In The Machine 日本語版 - オートデスク製造ソリューション公式ブログ

設計者がやりたい解析 Top 3 その3 応答

Nastran In-CADの魅力に迫る！
全5回連載のいよいよ第5回目、つまり最終回です！

最終回のテーマは「設計者がやりたい解析 Top 3 その3 応答」です。

 

さて、応答解析とは何でしょう？　例えば自動車にとってのエンジン、または機械装置にとってのモーターなど振動体がある場合、ある回転数で回っているときの各部の振動の大きさを求める場合には、周波数応答解析というものを用います。

これに対して地震のときの建物の揺れのような、時間的に変化する挙動を知りたい場合は、過渡応答解析というものを用います。

 

Nastran In-CADは固有値解析とともに、周波数応答解析と過渡応答解析を行うことが可能です。今回はNastran In-CADを用いて設計時に周波数応答解析を行うことで、近い将来起こりうる問題に対してどのように事前検討できるのかを詳しくご紹介します。

 

1.振動問題についてもう少し詳しく！

皆さん、声を用いてガラス製のコップを割るという実験をご覧になられた方もいらっしゃるのではないでしょうか？　これは「共振」という現象が起因しています。その物体固有の一番変形しやすい振動ポイントのことです。

 

 

人の声、つまり振動が引き金となって様々な問題を引き起こします。自動車などでエンジンの回転数を急激に上げたときの騒音、電車が走行しているときの床の振動などがあります。振動は構造物を徐々に弱体化させたり、金属を劣化（疲労）させたり要因となります。

 

設計者は振動をゼロにすることはできませんが、機械や装置が運転中に共振が起こらないように設計をすることが必要です。

 

2.Nastran In-CADでどうやって解析をするの？

Nastran In-CADでは周波数応答解析、過渡応答解析を行うにあたり、直接基礎方程式を解く直接法と固有値解析の結果を利用するモード法の両方を選択できます。

 

またランダム応答解析も行えますので、地震、航空機とか建築物内の圧力変化や自動車のエンジンの騒音やスピーカーの影響など、これら統計的特性をもつ振動の影響を解析することも可能です。

 

一連の操作や問題解決のための改善方法をムービーにしました。

 

 

 

 

https://youtu.be/IJxcagauDYg

 

ご覧いただいたように、設計者は日ごろ使い慣れたCADの中で、試作品を製作することなく応答に関わるさまざまな問題をいち早く検証および検討することができるようになります。

これにより、解析結果を踏まえて共振をふせぐ形状を設計することができます。さらに構造物の振動制御の最適化を進めることにより、より簡単に共振による悪影響が取り除かれた、安全で高品質な設計が可能となります。

この結果、図面修正にかかる無駄な工数を削減でき、より短納期対応することができるようになるのです。

 

事前に品質を作りこんだ設計ができるのは設計者にとって心強いですよね！

 

 

なお、この連載は今回で終了です。これまでご購読いただきありがとうございました。これまで配信した内容をご覧になりたい場合は、In The Machine ブログ左側のカテゴリから「02_シミュレーション」を選択していただくと、一覧で確認いただくことができます。

今回の連載を機に、解析に興味を持っていただけたら幸いです。

これまでご購読いただき、ありがとうございました。

設計者がやりたい解析 Top 3 その2 座屈

Nastran In-CADの魅力に迫る！全5回連載の第4回目となります。

今回のテーマは「設計者がやりたい解析 Top 3 その2 座屈」です。

 

最近、製品の小型化や軽量化が進んでいます。

しかし薄すぎる鋼板や細長い鉄棒は、引っ張った時にはその材料の強度まで耐えられますが、圧縮すると本来の強度よりもはるかに小さい力で折れ曲がってしまいます。

この現象を座屈といいます。

 

今回はNastran In-CADを用いて設計時に座屈問題に対してどのように事前検討できるのかを詳しくご紹介します。

 

 1.座屈現象についてもう少し詳しく！

350mlのアルミ缶の上に乗ってみてください。おそらくゆっくり乗ればうまくアルミ缶の上に立てると思います。しかしアルミ缶の側面を軽く押してみると、アルミ缶はグシャ！と潰れてしまうことでしょう。

 

 

このようにとても小さい力でも折れ曲がってしまう現象を座屈といい、製品設計に携わる多くの人たちの頭を日々悩ませているのです。

 

 2.Nastran In-CADでどうやって解析するの？

Nastran In-CADでは座屈が起きるまでの弾性安定性状態である「線形座屈解析」と、座屈現象そのものを再現する「非線形座屈解析」の両方を選べますので、その時に必要な情報に応じて解析の種類を選ぶことができます。

 

一連の操作や問題解決のための改善方法をムービーにしました。

 

  

 

 https://youtu.be/bZrJwVe-yrM

 

　ご覧いただいたように設計者は日ごろ使い慣れたCADの中で、座屈に関わるさまざまな問題をいち早く検討することができるようになります。

したがって、解析結果を踏まえて過剰設計にならないように座屈を防ぐことができる形状を決定したり、肉厚や材料の最適化などを実際に製作することなく検証できるので、早い段階から適切な対策を施した設計を行うことができます。

この結果、図面修正にかかる無駄な工数を削減でき、より短納期対応することができるようになるのです。

 

図面1枚にかかる工数が少なくなれば、新しい仕事にもどんどん取り組めますね！

 

次回ですがいよいよ最終回、「応答」に関するご紹介です。形状が複雑化すると共振を把握が難しくなります。応答問題にNastran In-CADがどのように対応をできるのかをご紹介します。　それではお楽しみに！

設計者がやりたい解析 Top 3 その1 熱応力

大好評！全5回連載の第3回目となります。

今回のテーマは「設計者がやりたい解析 Top 3 その1 熱応力」についてです。

 

前回のブログでご紹介しましたが、最近「熱解析をやりたい」という設計者が増えてきています。

理由として製品の小型化、高密度化が進むにつれて、十分に熱を逃がすスペースがなかったり、薄肉化の影響で予測以上に熱が伝わってしまったりして、予期せぬ故障や、変形などの不具合が発生しているということが考えられます。

 

今回はNastran In-CADを用いて設計時に熱問題に対してどのように事前検討できるのかを詳しくご紹介します。

 

 

1．熱の伝わり方って？

熱の伝わり方には大きく分けると「伝導」、「対流」、「ふく射」と3つに分かれます。

身近な例で挙げますと、

 

　・伝導：冬場、湯たんぽはとても温まりますよね

　・対流：お風呂がいい例です。温まった水が上に上がってくるのが分かりますよね

　・ふく射：ぽかぽか太陽ですね。遠赤外線ヒーターも同様です。電磁波が影響しています。

　         　

 

このように「熱」といっても様々な伝わり方があります。今回はもっともポピュラーな熱伝導の問題にアプローチしてみます。

 

2．Nastran In-CADでどうやって解析するの？

　Nastran In-CADは熱源からの伝導を計算する「熱伝導解析」や、この解析結果をもとに熱膨張や熱収縮による変形を計算する「熱応力解析」を簡単に行うことができます。

 

一連の操作や問題解決のための改善方法をムービーにしました。

 

  

 

URL；https://youtu.be/E0AXpl85HXk

 

　このように、設計者は日ごろ使い慣れたCADの中で、熱に関わるさまざまな問題を簡単に事前検討することができます。

そして、解析結果を踏まえて対策を施した形状、機構を図面に落とし込むことができます。

これにより、後工程で起こりうる不具合を回避し、図面への修正作業を減らせるので、修正にかかる無駄な工数を減らし、より高品質な製品をより速く世に送り出すができることをご理解いただけると思います。

 

なんだか仕事が楽しくなりそうですね。

 

 

さて次回は「座屈」に関するご紹介です。熱問題と並んで設計者を悩ませる現象ですね。

それでは次回をお楽しみに！

Inventorの中でNastranが動く驚きの事実

第2回目のテーマは「Inventorの中でNastranが動く驚きの事実」です。

 

オートデスクはこれまでに5億ドルを超える投資をして、シミュレーションのポートフォリオを充実化させてきました。

その中で昨年、世界的に名が知られており、実績も数多くあるNEi Nastranのテクノロジーをオートデスクのラインナップに迎え入れ、改めてAutodesk Nastranとしてご提供を開始しました。

 

１．そもそもNastran（ナストラン）ってなに？

前回の記事で設計者の方々にもNastranが手軽にお使いいただけることを書きましたが、「そもそもNastranってなに？」という方も少なくないのではないでしょうか？

今回まずはNastranの魅力を簡単にご紹介させていただきます。

 

Nastranは1960年代NASA（アメリカ航空宇宙局）が航空、宇宙のためのプロジェクトに対して構造解析を行うために開発した有限要素解析（FEM）プログラムです。

 

その後、NASAはNastranの更なる進歩を期待してソースコードを一般公開しました。それから40年以上がたち、2015年現在MSC、NX、そしてAutodesk Nastranの3つが主要なものとして残っており、現在も構造解析の世界的な業界標準として、航空、宇宙を始めとした様々な業界で活用されています。

 

構造解析の先駆けでもある老舗ブランドです。

ちなみにNastranという名前は「NASA Structural Analysis Program」に由来しています。

 

 

２．なぜ設計者が解析をした方がいいの？

　さてこのように他の追随を許さない実績と歴史を持ち、構造解析の代名詞といってもさしつかえないAutodesk Nastranですが、なぜオートデスクは解析専任者向けではなく、日ごろ設計業務で忙しい設計者の方々向けにNastranをご提案しているのでしょう？

それは前回も少し触れましたがフロントローディングという言葉に集約されます。

　CADで設計をしている段階で、製造現場で起こり得る不具合を事前に検出して対策をすれば、根拠ある妥当性を持った設計を後工程に渡せます。これにより、後工程での不具合発覚による手戻り、例えば図面の修正、試作のやり直しなど、さまざまな手間を削減することでコストや時間を無駄にすることがなくなります。まさに良いことづくめですね。

 

　こういったことからオートデスクは「設計者こそ解析を！」と提案し続けているわけです。

 

３．Nastranは何ができるの？　Inventorの解析と何が違うの？

　実はInventor Professional には構造解析の機能が搭載されています。これにより線形静解析と固有値解析を行うことができます。しかし最近では、既に設計に解析を導入している設計者の解析に対するニーズが複雑化、多様化しています。

下図は弊社がユーザ様を対象に行ったアンケートの結果です。棒グラフの青は現在行っている解析であり、赤は将来やりたい、またはやる必要があると認識している解析の種類です。

　この結果から設計者の50%弱はすでに静解析を行っており、また多くの設計者は今後より多くの解析を行って設計の妥当性を早期に評価したいと考えていることがわかります。

 

 

この設計者の要望を叶えるべくご提供を開始したのがNastran In-CADです。Nastran In-CADは線形静解析、固有値解析を始めとして、非線形領域（塑性領域）の解析や、熱、応答、座屈解析も行えるので、設計者を悩ませる様々な問題（熱問題や振動問題、金属疲労の問題など）にも的確な結果を素早く提供してくれます。

 

このNastran In-CADはAutodesk Inventorだけではなく、SolidWorksにもアドインして解析を行うことができますので、実はInventorユーザ様ではなくてもご利用いただけます。Nastran In-CADはネットワークライセンスでご利用いただけるので、例えば１ライセンスあれば、設計１課でAutodesk Inventorの中でNastran In-CADを使い、1課の方が使っていない時間は、設計２課の方がSolidWorksの中でNastran In-CADを使って解析を行うということができるのも非常に魅力的なポイントです。CADと同じように解析ソフトにも「方言」があるので、CADの種類に縛られることなく、万国共通の言語であるNastranの解析結果を使用して、国内外問わずデザイン レビューなどの情報シェアをスムーズに行うことができるというのは非常に大きなメリットとなります。

 

このようにオートデスクはNastran In-CADをより多くの設計者に使っていただき、きな効果を出していただけるよう、準備を整えています。

次回以降ではさらにNastran In-CADの優れた解析機能を深掘りし、設計時における一般的な問題に対してNastran In-CADをどのように活用できるのかをご紹介していきます。

 

あのNastranが手軽に使える！

　設計者の方々にも手軽にお使い頂けるAutodeskのシミュレーション製品に、信頼性と実績を備えた、の"Nastran"が新たにオートデスクの製品ラインアップに加わりました。そのNastranの魅力を皆様にお伝えすべく、これから5回にわたり記事を連載したいと思います。

第1回目のテーマは、「今さらなぜ設計者に解析を勧めるのか」です。

　以前から、多くのCADベンダーが「設計者にも解析を！」と推進していますが、なかなか大きな広がりを見せません。そこには、「解析を覚えるのに時間がかかる！」や「信頼性に不安が残る！」など、幾つかのハードルがあります。

今回は「それでもやっぱり勧めたい！」その理由を6つに分けて紹介しますので、是非ご覧ください。

 

1. フロントローディング

　機械や装置の設計者の方々は、要求された仕様に対して機能や性能、さらに低コストなど、限られた時間の中で実に様々な検討をされているかと思います。特に性能では、近似による技術計算や、出図後の試験などで問題点を洗い出し、場合によっては設計変更で対応する事もあります。これが、出荷後の実稼働で発見されたとなると、問題はさらに大きくなります。

　出図後の設計変更は、対応できる範囲が限られてきますし、設計者への負担にもなります。再加工やレイアウトの変更が必要となると、納期がすぐに目の前にやってきますし、コストにも跳ね上がってきます。「当初予定していた予算を大幅に超えてしまった！」といったご意見もよく耳にします。ですから、やはりフロントローディング、早い段階で、有効な手段で問題点を抽出して、品質を作り込むことが重要ですね。

 

 

 図1　フロントローディングの重要性

 

2. 70%から85%

この数字は何を意味しているかご存知でしょうか？

　一般的に、出荷された製品で問題が発生した原因の、実に70%から85%は設計段階での検証不足と言われています。もちろん、製造上の問題で、例えば「溶接のスポットを変えてしまったために強度が不足した！」と言ったお話も聞きますが、やはり設計段階での検証は非常に重要であることが分かります。

 

3. 近似計算の限界

　ある一定の形状であれば、電卓やExcelなどを使って一般的な技術計算式から強度を求めることができます。もちろん、独自の技術計算式を確立して、より高度な計算をしている方もいらっしゃると思います。それが、形状が複雑になって、複合部品になって、しかもボルトで締結されている状態になったら如何でしょうか。更に、強度だけでなく、熱や座屈や振動の影響まで見る必要があった場合は、お手上げに近い状態です。

 

図2　片持ち梁計算例

 

4. 社内に解析の部隊がいる！

この一言で、今回の記事は撃沈されてしまいそうですが、もう少しお付き合い下さい。

　確かに、社内で解析ができる環境があれば“怖いものなし”ですが、その解析は身近な環境でしょうか。解析の専任者の方に解析を依頼する場合、要求性能や使用環境を細かく伝える必要があります。解析依頼書の作成に意外と時間をかけていないでしょうか。また、出てきた解析結果に対して、「本当はもっといろんな計算をして欲しかった！」と思われたことはないでしょうか。設計者の頭の中は、設計のアイデアで一杯です。これを、身近な環境で確認できるか、ある程度絞って依頼する環境では、大きな違いが生じるはずです。

 

5. だから設計者が解析を！

　今までいろんなことを書いてきましたが、最後の一言としましては、“製品をよく知る設計者の方が身近な環境で解析を実施する”になります。この身近な環境が非常に重要です。

具体的に言うと；

・使い慣れた環境で解析ができる

専任性の高い解析をお使い頂く方法もありますが、使い慣れたCADとは別のソフト

を習得して活用するには時間がかかり、負担も大きくなります。逆にCADのインタ

フェースと同じ環境であれば負担も少なく、すぐに活用できるはずです。

 

図3　Inventor で設計したデータ

 

図4　Inventor の解析（Nastran）による計算結果

 

・データの変換が必要無い

解析専用のソフトで計算するには、CADから解析ソフトへのデータの変換が必要になります。またCADで設計変更した場合は解析の設定を再度する必要があり、これも負担になります。そこで、CAD　に統合された解析ソフトであれば、この問題が解決できます。

 

・熱、座屈、振動など、様々な検証ができる

オートデスクが開催した解析セミナーで設計者の方へ実施したアンケートから、強度計算の他に　熱や座屈、振動の影響を見たいといったご意見を多く頂きました。使い慣れた、データ変換の問題が無い環境で、これらの検証ができるのも重要です。

 

6. 信頼性がある！

　いくら使い慣れた環境でも、計算結果に信頼性がなければ意味がありません。不安を残しながらの検証は、関係者への説明力にも影響してしまいます。そこで紹介したいのが、2014年8月にリリースした、Autodesk Nastran In-CADです。あのNastranがついに身近な環境で手軽に使えるようになりました。

以上で、私たちが「今さらなぜ設計者に解析を勧めるのか」の理由をご理解頂けましたでしょうか？

それでは、第2回目からNastranの魅力についてお伝えして行きます。

 

 

第10回 若年者ものづくり競技大会

こんにちは、

暑い日が続きますね。

先週、山形県で開催された若年者ものづくり競技大会に補佐員としてお手伝いをしてきました。

Online Viewer

USのAutodeskのホームページにオンラインビューアがあるのをご存じでしょうか？
USのホームページはデザイン画一新され、右側のメニューから様々な内容を閲覧できるように変更されましたが、その中（Menuの下のProducts内）にOnline Viewerという項目があります。

Inventorユーザ会から総会のお知らせ

Inventorユーザ会から総会のお知らせが届きました。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
　　　　　　　第9回 Inventorユーザ会総会開催のご案内
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

本年度も「Autodesk Inventor ユーザコミュニティ」と題して、第9回 Inventorユーザ会 総会を開催いたします。 オートデスク様によるInventor2015の紹介や、Free Discussionも計画しております。
詳細はこちら【http://www.inventor-ug-jp.com/home/event】

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
【開催概要】
<日時> 2014年12月5日(金) 13:00-17:00(受付開始12:30～)

<場所> オートデスク株式会社 本社 セミナールーム
　　　　東京都中央区晴海1-8-10
　　　　晴海アイランド トリトンスクエア オフィスタワーX 24F
<アジェンダ>
　　　　13:00-13:15　｢第9回 Inventorユーザ会総会｣
　　　　13:15-14:05　オートデスク様セッション
 　　　　　　　　　　　　「Inventor2015の新機能紹介」
　　　　14:05-17:00　｢Free Discussion｣
テーマ例：
　　　　シートメタル使ってる?
　　　　大規模アセンブリってどのくらい?
　　　　ライセンス管理どうしてる?
　　　　など、参加する皆様の聞いてみたいこと、悩んでいることを議論します。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

Inventor 2015 API プログラミング用ヘルプの日本語化

日本語版 Inventor 2015 API プログラミング用ヘルプが公開され、ブログ「Technology Perspective from Japan」で紹介されています。
http://adndevblog.typepad.com/technology_perspective/2014/10/japanese-inventor-2015-programming-api-help.html

ヘルプファイルはAutodesk -Technical Q&A(下記URL)からダウンロードできます。
http://tech.autodesk.jp/faq/faq/adsk_result_dd.asp?QA_ID=9268

なお、ダウンロードしたchmファイルは不正スクリプトの実行を防止するために自動的にブロックされていますので、ファイルを右クリックし、プロパティから「ブロックの解除」をしてからご利用ください。

-kn

Inventorの3DモデルをiPadで見る

タブレットで3Dデータを見るというのはだいぶ浸透してきたようですが、実際InventorのデータをどうやってiPadなどのタブレットやスマートフォンで見られるようにするか悩むケースがあるようです。
昨年Inventorユーザ会で紹介したのですが、一部の方に伝わっただけなので今回その方法をビデオにしました。

 

これを機会に是非クラウドテクノロジーに触れてみてください。-kn