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解析精度とは何か?

2018-8-18

今までとはまったく異なる新しいコンセプトとテクノロジーとして誕生したANSYS Discovery Liveですが、お客様に初めて説明すると、かなりの確率で


「こんなに早く結果が出て、解析精度は大丈夫なんですか?」


と聞かれます。

 

どんなに新しいテクノロジーであっても数値計算であることに変わりはありません。したがって当然の疑問です。ただ「CAEの解析精度」という言葉にはいろいろな因子が含まれます。


そこで今回は「CAEの解析精度」の定義について、改めて整理したいと思います。


上図は、ASME(American Society of Mechanical Engineers)が2006年に提唱した「解析モデルの検証と妥当性」のために作られたフローチャートです。一般的にV&V(Verification & Validation)と呼ばれており、以下の様な考え方に基づいています。

  • Validation(バリデーション):実際の現象を正しくモデル化できているか?

  • Verification(ベリフィケーション):モデル化されたものを数学的に正しく解いているか?

Validationの例としては、アセンブリモデルの接触間で滑りが発生しているのを固着接触で表現したり、塑性変形が発生している現象を線形材料で表現したりと、解析モデルの簡略化によって生じるいわゆる「実験との差」のことを指します。


Verificationの例としては、解析コードのアルゴリズムやメッシュ形状による誤差を指し、いわゆる「理論値との差」のことを指します。

一般的に設計現場でCAEを利用する際は、Validationのレベルを考えて、どこまで解析を簡略化してモデル化をするのかが、解析テクニックとして腕の見せ所となります。

例えば解析結果を報告する時に上長から

「この解析結果は本当に合ってるの?」

と聞かれた時に、どう答えますか?

「過去と同じ手法を使ってるので大丈夫です」

と答える方がまだまだ多い様な気がしますが、これは根拠として危いですよね?


例えば、

「○○を簡略してモデル化しているため、△△%程度の誤差は含まれていますが、今回の設計評価の目的からすれば、許容範囲内と考えて利用しています」

と答えられると説得力が増します。勿論そこには材料力学や数学的な知識が必要となってきます。


当り前のことですがCAEは設計支援ツールです。ベースとなる工学知識なくしてCAEの利用は広がりません。CAEを設計者現場で利用する際、というよりも設計を効率化するために、この工学知識の習得や教育は切っても切り離せない領域です。

弊社では長年エンジニアの皆様の「教育」をどの様に支援すべきか考えつづけており、そのひとつの答えとして「CAEユニバーシティ」という講座体系を設立しています。ここでは大学の先生や企業の第一線でご活躍されている皆様を講師としてお招きし、CAEを設計現場で利用するために必要な知識を構築することを目指してます。


8月24日には年に一度の特別公開フォーラムが開催され、各社の設計現場でどのように教育推進に取り組んでいるか、現場の生の声を聴く機会があります。同じ悩みを持たれている方は是非参加して頂けると良い刺激になりますので、ご検討頂ければ幸いでです。
 

さて。もう一方のVerificationですが、こちらはツールを提供するソフトウェアベンダーの責任の範疇です。ANSYSのFlagship製品(ANSYS Mechanical/Fluent等)にはVerification Manualというのが含まれており、様々な理論値との比較が確認できるようになっています。ただ残念ながらDiscovery Liveに関しては整備が追い付いていません。

8/22更新 : Verification Caseが開発元サイトにて公開されました!

※閲覧するためには「ANSYS Discovery Community Forum(英語)」の登録が必要です。


そこで弊社独自で様々なケーススタディを元にVerificationを実施してますので、必要に応じてご相談ください。この部分は今後の開発元の情報展開に期待するところでもありますが、弊社としては、VerificationとValidationの両側面から、このツールが設計現場で活用されるように支援を続けたいと考えています。

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