マルチフィジックス

Altairは、マルチフィジックスシミュレーション分野のリーダーです。複合領域の最適化を含め、多種多様な物理現象に対応した広範かつ包括的なソフトウェアを提供しています。

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CFDおよびマルチボディダイナミクスソルバーを用いたタンクローリーのスロッシングシミュレーション 以下の資料では、タンクローリーの簡略モデルの車線変更のマルチフィジックス解析について説明しています。車線変更時の車両応答の計算には、CFDおよびMBDソルバーの双方向連成を使用しています。 Read the White Paper
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自動車OEMメーカーにおいてクラス最高の振動騒音設計プロセスを実現するAltairのソリューション こちらのワークショップでは、振動騒音分野の最も喫緊の問題を解くためのAltairの包括的な周波数・マルチフィジックスソリューションについて紹介しました。 View the ATC 2015 Presentation
Altair Smart Multiphysicsは、構造、流体、熱、マルチボディシステム、音響、制御、油圧、電磁などのさまざまな物理現象が混在する、複雑な複合領域・複合分野の解析および設計問題を解くためのクラス最高のソリューションを実現します。すべてのソリューションは、複雑な製品の設計作業での使用を目的としているため、複合領域の最適化と密に統合されています。

単一のオープンアーキテクチャー マルチフィジックスプラットフォーム上に構築されているAltair Smart Multiphysicsは、設計作業で使用するAltairおよびパートナー企業のシングルフィジックスソリューションの品質・ロバスト性・スケーラビリティを最大限に生かしながら、最高の連成・最適化テクノロジーにより、現実世界の複雑なエンジニアリング問題を迅速かつ効果的に解析します。

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「以前は、衝撃評価の大部分は試験部門で実施するか、外注していました。現在はHyperCrashにより、衝撃評価の実機試験をシミュレーションによって再現できるようになりました」

–Spencer Ashie-Winns, Structural Engineering Manager

American Railcar 


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ギャラリー

最適化を活用したマルチフィジックスソリューション 流体-構造連成 システムのシミュレーションと制御 空力音響と振動騒音 伝熱解析と構造解析 線形・非線形接触 FEKOを使用したケーブルカップリングシミュレーション 衝突・衝撃解析(出典: Dallara Automobili)
最適化を活用したマルチフィジックスソリューション 流体-構造連成 システムのシミュレーションと制御 空力音響と振動騒音 伝熱解析と構造解析 線形・非線形接触 FEKOを使用したケーブルカップリングシミュレーション 衝突・衝撃解析(出典: Dallara Automobili)
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流体-構造連成

流体-構造連成(FSI)では、流体(気体や液体)、構造、機構システムの挙動を、それぞれの挙動が相互に与える影響も含めて同時にシミュレーションします。シミュレーションの例としては、空気流れ内の風力タービンブレード、水上に着水する航空機、エアバッグの膨張、タンクのスロッシングなどが挙げられます。HyperWorksでは、さまざまなソリューションを通じて、流体-構造連成相互作用を徹底的に調べ、その相互作用を考慮した設計を行うことができます。

RADIOSSは、流体-構造連成を解くためのさまざまなソリューションを備えています。主に短時間の事象をシミュレーションできる陽的時間積分法に加えて、連成オイラー・ ラグランジュ(CEL)法、任意オイラー・ラグランジェ(ALE)法、粒子法(SPH)、有限体積法(FVM)などがあります。FVMはエアバッグシミュレーションで使用できます。RADIOSSでの事例として、航空機の水上着陸、エアバッグの膨張、バードストライクなどがあります。

AcuSolveは基本的には汎用数値流体力学(CFD)ソルバーですが、コード連成によりFSI問題を解けることが主な特長のひとつです。

AcuSolveでは、2種類の流体構造連成が可能です。

  1. 実用FSI(P-FSI): 構造のモード縮約を利用する手法です。モード縮約法は、構造やマルチボディシミュレーションの部分モード合成のような機能で、構造物をモード空間に縮約し、境界面の節点を通じて構造物と流体領域を連成します。構造の挙動は線形に制限されます。この手法は、風力タービンブレード、渦励起振動、ショックアブソーバーなどに使用できます。

  2. 直接連成FSI(D-FSI): コード連成インターフェースにより、AcuSolveはほかのソルバーと簡単に連成することができます。ほかのソルバーと接続して行う連成シミュレーションでは、AcuSolveと連成ソルバーの両方の時間ステップを進め、各時間ステップで平衡状態になるまで計算を繰り返します。Altairのソルバーでは、RADIOSSOptiStructがAcuSolveと連成できます。また、AcuSolveにはサードパーティのソルバーインターフェースも実装されています。この手法は、海上石油パイプラインの動き、航空機の主翼 / ラダーシミュレーション、血管内の流れ、レーシングカーウイングの空気力学などに使用できます。

直接連成FSIの興味深い用途として、AcuSolveとMotionSolveの連成によるCFDとマルチボディシミュレーションの連成解析が挙げられます。タンクのスロッシングや、風洞実験設備内での車両の車線変更などの初期のシミュレーションプロジェクトに使用できます。

システムシミュレーションと制御

3次元モデリングを使用したシミュレーションは、物理現象を理解したり製品を設計したりするための唯一の方法ではありません。多くの製品設計では、いわゆる1次元シミュレーションが使用されています。質量、スプリング、ダンパーを用いた機構システムモデリングなどの物理現象ベースのモデリングや、制御系などの信号ベースのモデリングなどです。

3次元シミュレーションと1次元シミュレーションをひとつの製品群で利用できるのは、Altairテクノロジーならではの特長です。両方のシミュレーション手法を利用することで、複雑なシステムのモデリングが可能になります。VisSimソフトウェア製品群は、Altairの3次元ソルバーと連成することにより、連成シミュレーション環境を構築できます。最も明快な使用例のひとつは、制御とマルチボディの連成シミュレーションです。このシミュレーションはAltair MotionSolveを利用して、MotionSolveモデルをVisSimのSIMULATEブロックダイアグラムに組み込むことによって実行できます。

たとえば以下のようなシミュレーションが可能です。

  • ドローンの飛行制御

  • エンジンの制御系

  • 航空機のオートパイロット

もちろん、サードパーティの制御シミュレーションソフトウェアでもこうした連成シミュレーションを実行できるインターフェースが用意されています。

連成シミュレーションは、制御系と3次元有限要素法ソルバーを連成するのに便利です。たとえば、ユーザー定義関数を通じて、制御系とAcuSolveを連成し、車両の空調制御のシミュレーションおよび設計などを実行できます。

ChassisSimは、車両のマルチボディダイナミクスソフトウェアです。レーシングチームと車両運動力学エンジニアはこのソフトウェアを使用することで、実走行試験を行うよりもはるか前に、車両の挙動のあらゆる側面をシミュレーションできます。

MotionSolveとDSHplus - DSHplusで生じる油圧力の算出と動きの制御を行い、MotionSolveで変位と速度の情報を導出します。

弾性体

コンピューター支援エンジニアリング(CAE)で重要なのは、精度とシミュレーションの効率性です。精度をあまり落とすことなく計算量を減らす方法のひとつに、変形可能な構造の代わりに縮約された形状を使用する方法があります。多くの場合こうした縮約は、構造をモード空間に変換するか、静縮約を行うか、またはこの両方を行うことによって実行します。この方法では文脈により、弾性体、スーパーエレメント、P-FSI、部分モード合成などのさまざまな用語が使用されます。ここではマルチボディシミュレーションでよく登場する弾性体について触れます。

OptiStructは弾性体を生成する際によく使用され、用途に応じてさまざまなシミュレーションで使用できます。MotionSolveのマルチボディダイナミクス、OptiStructの静的 / 動的シミュレーションのスーパーエレメント法、AcuSolveのP-FSI、そしてRADIOSSの構造部品の線形縮約に使用できます。OptiStructの弾性体は、パートナーおよびサードパーティの多くアプリケーションとも互換性があります。

適用例:

  • 流体-構造連成

  • 自動車のサスペンションおよびクロージャーコンポーネント

  • 航空機の翼のたわみ

  • フルビークルNVH

  • 燃焼エンジンのシミュレーション

空力音響

計算空力音響(CAA)とは、物体表面または流体流れの周囲で起きる音の発生と伝播のシミュレーションのことです。この分野では、音の発生と伝播の両方を扱えるシミュレーションツールが必要です。一般的にこの2つのツールは別々に用意されているため、初期音圧を得るためのシミュレーションをCFDで実行した後に、下流工程で騒音伝播シミュレーションによって最終音圧を算出しなければなりません。

汎用数値流体力学(CFD)ソルバーのAcuSolveは、対象物の周囲の空気流れに基づいて初期音圧を算出できます。AcuSolveに付属している空力音響ソルバーのAcuFWHは、AcuSolve CFDシミュレーションで算出した初期音圧を元に、音の伝播をシミュレーションします。その後さらにAltair OptiStructを使用すると、構造応答を調べることが可能です。

Altair RADIOSSにも、Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)法に基づくCAA機能が搭載されており、たとえば障害物の周囲の空気流れを解析し、空気によって生じる騒音を調べることができます。

OptiStructとCoustyx - CoustyxとOptiStructを連成することにより、ウインドウパネルを介した車両の外部から内部への騒音伝達を計算できます。パワートレインのハウジングから放射された騒音を計算することで、騒音放射予測を実行することも可能です。

計算空力音響の適用例:

  • 乗用車における運転手の耳位置での騒音

  • HVACの騒音

  • 着陸装置によって生じる騒音

  • 笛鳴り現象

熱機構シミュレーション

熱力学シミュレーションでは、熱膨張による連成等の力学的荷重と伝熱荷重の複合効果に基づいて、固体の変形と応力を捉えることができます。Altairの構造解析ソルバーのOptiStructは、熱と力学の両方の物理特性を1つのシミュレーションで解くことができます。これにより、技術者は、力学的領域と熱的領域の両方からの荷重に基づいて、構造物にどういった挙動が発生するかを理解することができます。

構造-熱解析の適用例:

  • エンジンのマニホールド

  • 回路のコンポーネント

  • 航空機エンジンのコンポーネント

  • 人工衛星 / 宇宙船

  • 建設 / 採鉱機器

TES社のElectroFloは、高出力密度電子機器のための冷却解析パッケージです。熱解析ソフトウェアであるElectroFloでは、オブジェクト指向の使いやすいグラフィカルユーザーインターフェースにより、熱-電気連成解析を実行することができます。

OptiStructとJMAG - この連成により、システムの構造・熱挙動に対する電磁的な影響を調べることができます。電磁力と電磁損失をJMAGからOptiStructに転送することで、電気機器内の振動騒音を評価し最小化することができます。

ThermoAnalytics社のTAIThermは、定常状態と過渡の両方の条件下で包括的なCAE解析を行うための熱シミュレーションツールです。TAIThermは、温度分布の全範囲を予測し、熱輻射・熱伝導・熱伝達の割合を明らかにできます。

TES社のThermoFloは、熱・流体解析ソフトウェアパッケージです。1次元システムモデリングアプローチにより、完全な3次元モデルではなくコンポーネントベースのモデルを構築して解析できます。

流体および熱シミュレーション

熱流体力学シミュレーションでは、流体流れと流体温度を同時に計算します。多くのエンジニアリング問題では、一定時間内における流れと温度の挙動を理解しなければなりません。AltairのCFDソルバーであるAcuSolveを使用することにより、流体流れと流体温度の挙動を同時に捉えることができます。

AcuSolveとJMAG - JMAGとAcuSolveのインターフェースを利用することで、JMAGの電磁損失をAcuSolveで熱源としてマッピングして、熱流体解析を実行できます。

AcuSolveとTAITherm - TAIThermとAcuSolveを連成することで、気温だけではなく乗員にとって快適かどうかを基準にして、先進的な車両キャビンを設計できます。

熱流体解析の適用例:

  • 電子回路の熱管理

  • HVACシステム

  • エンジンの冷却

  • 照明の熱管理

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