応力解析ソフト（CAE）とは？

製品の設計開発において、「試作や実験のコストを削減したい」「設計段階で強度を正確に評価したい」と悩んでいませんか。この記事では、応力解析ソフト（CAEソフト）の基礎知識や、有限要素法（FEM）という基本原理についてわかりやすく解説します。

応力解析ソフト（CAEソフト）とは

応力解析ソフトは、物体にかかる応力（内部に発生する力）をシミュレーションし、物体がその力に耐えうるかを検証するためのソフトウェアです。ここでは、その役割や解析の基本原理について解説します。

応力解析ソフトの役割と使用用途

機械や製品の設計段階において、構造物に加わる力を求めて耐性を評価することが、応力解析ソフトの主な役割です。これまでは、実際に試作品を作成して実験を繰り返す必要がありました。

しかし、応力解析ソフトを導入して仮想的にシミュレーションを行うことで、実際の試作や実験にかかる手間と費用を大幅に削減できます。開発工数の最適化を目指す上で、欠かせないツールとなっています。

有限要素法（FEM）による解析の原理

応力解析の基本的な原理として用いられているのが、有限要素法（FEM）と呼ばれる手法です。これは、コンピュータで計算処理を行うために、複雑な構造や性質を持つ物体を有限の細かい要素に分割してモデル化する考え方です。

細かく分割された各要素について数式で近似し、それらを全体として繋ぎ合わせることで、物体全体の応力や変位を解析します。この原理により、複雑な形状であっても高精度なシミュレーションが可能になります。

応力解析の主な手法と種類

応力解析ソフトでは、目的に応じてさまざまな解析手法が用いられます。代表的な種類とその特徴は以下の通りです。

• 線形静解析：荷重と変形が比例するという前提のもとに行われる、最も基本的な解析手法です。
• 非線形解析：大変形や物体同士の接触を伴うなど、複雑な挙動を再現するための解析です。
• 熱連成解析：熱の移動と、それに伴って発生する応力を同時に解き明かす手法です。

解析対象の特性や使用環境に合わせて、これらの手法を適切に使い分けることが重要です。

線形静的応力解析の前提条件

応力解析の中でも基本となる「線形静的応力解析」を正確に行うためには、いくつかの前提条件が成り立っている必要があります。以下のポイントを押さえておきましょう。

• たわみ（変形）と応力が、加わる荷重に比例すること
• 材料特性が線形であり、材料の降伏（永久変形）が起こらないこと
• 荷重がゆっくりと静的に適用されること
• 座屈（圧縮力による急激な変形）が問題にならないこと

これらの前提条件から外れる事象を扱う場合は、非線形解析などの別のアプローチを検討する必要があります。

まとめ

応力解析ソフト（CAEソフト）は、有限要素法を用いて製品の強度や耐性を仮想空間で評価し、開発効率を飛躍的に高めるツールです。

シミュレーションを通じて実験の手間や費用を削減できるため、自社の課題や解析目的に合った最適なソフトウェアを選定し、設計業務の改善に役立ててください。