PRODUCT製品紹介:Fusion 360 コラム記事

Fusion360のシミュレーションとは?仮想実験できる便利な機能の特徴と使い方

2020年11月06日(金) 更新

顧客の手元に届く製品は、安全性が確保されていなければなりません。その確認として重要な作業がシミュレーションです。

試作品を用いた物理シミュレーションは確実な方法です。しかし、手間やコストがかかってしまいます。そんな際に活用したいのが、CAD/CAMのシミュレーション機能です。あくまでソフトウェア上の仮想シミュレートではありますが、作業の効率化には大いに役立つでしょう。

こちらでは、Autodesk Fusion360のシミュレーション機能の使い方や特徴について解説します。

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Fusion360 のシミュレーションとは?

まずはシミュレーションの概要と重要性について、簡単にご説明します。

シミュレーションの概要

CADにおけるシミュレーションとは、構造解析に使用する機能のことです。「CAE(Computer Aided Engineering)」とも呼ばれます。なお、一般的にCADソフトとCAEソフトは別になっていますが、Fusion360は一体型で提供されています。

Fusion360のシミュレーションでは、3DCADで作成したモデルの設計が実際の条件に適応するか否かを仮想的に実験できます。荷重や固定などの条件を設定し、仮想モデルにどのような影響が出るか検証します。例えば、4本足の椅子に上から人間相当の荷重がかかっても問題ないか、といった解析をFusion360上で実行できます。

シミュレーションの重要性

ものづくりを行う上で、顧客が求めるもの、使いやすいものを作ること以上に大切なのが、壊れないものや安全なものを作ることです。製品が市場に展開されてから安全上の欠陥が見つかると、問題の収束が難しくなってしまう場合があります。

そこで、開発段階で製品の安全を高めるために用いられるのがシミュレーションです。また、開発途中の製品の不具合を発見し、改善に役立てるという意味で必要不可欠な工程となっています。

Fusion360のシミュレーションの使い方

Fuson360での基本的なシミュレーションの利用方法・手順についてお話しします。また、Fusion360で実行できるシミュレーションのタイプについてそれぞれ説明します。

基本的な使い方

シミュレーションを行う場合は「作業スペースを変更」のボタンをクリックし、作業スペースを「シミュレーション」に変更します。その後、新規で「スタディ」をクリックし、実施したい解析に応じてシミュレーションのタイプを選択します。必要な設定を行い、解析を実行すると、結果が表示されます。

なお、「単純化」を利用するのも簡単な方法です。完成したデザインでそのままシミュレーションを行うと、荷重条件や拘束条件など境界条件の入力が複雑になってしまうことがあります。ここで「単純化」を使うと、シミュレーション用のモデルが作成できて、結果確認の表示がコンパクトになります。

機能

Fusion360で実施できるシミュレーションは以下の通りです。

「静的応力」「モード周波数」「熱解析」「熱応力」「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」という8タイプのシミュレーションが存在し、解析はクラウド上で行われます。

シミュレーションのタイプ

Fusion360で実装されているシミュレーションのタイプについて、以下でご説明します。

静的応力

構造物に対して静かに荷重を加えた際の、変位や応力、安全率などを確認できるシミュレーションです。どの方向にどの程度の力を加えると、ほかのどこにどの程度の力がかかるのか、また、どの程度の力がかかると壊れてしまうのかがわかります。製品の強度や、曲がりやすいところ、壊れやすいところを調べるのに使います。アセンブリの場合は、接触の設定も可能です。

モード周波数

固有振動数を調べるためのシミュレーションです。あらゆる構造物は外部からの力がなくても自然と振動を続けています。この振動の周波数が固有振動数です。外部から同じ周波数の振動が加わると大きな共振が起き、場合によって構造物が破損します。モード周波数のシミュレーションは、製品に振動が加わった際にどのような影響が出るのかを確認できます。

熱解析

熱源がある場合に、構造物の熱伝導を計算します。熱が加わった際、製品にどのような温度変化が起こるのか調べることができます。

熱応力

熱による応力を調べるためのシミュレーションです。構造物に熱が加わった際、熱膨張によって生じる歪みの様子がわかります。上述した静的応力と熱解析を組み合わせたシミュレーションです。

構造座屈

構造物に座屈現象が起きる際の座屈荷重、座屈応力を調べるシミュレーションです。徐々に構造物へと加える荷重を増加させていくと、ある段階で急激な変化が起きるケースがあります。これが、座屈現象であり、この際の荷重を座屈荷重、応力を座屈応力と呼びます。主に細長い形状の製品に力を加え、どのような影響が起こるのか調べるために用います。

イベントシミュレーション

時間に沿った応力解析を行うためのシミュレーションです。製品の運動変化を時間ごとに反映し、衝突、変形、座屈といった解析を実施します。シミュレーションの内容は動画で確認できます。

非線形静的応力

非線形や永久変形の静的応力解析を行うためのシミュレーションです。荷重と変形量が比例関係にある線形に対し、非線形では荷重と変形量の比例関係が成り立ちません。材料非線形、幾何学的非線形、境界非線形などが非線形の例として挙げられます。素材がゴムの場合など、荷重に対して大きく変形する製品の解析に役立つシミュレーションです。

シェイプ最適化

指定条件下で最適な形状を自動計算できるシミュレーションです。拘束や荷重、必要な領域、軽量化したいパーセンテージなどを条件として指定できます。

シミュレーションについて疑問があればフアクトにご相談を

シミュレーションは3Dモデルを製品化する際に必ず通過しなければならない作業です。それだけに、設計者には機能を正確に理解し、使いこなすことが求められます。

Fusion360のシミュレーション機能について疑問点があれば、フアクトまでお気軽にご相談ください。機能の使い方から、各シミュレーションタイプの用途まで、お客様のニーズに合わせて細かくサポートします。もちろん、Fusion360の基本的な使い方についてもご案内可能です。Fusion360で設計を行う方は、ぜひフアクトのサポートをご利用ください。

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