執筆者 Michael Hack

強度と耐久性を正確に予測する能力は、特に質量分布を変えてさまざまな負荷を発生させる、重いバッテリー・パックを搭載した電気自動車を開発する場合の基本的な要件です。

最終技術試験に合格し、電気自動車を製造する優れたスタートアップ企業に参加したAlessandra氏をご紹介します。Alessandra氏のようなエンジニアは、実用寿命のある強力なコンポーネントを求めていますが、この目標と材料のコストと重量とのバランスを取る必要があります。

このバランス調整プロセスでは、さまざまなソースからの大量のデータを処理する可能性がありますが、このデータをすべてまとめる方法を知っていますか？多くの情報があるにもかかわらず、どの疲労解析方法が状況に最適か判断できない場合があります。

Alessandra氏は大学で有限要素ツールを使用していましたが、耐久性解析には使用していませんでした。というのも、疲労解析は物理試験の分野であり、自分は門外漢だと考えていたからです。彼女には大きな疑問がありました。「どこでこれについて学ぶことができるのだろうか？」あなたも同じ状況に陥るかもしれません。

Alessandra氏はシーメンスのWebサイトで、自動車用途での強度と耐久性を扱うウェビナー・シリーズを見つけました。しかし、どれを見るべきでしょうか？何を習得すべきか考えてみましょう。

構造について本当の洞察を得ていますか？

多くの場合、テスト結果は、負荷、形状、材料のデータが入力された後に作成された色付きの画像として表示される応力値です。しかし、強度と疲労に関して、これはどのような意味があるでしょうか？また、疲労解析法も含めると、最終結果では構造に作用するすべての影響が考慮されるでしょうか？

CAE疲労解析法による設計最適化と仮想検証

負荷とイベントが構造全体に及ぼす影響と、それらが各コンポーネントに及ぼす影響には大きな違いがあります。長い解析プロセスを経た場合でも、どのイベントと負荷が損傷に寄与しているかを知る必要があるかもしれません。

複雑なプロセスに追われていませんか？

実際、このタイプの解析は複雑で時間がかかり、不正確です。

エンジニアは通常、強度と耐久性の解析に関連する3つの主要な課題、つまり負荷の把握、特定の応力とひずみの理解、材料特性の考慮に直面します。これらの課題について見てみましょう。

課題1: 構造物にどのような負荷がかかるかを把握する

車両には複数の負荷がかかります。各車輪は路面からそれぞれ独立して刺激を受けるため、構造の各ポイントで多軸負荷の状況が発生します。また、温度や酸化など、他の外部からの影響も考慮する必要があります。解析を行うには、負荷を知る必要がありますが、どのようにして負荷の値を取得していますか？それらを測定できますか？

純粋に測定された負荷を入力するのは比較的簡単ですが、本当に必要なことは、これらの負荷が構造にどのように作用しているかを解析することです。

課題2: 構造物の特定の応力とひずみの理解

疲労を理解するには、構造内の応力とひずみを理解する必要があります。道路上で測定またはシミュレーションした負荷や局所部品の形状から、構造物に影響を与える応力やひずみまで、どのようにして得られるのでしょうか？

疲労はほとんどの場合、ノッチに関するものです。何が起こっているのかを知る必要があります。車両には多軸負荷の状況がありますが、ノッチには、単軸、二軸、または多軸の応力状態が存在する可能性があります。これらのノッチの重大度はどれくらいで、それらはどのような影響を及ぼすでしょうか？また、構造に作用する可塑性の非線形性があるかもしれません。それらが何であるか分かりますか？

課題3: 製造プロセスが材料の特性に与える影響を評価する

通常、データベースから母材の疲労特性を取得できます。ただし、この材料が車両に使用される前に、製造プロセスを経る必要があるため、基本的な疲労特性に影響を与える負荷が発生する可能性があります。組立時の表面仕上げや溶接により、残留応力が発生します。これは材料挙動に影響を与えるため、疲労解析にすべてのデータが必要になる場合があります。実験を行うことはできますが、その実験ではこれらすべての影響を考慮できるでしょうか？

アディティブ・マニュファクチャリング部品の設計とその強度と耐久性の評価 — *アディティブ・マニュファクチャリングの疲労寿命予測の詳細については、ホワイトペーパーをお読みください。*

興味深いことに、アディティブ・マニュファクチャリングと鋳造に関する研究によると、データベースにある特性は、製造プロセスとメーカーの経験がそれらの特性にプラスの影響を与える、非常に応力を受ける領域でかなりの安全マージンを持つことがよくあります。そのため、局所レベルでは、解析のために入力した全体的な要因による予想よりも、はるかに優れた材料挙動が見られる場合があります。

ウェビナーを見る: CAE疲弊解析法による設計最適化と仮想検証

デジタルツインを使用して疲労試験をシミュレーションする方法。 — このウェビナーでは、デジタルツインを使用して疲労試験をシミュレーションする方法に焦点を当てています。詳細な解析から成果を得つつ、よりシンプルで堅牢な試験構成を可能にする方法を示します。

ユーザーフレンドリーなツールでプロセスを簡素化する方法

幸いなことに、適切なツールとプロセスを使用することで、構造内で何が起こっているか、なぜ起こるのかを知ることができます。また、試験プロセスについてより深く理解し、設計を改善することもできます。開発システム全体をアップグレードすることもできます。

強度と耐久性の解析をより迅速かつ正確に行うための簡単なステップ

このウェビナーでは、強度と耐久性の解析を簡単なステップに分割し、局所レベルですべてを調査して、その発生時に何が起こるか、その重要性を正確に把握する方法を説明しています。これにより、正確性が向上し、コンポーネント、構造が改善します。

Alessandra氏が取った次のステップについては、ブログ記事『あらゆる応用事例に対応する簡単な強度と疲労解析: コンポーネントの強度を効率的に評価』をご一読ください。Simcenter 3Dソフトウェアの新機能を紹介しています。