解析ソフトウェアとは
解析ソフトウェアとは、複雑な力学方程式をコンピュータで計算することで物理現象を予測するソフトウェアです。CAEと呼ばれこともあります。
理論式が確立されている現象であれば構造物にかかる力、熱・流体、粉体、電磁場、分子など様々な現象を計算することが可能です。適用できる対象の大きさも、分子などナノレベルから高層ビルなど大型構造物まで幅広いです。
この解析ソフトウェアを用いることで、試作・開発のコストを削減できます。例えば、解析ソフトウェアで部品性能を検証する場合、部品の形状データ・部品材料情報を入力してコンピュータで計算するだけなので、試作費用もなく試験にかけていた時間も節約できます。
また、解析ソフトウェアを用いることで設計・開発工数の短縮が期待できます。解析ソフトウェアは現象をコンピュータで計算しているため、現実では可視化できない構造物にかかる力、温度や空気の流れなどを可視化・定量評価することができます。結果、設計の良否やその改善方法などを効率よく検証することができるのです。
近年ではこの解析ソフトウェアを応用して、製造現場や稼働している製品から収集したデータをベースにシミュレーションを行い、不具合を予測する「デジタルツイン」という取り組みが進んでいます。
解析ソフトウェアの種類
解析ソフトウェアは種類に応じて、計算できる対象が異なります。
1. 構造解析ソフト
力が構造物内部にどう伝わるのかとそれに基づく構造物の変形を解析します。
2. 熱流体解析ソフト
流体の流れる向きや速度、熱の移動などを計算可能です。格子法と粒子法という手法に分かれます。
3. 電磁場解析ソフト
電場と磁場の計算を行い、電磁場の分布や電波伝播を予測解析します。
4. 音響解析ソフト
構造物の振動から生じる音、伝播してきた音の反射や吸収を解析します。
5. 多変量解析ソフト
主成分分析、クラスター分析など複数の独立変数でデータを統計分析する手法が実装されています。
6. 振動解析ソフト
物体の振動データを用いて、共振周波数とその周波数におけるモード形状を解析するソフトです。
7. 点群処理ソフト
スキャナなどで得られた点群データを、3次元座標値を持つデータに変換するソフトです。
8. 運動解析ソフト
人の身体の動き (速度、加速度、移動距離など) を、撮影した画像などから解析します。製品によっては複数の問題を同時に計算できるものもあります。
無料解析ソフトウェアの種類
一般に解析ソフトウェアはソフトウェアベンダーなどから保守サービスも含めて有償で導入することが多いです。しかし、大学などの公的機関が開発した無償の解析ソフトウェアも利用できます。下記はその一部です。
1. 構造解析無料ソフト FrontISTR
東京大学が開発しているソフトウェアです。静解析・大変形解析、非線形材料の取り扱いも可能な汎用性が高いオープンソースソフトウェアです。
2. 熱流体解析無料ソフト OpenFOAM
有限体積法をベースとした流体解析オープンソースです。拡張性が高く、C++言語で自由に計算機能をカスタマイズすることが可能です。
3. 分子動力学無料ソフト GROMACS
並列計算対応している分子動力学ソフトウェアで計算の速さが特徴。GPUの計算などにも対応している珍しい無料ソフトウェアです。
4. 電磁場解析無料ソフト FEMM 4.2
2次元の有限要素法ベースの電磁場解析ソフトです。静電場、磁場、熱解析を同時に行うことができます。これらのソフトウェアは、ネット上でダウンロードすることができます。