要があるため、CADモデルが正しく見えるだけでは十分ではありません。そのため、CADの準備で説 […]

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メッシュとは

メッシュとは、有限要素解析(FEA)や数値流体解析(CFD)におけるシミュレーションプロセスの基本要素の1つです。セルと点(またはノード)で形成される空間を離散化して得られるネットワークです。メッシュの形状やサイズはほと […]

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流体解析

浮力とは

浮力とは、流体が流体中の物体に及ぼす上向きの力のことです。流体では、圧力は深さとともに増加します。したがって、物体が流体に浸かると、その底面にかかる圧力は上面にかかる圧力よりも高くなります。 この圧力の差により、正味の上 […]

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空気力学とは

空気力学は、空気の動きと、流れ場に障害物として置かれた固体へのその影響の科学です。副分野であるため、すべての支配方程式、乱流、境界層理論、理想気体の仮定など、流体力学の方程式のほとんどが空気力学にも当てはまります。 航空 […]

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粘性とは

粘性とは、運動や変形に対する流体の内部抵抗を測定する、流体の集中的な特性です。空気、水、油などの流体の流れの性質を決定するため、空気力学や貯留層工学などの分野で重要な役割を果たします。 2つの流体の粘度を比較する日常的な […]

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層流とは

流体の流れは層流と乱流に分類されます。層流とは、流体が平行な層状に流れることで、層と層の間に乱れはありません。層流では、流体層は平行に滑り、流れに垂直な渦や渦巻き、流れはありません。 このタイプの流れは、交差しない流線に […]

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乱流とは

流体力学において乱流とは、渦や旋回、流れの不安定性が発生する不規則な流れを指します。乱流は、運動量の大きい対流と運動量の小さい拡散によって支配されます。層流とは、流体が層間に乱れのない平行な層で流れることです。 乱流領域 […]

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圧縮性流れと非圧縮性流れ

この記事では、圧縮性流れと非圧縮性流れの違いを探ります。その前に、流れとは何でしょうか? 流れとは、単位時間あたりにある点を通過する流体(液体、蒸気、気体)の動きのことです。流体の流れは、流体力学の一部です。この動きは、 […]

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揚力・抗力・ピッチとは

揚力と抗力は、空気中を移動する翼形体に働く空気力学的な力です。揚力と抗力を最もよく利用するのは飛行機です。飛行機がどのように離陸し、飛び続けるかを理解するためには、揚力、抗力、ピッチが空気中を進む飛行機の運動にどのような […]

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正味吸込みヘッドとは

正味吸込みヘッド(Net Possitive Suction Head: NPSH)は油圧システム設計、特にポンプ選定で使用される用語です。NPSHは、気相転移(フラッシング)につながる運転条件を定義し、それを回避するこ […]

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キャビテーションとは

キャビテーションは、局所的な静圧が作動液の蒸気圧を下回ると発生し、液体が蒸発して蒸気泡になります。これらの気泡は小さなポケットに閉じ込められ、下流に移動します。局所圧力が再び上昇すると、これらの蒸気ポケットは破裂し、局所 […]

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拡散/Fickの法則とは

フィックの法則は、高濃度領域から低濃度領域への粒子の移動を説明します。拡散として知られるこのプロセスは、圧力勾配による流れの動きであるバルクフローとは無関係に起こります。 流体内の拡散をシミュレートすることは、スカラー混 […]

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屋内の湿度について

湿度とは、空気中に存在する水分または水蒸気の量を指します。天候に大きく影響され、特定の環境内で体験する全体的な快適性に大きな影響を与えます。 図1: 気温と湿度を含む天気予報のサンプル1 湿度レベルは、気温、地理的位置、 […]

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ターボ機械とは

ターボ機械システムは、発電、航空宇宙、石油・ガスなど、さまざまな主要産業にとって極めて重要です。ターボ機械装置は、流体エネルギーを利用・制御し、この流体エネルギーをローターと交換するように設計されています。自動車のターボ […]

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クリーンルームの流体解析について

クリーンルームは、高度な清浄度を維持するために、空気中の粒子、ほこり、汚染物質の存在を最小限に抑えるように設計された管理された環境です。クリーンルームは、製薬、バイオテクノロジー、エレクトロニクス、航空宇宙、医療機器製造 […]

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ブシネスク近似とは

ブシネスク近似は、浮力によって駆動される流れを解くために使用され、ナビエ・ストークス方程式の完全な圧縮性定式化を解くよりも計算コストが低くなります。ブシネスク近似は、すべての非等温流に使用でき、重力が乗算される方程式項を […]

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格子ボルツマン法とは

格子ボルツマン法(LBM)は計算流体力学(CFD)手法の1つです。 LBMは、複雑な流れシナリオや複雑な形状を扱うことができるため、その応用範囲は大きく広がっています。航空宇宙、自動車、建築など、さまざまな分野で使用され […]

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SimScaleの熱流体解析機能

非圧縮性流れと圧縮性流れ 流れが非常に速い領域など特定の条件下において、流体の圧縮性を考慮することは極めて重要です。SimScaleのCFDソルバーでは、非圧縮性・圧縮性…

SimScaleの風荷重解析/風環境シミュレーション機能

「風環境の評価を簡単にしたい」「風のシミュレーションを素早く実施したい」「風洞実験をせずにシミュレーションで検討を行いたい」…こんなお悩みはありませんか? SimSc…

構造解析

有限要素法(Finite Element Method | FEM)とは

有限要素解析(Finite Element Analysis | FEA)とは、有限要素法(Finite Element Method | FEM)と呼ばれる数値解析技術を用いて、任意の物理現象をシミュレーションすること […]

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フォンミーゼス応力とは

フォンミーゼス応力とは、与えられた材料が降伏するか破壊するかを決定するために使用される値です。主に金属などの延性材料に用いられます。フォンミーゼス降伏基準は、荷重を受けた材料のフォンミーゼス応力が、単純引張を受けた同じ材 […]

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応力ひずみ線図とは

応力-ひずみ曲線は、材料が荷重下でどのような挙動を示すかを定義するもので、これにより材料の強度、剛性、延性、および破壊限界を知ることができます。 例えば、ガラスのビー玉を地面に落とすとすぐに粉々に砕けますが、ゴム球は衝撃 […]

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固有振動数とは

固有振動数(固有周波数)とは、ある物体が駆動力や減衰力を受けずに外乱を受けたときに励起される自由振動の振動数(周波数)のことです。このときの振動のパターンや形状が、その物体やシステムの振動モードであり、固有モードとして知 […]

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疲労解析とは

疲労解析は、高い耐久性と信頼性が求められる製品を設計し、最適化する上で非常に重要なステップです。疲労解析は、故障のポイントを特定し、製品の誤動作、リコール、あるいは大惨事を防ぐのに役立ちます。予想される部品の負荷をシミュ […]

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曲げ応力とは

曲げ応力は、固体力学および構造解析において極めて重要な概念です。そびえ立つ超高層ビルから最小の機械部品に至るまで、あらゆる構造物は様々な部品から構成されており、それらが構造物の荷重に対する耐力と変形に対する抵抗力を高めて […]

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主応力と主ひずみとは

主応力と主ひずみは、構造工学と設計における基本的な概念であり、材料と構造物の評価と解析を支えています。様々な用途の安全性と安定性に不可欠なこれらの用語は、外部荷重を受けた際に材料が受ける内部力と変形を反映しています。これ […]

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振動解析とは

機械構造が持つ駆動部品や輸送中の路面状況、あるいは風といった外部環境など様々な要因で振動は生じます。こうして生じた振動は、多くの場合構造物や機械部品・アセンブリにとって故障や損傷につながります。振動解析は、構造物や機械の […]

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SimScaleの構造解析機能

静解析 SimScaleの静解析ソルバーでは、線形静解析および非線形準静解析を実行できます。部品単品の解析はもちろん、複数の部品からなるアセンブリの解析も可能です。 動…

伝熱解析

熱膨張とは

熱膨張とは、温度が上昇するにつれて物質の幾何学的寸法(長さ、面積、体積)が増加することです。冷却によるこのプロセスの逆転は、しばしば熱収縮と呼ばれます。この挙動を表す特徴的な値が熱膨張係数で、長さや体積の変化を温度の変化 […]

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熱伝導とは

伝導とは、熱エネルギーがある場所から別の場所に伝達される3つの主な方法の1つです。伝導は、主に固体や液体の物質において、隣り合う原子や分子の衝突によって起こります。伝導は粒子が密に詰まっている物質ではより重要です。 互い […]

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対流とは

対流とは、温度に応じて固体から流体へ、またはその逆に熱が移動することです。この熱の移動は、流体の移動によってもたらされます。流れが速ければ速いほど、熱伝達量は多くなります。加えて、熱伝達量は固体と流体間の温度差にも依存し […]

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ジュール熱とは

ジュール熱とは、導体に電流を流すと熱エネルギーが発生する物理的効果のことです。この熱エネルギーは、導体材料の温度上昇によって証明されるため、「加熱」と呼ばれます。ジュール熱は、エネルギー保存の原則に従った「電気エネルギー […]

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熱流束とは

熱流束(ヒートフラックスと呼ばれることもあります)とは、単位面積あたり、単位時間あたりのエネルギーの流れのことです。熱流束は通常、伝導熱の場合のように固体表面を通して測定されます。また、流体と固体の境界で測定することも可 […]

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数値解析の理論

ナビエ・ストークス(Navier-Stokes / NS)方程式とは

ナビエ・ストークス(Navier-Stokes/NS)方程式は、流体の運動を支配する偏微分方程式です。この方程式は流体力学の基本方程式です。 物理領域における流体の運動は、様々な特性によって決定します。流体の挙動を明らか […]

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レイノルズ数とは

無次元数の一つであるレイノルズ数は、流体の挙動パターンを予測する上で重要な役割を果たします。レイノルズ数は、流体の流れが層流か乱流かを決定するために使用されます。レイノルズ数は、すべての粘性流れにおける主要な制御パラメー […]

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境界条件とは

境界条件とは、境界値問題を解くために必要な制約条件のことです。境界値問題とは、境界上の一連の条件がわかっている領域で解かれる微分方程式(または微分方程式系)のことです。区間の一方の極端な条件だけがわかっている「初期値問題 […]

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輸送方程式とは

輸送方程式はスカラー量が流体内でどのように輸送されるかを記述するもので、パッシブスカラー、温度、運動量など多くのスカラーに適用されます。一般的な輸送方程式は以下の通りです: $$ \frac{\partial \phi} […]

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SimScaleとは

完全クラウドCAE SimScaleはウェブブラウザのみで完結する完全クラウドCAEを提供。 計算のみクラウド環境で行ってクライアントソフトウェアはローカルのPCにインストール…

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