有限要素法(FEM)とは|CAE解析の基礎をわかりやすく

有限要素メッシュのイメージ
※イメージ(概念図)

構造解析をはじめ、多くのCAE(シミュレーション)の中核をなす計算手法が有限要素法(FEM:Finite Element Method)です。複雑な形状の部品でも、コンピュータ上で応力や変形を求められるのは、この手法のおかげです。

有限要素法とは

対象の形状を「要素(エレメント)」と呼ぶ小さな領域に分割し、各要素のふるまいを単純な方程式で近似して、全体を連立方程式として解く数値解法です。複雑な形状をそのまま解く代わりに、単純な要素の集まりに置き換えて近似します。

節点・要素・自由度

要素の頂点を「節点(ノード)」と呼び、節点での変位などを未知数として解きます。要素内部はその節点の値から補間します。分割のことをメッシュと呼び、メッシュの細かさや要素の種類が精度と計算時間を左右します。

精度を決めるもの

  • メッシュの細かさ・要素の種類(着目部位は細かく)
  • 境界条件(拘束・荷重)の与え方
  • 材料物性(ヤング率・ポアソン比、非線形特性)

これらが実機と食い違うと、計算は回っても結果が実測と合いません。

CAEでの位置づけ

構造解析・熱解析・振動解析など、多くのCAEがFEMを基礎にしています(流体解析は有限体積法が主流)。

フォスターの受託CAE

FEMを使った構造・熱・振動の解析を、目的に応じて実施します。 フォスターは、受託試験で培った実測とあわせて、CAE(シミュレーション)を受託でお引き受けします。高額な解析ソフトを保有しなくても、必要な解析だけをご依頼いただけます。

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