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更新日:2017.03.10

Fusion360はCAE機能もすごかった!

 テルえもんチャンネル

ティーチャー三谷さんの「Fusion360はCAM機能もすごかった!」の記事がありますが、テルえもんはCAE=シミュレーション機能について紹介します。

★シミュレーションとは?

シミュレーション技術のことを、CAE(シーエーイー)とも呼びます。CAEとは、Computer Aided Engineeringの略で、直訳すると、コンピュータ支援設計でして、簡単に言うと、CADでつくった仮想モデルに、力や固定などの条件を与えて、コンピュータに数値計算をさせて、仮想実験をすることです。

CAE1-

★モノを設計をする上で大事なこと

モノを設計する上で、お客さんが欲しいものをつくる、組立てやすいものにするなどの他に、使っていて壊れないモノ、安全なモノをつくる必要があります。そこでシミュレーション技術が役に立ちます。モノをつくる前に、コンピュータ上でシミュレーションを行うことで、モノをつくってからの失敗による手直しを減らすことができ、安全なモノを製品として提供できます。


★Fusion360で出来るシミュレーションの種類について

CAE4-

Fusion360で出来るシミュレーションの種類には、大きく8種類あります。※2017年3月現在
【Standard版】静的応力、モード周波数、熱解析、熱応力
【Ultimate版】構造座屈、イベントシミュレーション、非線形静的応力、シェイプ最適化

Standard版だと4種類、Ultimate版になると合わせて8種類のシミュレーションができます。学生や個人などの非営利での使用であれば、Ultimate版が無料で使用できます。企業などの営利目的の場合、Standard版が年間38,880円(税込)、Ultimate版が年間192,240円(税込)で使用できます。※2017年3月現在


【静的応力】
 構造物に対して、一定の荷重を静かに加えた際に、構造物の変位や、ひずみ、応力などを計算します。
 ⇒力を加えたときに、どこが曲がりやすくて、こわれやすいのかを調べることができます。
静的応力-

【モード周波数】
 構造物は、固有の振動数を持っています。これは外部から力を加えなくても振動を起こす現象で、外部から同じ振動を受けると大きく振動する共振が起きます。これを避けるために固有振動数を調べることは重要であり、モード法という手法で周波数を計算します。
 ⇒揺れたときに、どういう影響を受けるか調べることができます。
mo-do


【熱解析】
 熱源があるときに、その熱が構造物とその環境の間との温度との熱伝導を計算します。
 ⇒物に熱が伝わった結果の温度結果を調べることができます。
netu


【熱応力】
 物体を熱した際に熱膨張の力が働きます。このとき生じる応力(熱応力)を計算します。
 ⇒熱によって膨らんだ物体の力を調べることができます。
熱応力


【構造座屈】※Ultimate版のみ
 構造物に加える荷重を増加させていくと、ある荷重で急に変形して折れ曲がってしまうことがあります。これを座屈現象といい、このときの荷重(座屈荷重)と応力(座屈応力)を計算します。
 ⇒イスなどの細長い棒などに力を加えたときに起こる現象を調べることができます。
座屈


【イベントシミュレーション】※Ultimate版のみ
 時刻歴による構造物の運動変化を反映しながら、衝突などのダイナミック解析を計算します。
 ⇒時間に依存した応力解析(動解析)を行うことができます。
イベント


【非線形静的応力】※Ultimate版のみ
  非線形の静的応力解析が行えます。非線形とは、比例関係が成り立たないことをいいます。材料非線形、幾何学的非線形、境界非線形などがあります。
  ⇒ゴムなどの非線形の材料、大きく変形するような解析などが行えます。

CAE-5


【シェイプ最適化】※Ultimate版のみ
 拘束と荷重、必要な領域と軽量化したい数値(%)を入力すると、その指定した条件で最適な形状を計算してくれます。
  ⇒必要な条件を入力するだけで最適な形を作ってくれます。
シェイプ最適化


★Fusion360 CAEの特徴

クラウドでの計算
Fusion360では、シミュレーションの計算をクラウドにさせることもできるので自分のパソコンに負荷をかけずにできるので便利です。※営利使用の場合、クレジットの購入が必要

CADとの連携
CADとCAEが別々のソフトになっていることもあるのですが、Fusion360の場合、CADとCAEが一体になっているため、CAEをした結果をもとにCADで設計変更を行い、再度、CAEを行う作業をタイムリーに行うことができます。

ソルバー(計算エンジン)
Fusion360では、ソルバ―(計算エンジン)として、Autodesk Nastranが使用されています。
Nastranは、アメリカの宇宙開発機関NASAで始まったプロジェクトで1960年代後半からリリースされている老舗の信頼あるソルバ―です。

まとめ

通常、ここまでのシミュレーションの機能があるものは、数百万円から数千万円します。
これがFusion360では、無料・安価で使用できるのですから、すごいですよね。
シミュレーションを正しく行うには、材料力学や有限要素法などの知識を身につける必要があるため、中々、素人が行うのは難しいですが、Fusion360をきっかけに勉強するのも良いのでは、ないでしょうか。まずはじめは、解析条件の設定を同じにして形状の比較から行い、どっちの形状が良いかの判断などに使用すると良いと思います。
最後にFusion360での静的応力シミュレーションの作業の流れを動画で紹介して今回は終了したいと思います。 動画をみて頂くとわかりますが、3Dモデル⇒材料設定⇒拘束条件(固定)設定⇒荷重条件(力)設定⇒メッシュ生成⇒解析計算⇒結果確認という流れになります。

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