熱応力解析とは？

設計開発において、温度変化による製品の変形や破損を防ぐ「熱応力解析」の重要性が増しています。本記事では、熱応力解析の基礎知識から、CAEソフトを活用するメリットや選び方のポイントを分かりやすく解説します。

熱応力解析とは？温度変化による応力を予測

熱応力解析とは、温度荷重を用いた構造解析の一種であり、物体に熱が加わった際の温度差によって生じる応力や変位を予測するシミュレーションです。製品設計において、温度変化による変形や破損を未然に防ぐために非常に重要な役割を担います。

また、熱応力解析では、熱伝導解析で求めた温度分布を応力解析の境界条件として利用する「連成解析」を行うことも可能です。これにより、より現実に近い複雑な熱環境下での製品の挙動を、高い精度で予測することができます。

CAEソフトで熱応力解析を行うメリット

CAEソフトを用いて熱応力解析を実施することで、製品開発のプロセスにさまざまなメリットがもたらされます。ここでは、主に2つの観点から、CAEソフトを活用するメリットを分かりやすく解説します。

開発コストと期間の削減

CAEソフトを活用すれば、実験に必要な試作品の製作や、実験環境の構築にかかるコストと時間を大幅に削減できます。

設計の上流段階で不具合を予測・対処し、手戻りを無くす「フロントローディング」の実現に役立つため、開発全体の効率化に繋がります。

目視できない現象の可視化

製品内部の温度分布や応力の偏りなど、直接目で見ることができない物理現象を、シミュレーション上で視覚的に確認できる点も大きなメリットです。これにより、問題箇所を直感的に把握しやすくなります。

熱応力解析に対応したCAEソフトの選び方

熱応力解析に対応したCAEソフトを導入する際は、目的や用途に合った適切なソフトウェアを選ぶことが大切です。熱伝導解析や熱応力解析は、一般的な応力解析機能を持つほとんどのソフトで計算が可能です。

選定時には、以下のポイントを基準にするとよいでしょう。

• 熱伝導解析で得た温度分布を応力解析の境界条件として利用する、連成解析に対応しているか
• 自社の製品開発における目的や用途に合致した機能が備わっているか

まとめ

熱応力解析は、製品に対する目に見えない熱の影響を正確に予測し、開発コストと期間を削減するために重要です。

試作前のバーチャル評価によって業務効率化を図るため、ぜひ自社の課題や目的に適したCAEソフトの導入を検討してみてください。