たったの5分で解析精度が上がる

メッシュ品質で解析結果は天地の差

下の例をご覧ください。メッシュ品質の異なる２つのモデルに対して構造解析を行い比較したものですが、得られた解析結果は大きく異なりました。もちろん、メッシュ品質が良いとされるモデルの方が滑らかで良好な結果となっています。なぜメッシュ品質がここまで解析精度に影響を及ぼすのでしょうか？

低品質メッシュがダメな理由　その①
「これ以上変形できない・・・」

一般にFEM（有限要素法）は“節点と節点の間の変位は規則的に変化する”ことを仮定しています。つまり、個々の要素は（１次要素の場合）直線的で単純な変形しかできないため、構造全体の複雑な変形を求めるためには解像度（メッシュ密度）を高くする必要があるわけです。ところが下の例のように製品形状（曲面）に対してメッシュのサイズが大きいと、解像度が低くなり複雑な変形の表現は難しくなります。一方、サイズが小さく形状を十分再現するメッシュであれば、解像度が高くなるため精度よく変形を求めることができます。変形が正しく求まれば、節点変位から導かれるひずみ・応力も正しく計算されます。

曲面に対してサイズが大きすぎるメッシュでは、滑らかな変形を表現することができません。

メッシュ品質で解析結果は天と地の差（左が高品質メッシュ、右が低品質メッシュ）

低品質メッシュがダメな理由　その②
「接触判定が正しくできない・・・」

低品質なメッシュが解析結果に悪影響を及ぼすもう１つの代表例が、下のような接触解析です。接触解析の精度は、接触領域（面積）に対して十分な数の節点が配置されるかで決まります。FEMにおいては、反力の伝達が節点を介して行われるために、例えば接触箇所の節点が１点しかないと、広範囲に働く力の伝達を１点だけで行うことになり、不自然な力の集中が生じてしまいます。さらに、接触面のメッシュに関して、節点の配列が規則的であれば理想的です。つまり、接触解析において”品質の悪いメッシュ”とは、“接触領域の節点数が不十分で、節点の配列が不規則なメッシュ“であると言えます。“品質の悪い“メッシュを切ってしまうと・・・得られる結果はまだら模様。接触解析を精度良く行うためには、メッシュの品質だけでなく接触面のメッシュピッチにも気を遣う必要があります。

接触面であることを無視したメッシュでは、接触領域を正しく判定できません。

メッシュ品質で解析結果は天と地の差（左が高品質メッシュ、右が低品質メッシュ）

 

高品質なメッシュを作ろう！でも・・・

一般に高品質なメッシュとは、製品形状に対してサイズが十分小さく、立方体や正四面体に近い形状を指します。ただ、こうしたメッシュを作成するのは容易ではありません。例えば次のような経験をされたことはありませんか？

オートメッシュの罠

簡単な操作でパッとメッシュを切れるオートメッシュ機能、便利ですね。ただ、一回で高品質なメッシュができない場合はメッシュ修正が必須です。一般に修正作業には長時間を要し、いつの間にか数週間もかかったなどということも少なくありません。

ハイエンドメッシャーの壁

“どんな製品形状でも切れないメッシュはない” --- それがハイエンドメッシャーの魅力です。これなら確かに高品質なメッシュは作れますが、豊富な機能を習得するのは大変。慣れないうちはやはりメッシュ作成に時間がかかってしまいます。

たった５分で！！

高品質なメッシュは時間をかけなければ作れないのでしょうか？いいえ、そんなことはありません。たった５分で作れる方法があります。それは、Altair SimLab を使うことです。

違いは一目瞭然

実際に、メッシュ品質の良くないモデルとSimLab で作成した解析モデルとで解析結果を比較すると・・・違いは一目瞭然です。

上の手順で作ったSimLab のモデル

メッシュ品質の低いモデル

しかも、解析実行は１回

SimLab には、高度な自動形状認識機能、およびメッシュ配列と要素品質の自動最適化機能が搭載されており、メッシュを切り直して何度も計算投入を繰り返す必要がありません。

SimLab で高品質なメッシュを簡単に作ることができます。どうか５分だけSimLab を操作してみてください。きっとご満足いただけるはずです。

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