Simulation

ターボ機械の進歩に焦点を絞って話を進めるが、その前に個人的な考察から始めさせてほしい。人に魚を与えよ、さすれば一日の糧となる。人に魚を教えれば、その魚を一生食べさせることができる。人の子を持つ父親として、私の持つすべての知識を子供たちに伝えることは私の責任である。父親を超えることを目指すのは子供の義務である。私はアングラーの専門家ではないが、基本的なことはよく理解しており、年に数回、近くの湖やスウェーデン西部の海岸沿いなど、子供たちを連れて釣りを楽しんでいる。この春、息子は初めて釣り竿を手にした。今年も釣りに行きたいという彼の興奮ぶりを見ると、この技術で父親を超える日も近いかもしれない。 私が熱望している重要なイベントに焦点を移すと、私は自分自身を釣りの専門家だとは思っていないかもしれないが、釣りの名人として認められている。 ターボ機械の専門家 私の勤める会社では、ターボ機械の専門家である。私の専門知識は、社内の熟練者たちによって議論されるかもしれない。 ASME (米国機械学会）のエコシステム（生態系）に基づき、私は進歩するターボ機械に関する知識を得るために、最高峰のASMEターボ・エキスポに再び参加することを熱望している。その 2025年版 (2025年6月16～20日）は、ミシシッピ川沿いのグレースランドや釣りに捧げられたユニークなピラミッドなど、象徴的なランドマークで知られるテネシー州メンフィスで開催される。旧友や同僚との再会に加え、ターボ機械の進歩という究極の目標に向けて、この分野の専門知識をさらに深めるために最新の研究に没頭することを楽しみにしている。ASMEターボエキスポでターボ機械が進化する ターボエキスポに参加すると、著名な企業、大学、政府研究所のエンジニアリングリーダーと交流できる貴重な機会が得られます。幅広い技術プレゼンテーションが用意されているため、参加者は発電や推進に関連するターボ機械技術の開発、試験、そして最終的な進歩に向けた革新的な方法を探求することができます。ASMEターボエキスポは、発電・推進技術分野における知識交換と専門的・ビジネス的成長を促進するプラットフォームとして機能するため、業界の意思決定者との交流は、競争上の優位性を得る機会となります。 シミュレーションは、ガスタービンのような複雑な機械の性能を理解する上で、特にターボ機械の進歩を目的とする場合に極めて重要な役割を果たします。ASME Turbo Expo 2025で発表された研究論文の中には、シミュレーションに焦点を当てたものがいくつかあります。 完全連成FSIアプローチを用いたNASA製高効率遠心圧縮機の数値シミュレーションと検証 GT2025-153737著者Qingyuan Zhuang et al. この研究は、CFD空気力学と遠心力および熱膨張を組み合わせて、低温から高温への変化を正確に予測するものである。これはシーメンスDISWとIsimQの共同研究である。多くの素晴らしいインプットとNASAとの良好な相互作用がありました。モデルと測定値はNASAによって提供され、一般に公開されています。9MWシーメンス・エナジー社製乾式低排出ガス燃焼器における天然ガスとの水素混焼：パートII - ラージ・エディ・シミュレーション GT2025-152877著者Kexin Liu et al. Simcenter STAR-CCM+のビルトインリアクターネットワークを用いた、様々な水素ブレンドとパイロット燃料比に対する温度とエミッションのシミュレーションに関する燃焼CFD研究です。高圧試験と比較しています。この論文は、Siemens Energy社とSiemens DISW社の共同研究であり、ターボ機械の発展に貢献するものです。衝突噴流 - 3次元磁気共鳴流速計を使用したCFDモデルの検証. GT2025-153089著者Scheuerer et al. この研究では、MRI装置（シーメンス製）を衝突噴流の流量測定に使用した。この研究では、乱流モデルの重要性を示す好例が発見された。LAG-EBモデルは、高度な流れパターンと再循環を予測する上で実に良い仕事をしている。水素多段軸流圧縮機の空力設計とCFD評価 GT2025-153406著者アルビンド・プラバーカル 本研究は、多段水素軸流圧縮機のための平均線設計原理に基づく詳細な空力設計手法を提示する。多段軸流コンプレッサは、水素パイプライン輸送アプリケーションに典型的な大流量アプリケーションとコンプレッサ圧力比のために設計されている。しかし、段数を大幅に減らすことで、ターボ機械の全長と重量を減らすことができます。ターボ機械の開発にSimcenter STAR-CCM+ CFDソフトウェアを使用する理由 Simcenter社のシミュレーション技術の中でも、ターボ機械の分野ではSTAR-CCM+ CFDソフトウェアが重要な役割を果たしています。ここでは、私のお気に入りを3つ紹介します。その1：マルチフィジックス機能により、ガスタービン全体の空気力学、伝熱燃焼、混相、応力、ひずみの正確な予測が可能。その2：超高速でロバストな自動化技術と並列メッシュ生成技術を備えており、実形状の学際的な設計空間探索に使用されます。その3：最速のソルバーで、GPUでも利用できるようになりました。 あなたはどれですか？私は自分の子供たちに機械系の学位を取得するようプレッシャーをかけるつもりはありません。その代わり、シミュレーション技術や、世界中の一流のエンジニアや研究者が開発した航空宇宙やターボ機械の素晴らしい技術革新に対する情熱を分かち合っています。ASME Turbo Expoのようなイベントに参加し、高度なシミュレーションのような技術を活用した論文やプレゼンテーションに貢献したり、そこから学んだりすることで、エンジニアは航空宇宙産業の未来を形成し、ターボ機械アプリケーションを進歩させる上で大きな影響を与えることができます。 実際、もし人々が一日中釣りをしていたら、私たちは新しい冒険に向かって飛ぶことはできないだろう。

なぜHFSS-ICなのか？ アンシスは、中小企業向けの新しいツール「HFSS-IC」をリリースした。HFSS-ICは、パッケージやプリント基板に実装された複雑なダイ・アセンブリの設計を可能にします。このソリューションには、3つのロバストなソルバーHFSS、Q3D、RaptorXが含まれ、市場の他の選択肢と比較して幅広い機能を提供します：GDSファイルとサポートファイル（*.mapまたは*.xml）を読み込むことができます。 ファウンドリによって暗号化されたモデルを読むことができます。主なファウンドリによって承認されました。 3つのソルバー（HFSS/Q3D/RaptorX）により、すべての設計段階で完全な設計機能を実現。 HFSSは電磁気問題を解くための業界標準です。 ほとんどのファウンドリはRaptorXを承認しています。 複雑なダイ・オン・パッケージ構成をサポート。 モデルとメッシングを簡素化する革新的なツール Optislangを使用したスマートオプティマイザによる3つのソルバーのパラメトリゼーション。 AEDT回路にリンク、2ウェイ接続。 中小企業向けの手頃な価格。GDSファイル GDSファイル・フォーマットは、ダイ（チップ）業界で最も一般的に使用されているフォーマットです。HFSS-ICソリューションは、.map、.xml、*.ircxなどのスタックアップ ファイルと同様に、GDSファイルを読み込むことができます。メインメニューから、File>Import>GDS filesを選択します：GDSファイルを選択すると、AEDTはレイヤーのリスト、ネットのリスト、ポートを表示します。また、コントロールファイルをインポートすることもできる：以下のコントロール/サポートファイルをアップロードできます：*.xml、*.tech、*.layermap、*.ircx、*.itf、* .vlc.tech、*.map ファイル。このブログで使用しているのは、シリコン・インターポーザーである：HFSS/3DレイアウトのデフォルトモードとHFSS-ICモード。 HFSS/3Dレイアウトのデフォルトモードでは、ユーザーはHFSS、プレーナー、SIwave DICR/PIソルバーにアクセスできます。HFSS-ICモードに切り替えるには、モデル名を右クリックします。ICモードに切り替えると、3つのソルバーにアクセスできる：HFSS、Q3D、RaptorX。各タイプの主な特徴を以下の表にまとめた：それぞれのソルバーをいつ使うか？それぞれのソルバーには能力と強みがあります。ユーザーは各段階に適したツールを選択する必要があります。これらのツールは、高速でスムーズな設計のために必要なものばかりです。ICモードスタック 最初にチェックするのは、モデル内のスタックアップです。スタックアップのアイコンを選択します：ICモードのスタックアップは常にオーバーラップスタックアップである。このモードでは異なるレイヤーを重ねることができる．ユーザーは各レイヤーの下側と上側の寸法を指定するだけです。層や材質の変更に加え、エッチングや表面粗さなどのエフェクトを追加することもできます。ICモードにはVIA層もあります。VIA層の下限寸法と上限寸法は、例えばM5、M6などのように、メタル層名を使って指定します。ICモードポート HFSSでは、さまざまな方法でポートを追加することができます。3つのソルバは、すべてのタイプを受け入れます。ポートを追加する最初の方法は、ネットワークを選択し、右クリックしてネットワークの両端にポートを追加する方法です。もう1つの方法は、コンポーネントを選択し、右クリックしてポートを追加する方法です：この2つの方法で同軸ギャップ型ポートを作る。モデル編集 RaptorXは設計段階、特に最適化時に使用することを強く推奨します。より正確な結果を得るためには、ユーザはHFSSも活用できなければなりません。ICモードには、設計を修正し、小さな寸法を排除するためのスマートなツールが装備されており、これによってHFSSが過度に長時間実行されることを防いでいます。ただし、いずれも使用する前に設定を変更する必要があります。設定ボタンをクリックしてください：セッティングの各数字の意味を理解するために、道具に戻る：ビアをスナップします：このオプションは、上層または下層のパッドのサイズに合わせてビアの断面を変更します。この変更は、デルタが設定のビア スナップ基準で指定されたものより小さい場合に起こります。 スナッププリミティブ：このオプションは、信号レイヤーのネットの形状を互いに一致するように変更します。デルタが設定のプリミティブスナップの基準で指定された値より小さい場合に変更されます。 ビアをグループ化します：このオプションは、ビアの間隔が設定のVia Grouping criteriaで指定されたものより小さい場合に、ビアを1つのネットにグループ化します。 ジオメトリをラップする：このオプションは、オブジェクト間のギャップが設定のジオメトリ ラッピング基準で指定された数より少ない場合、ネットまたはビアを 1 つのネット/1 つのビアにグループ化し、ギャップを閉じます。 穴の除去：信号レイヤーのネットに「Remove small metal islands」で指定した数以下の断面の小さな穴がある場合、穴埋めされます。 島を取り除く：このオプションは単にすべての小島を削除します。判定は設定の小さな金属島を削除する基準に基づいて行われます。3つのソルバーの違い結果 次のグラフは、3つのソルバーの違いを示しています。Q3Dを1GHzまで解いたことに注意してください。これだけで、ネットのRLCGを抽出することができます。HFSSとRaptorXの両方が非常に近い結果を示しました。これは、最適化プロセスにおいて、ユーザがRaptorXを信頼できることを示しています。次の表は、各ソルバーの解法にかかった時間を示しています。デフォルトのセットアップを使用したHFSSは、RaptorXよりも5倍時間がかかりました。この時間は、ユーザがすべてのオブジェクトのメッシュを制御してスマートメッシュを実行すれば、改善することができます。Q3D (CG/DC RL/ AC RL) ラプターX HFSS (Q3DによるDC)メモリー 7G 12G 126Gシミュレーション時間 0:17 0:44 4:08反復時間 0:12 (CG)0:57要素数 0.106Mトライアングル（AC） 0.120M テトラ (DC) 0.133M 1.3M マルチオーダーテトラ概要 HFSS-ICは、中小企業向けに設計された堅牢で予算に見合ったソリューションです。HFSSソルバーとRaptorXソルバーの全機能を統合しています。このツールは、ダイ、スタック・ダイ、パッケージ上のダイ、さらにはPCBに実装された複雑なアセンブリなど、幅広いコンフィギュレーションの設計を制限なくサポートします。寄生素子の抽出、インダクタの設計、トランジションとパワーディバイダの最適化、クロストークの緩和などが可能です。

このブログでは、ANSYS Maxwellで静磁場3次元解析を行い、通電コイルと永久磁石の相互作用によって発生するトルクを計算する方法を紹介します。 この例では、コイルに流れる電流がY軸を向いた磁場を生成し、永久磁石はX軸に沿って磁化されます。この構成により、Z軸まわりのトルクが発生します。 ステップバイステップのワークフローには、ジオメトリの構築、材料と加振の割り当て、シミュレーションの設定、結果の確認が含まれます。シミュレーションワークフロー まず、XY平面に12分割の正多角形を描いてコイルを作成し、中心位置と開始位置を以下のように設定します。次に、作成したオブジェクトをX軸を中心に360度スイープさせます。 軸を中心にスイープ ツールを使います。それを Z 軸のまわりに 45 度回転させ、銅素材を割り当てます。AEDT 3Dモデラーで棒磁石をモデル化し、下図の寸法と位置でボックスを描き、NdFe35材質を割り当てます。まずコイルの断面を作成し、コイルに電流励磁を割り当てます。Surface > Section ツールを使って Coil オブジェクトを XY 平面に沿って断面します。出来上がった Terminal オブジェクトを Boolean > Separate Bodies で分離し、分離した余分な Terminal オブジェクトを削除します。Terminal オブジェクトを右クリックし、Assign Excitation > Current を選択し、100 A の撚り線電流の励磁を適用します。 静的ソルバーでは、この電流値はアンペアターンとして解釈されることに注意してください。Magnet オブジェクトを選択して右クリックし、Assign Parameters > Torque...

概要 Ansys Mechanical を使用しているユーザーにとって、ANSYS Motion に移行することで、強力な新機能を利用することができます。両ツールは同じグラフィカルな環境を共有していますが、根本的に異なるソルバーとモデリング手法に依存しています。これらの概念の違いを理解することは、ANSYS Motion を効果的に活用し、よくある落とし穴を避けるために不可欠です。シミュレーションの幅を広げたい場合でも、現在のワークフローを強化したい場合でも、MechanicalとMotionの境界を認識することが、効率的な統合を成功させる鍵となります。このブログでは、Mechanicalユーザーが自信を持ってマルチボディダイナミクスの世界に足を踏み入れることができるよう、これらの重要な違いについて説明します。このブログでは、具体的なセットアップの詳細には焦点を当てません。その代わりに、ANSYS Mechanical と ANSYS Motion のワークフローの違いを明確にすることを目的としています。両ツールは同じシミュレーションエコシステムの一部ですが、異なるモデリング哲学に基づいて構築されています。つまり、ANSYS Motion を効果的に使用するためには、Mechanical ユーザーは一般的なアプローチを適応させる必要があります。ここでは、ワークフローの移行を成功させ、ANSYS Motion の機能をフルに活用するために不可欠な、重要なコンセプトと調整方法について説明します。 Motionセットアップの特徴 モーションにおける物事の定義について考えてみると、メカニカルとの違いは主に2つある：グループ化されたプロパティの定義： Motionでは、グループ全体に適用される独立したPropertiesオブジェクトを使用して、いくつかの類似したオブジェクトのプロパティを定義することが可能です。ここでの目的は、個々のオブジェクトに同じ値を定義することを避けることです。何十もの接点があるモデルを想像してください。それぞれの接点に同じような摩擦プロパティを定義する必要があります。Mechanicalで作業していた場合、それぞれの接触プロパティセクションで摩擦係数を定義する必要があります。Motionでは、1つのコンタクトプロパティオブジェクトを作成することで、すべてのコンタクトペアを指定し、一度に値を定義することができます。この例では、複数のパーツ間の相互作用を考慮し、3つのコンタクトを定義したモデルを見てみましょう。このセットアップでは、数値と摩擦のプロパティを定義するための2つのMotionオブジェクトがあります。Mechanicalと比較すると、各接触オブジェクトに完全な定義が必要です。 コンタクトの定義： コンタクトプロパティオブジェクト：スコープは、定義された3つのコンタクトオブジェクトを含むリストであることに注意。 接触摩擦プロパティ： 機能の使用 2つ目の大きな違いは、関数の作成方法です。Mechanicalでは、いくつかの基本的な関数をオブジェクトに直接定義することができます（例えば、時間可変の力を定義する）。Motionでは、Sub-Entityメニューでより高度な関数を作成できます。使用可能な関数のより詳細な説明は、ANSYSのヘルプを参照してください： https://ansyshelp.ansys.com/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v251/en/motion_ug/motion_ug_using_motionfeat.html例題の続きですが、'Function Expression'オブジェクトを使って2つの関数を作成しました。1つ目は関節の回転変位を定義する関数です。2つ目の関数は、回転ジョイントの反力トルクを計算します。 関数式：STEP。この関数は、2つの "時間 "点の間の最小値と最大値の間の滑らかな遷移を作成する。この関数は回転を定義するためのもので、DTOR定数を用いて最後の引数をラジアンに変換しています。関数式：TZ.この関数はRJ_01という名前の回転ジョイントのトルクを計算します。p1とp2という2つの引数を使用する。これらはジョイント上に自動的に作成されるマーカーである。入れ子の定義 想像できるように、セットアップを完了するためには、以前に定義した独立したオブジェクトを何らかの方法で組み立てる必要がある。モデルの例では、摩擦係数は一定ではありません。この係数の相対速度による変化を定義するためにスプラインを作成します。そして、接触摩擦プロパティオブジェクトで使用するスプラインオブジェクトが必要になり、このオブジェクトを使って接触動作を定義します。オブジェクト間の特定の接続が必要ない場合でも、ロジックは同じです。結論ANSYS Motionは、標準的なメカニカルシミュレーションと同じ前処理機能（ジオメトリ、接続、接触、メッシュ生成）を使用します。 ボディプロパティとマーカー、接触プロパティ、特殊なジョイント境界条件と力、変数式、コ・シミュレーションボタン、ファイルのエクスポート、ANSYS Motionポストプロセッサの実行など、ANSYS Motion特有の機能があります。

進化し続ける製品エンジニアリングの世界で、一歩先を行くには、最高のツールを装備する必要があります。最新のエンジニアリングの精度と複雑さを考慮して設計された Mathcad 11 (Mathcad Prime 11) には、計算精度を高め、高度な製品設計をサポートする革新的な機能が搭載されています。最新リリースでは、数学エンジンが大幅に改善され、既存機能のパフォーマンスが向上し、エキサイティングな新機能が導入されています。 Mathcad 11の概要 Mathcad 11 とは？ Mathcad Prime 11 はエンジニアリング計算ソフトウェアで、特に製造や製品設計に関連するエンジニアリング計算の文書化を容易にします。このソフトウェアは直感的で、複雑な計算を解いて分析できる一方、トレーサビリティを可能にし、知的財産 (IP) を保護します。Mathcad 11 には、自然な数学表記、豊富な書式、プロット、画像を使用して、エンジニアリングノートブック内の作業を文書化し、1 つの統一されたドキュメントに表示するツールが含まれています。 Mathcad 11 では、自然な数学表記を使用してエンジニアリング計算を簡単に文書化できます。 Mathcad 11 の利点 Mathcad を使用して複雑な工学方程式を解き、文書化することで、以下のことが可能になります：設計意図の伝達 また、テキスト、画像、プロット、表などを添えた数学で自分の仕事を示すことで、それを工学的知識と組み合わせることができます。 市場投入までの時間を短縮 テンプレートを使用してプロジェクト間で標準的な計算を再利用することで、市場投入までの時間を短縮できます。 他のツールとの統合 Creo、Windchill、Excelとの双方向統合やAPIを使用することで、計算をすべての製品開発の基盤とすることができます。 エラーの削減 より正確な計算と最先端のソルバーで、エラーを減らします。Mathcad 11の新機能 アプリケーションの進化2進数、8進数、16進数のサポート カスタム単位系： 独自の単位系を作成することで、組み込みの SI、USCS、CGS 単位系に加えて、柔軟性を高めることができます。 手動計算モード:選択したセクションまたはページ全体を再計算する機能により、ワークシートの計算をよりコントロールできます。 高度なコントロールのためのPython:API経由のVBScript、Jscript、Javascriptの既存のサポートに加えて、ユーザーは高度なコントロールのためにPythonスクリプトを使用できるようになりました。 結果しきい値のフォーマット： しきい値フォーマットが指数、複素数、ゼロの結果に対して設定できるようになりました。 地域境界制御： 更新されたコントロールにより、ワークシート、または選択された個別または複数の領域内で境界線のオン/オフを切り替えることができます。エンジンの強化新しい「decomp」キーワード： decompを使用して大きな記号式を分解し、解析を簡素化できます。 新しいvec()関数とIsRange()関数 プロット処理： ネイティブXYプロット、等高線プロット、極座標プロットを含む2Dプロットが改良され、表示時間が短縮されました。 ソルブブロック： 目的関数と制約のスケーリングのサポートが新しく改良されました。 記号計算 simplify'キーワードや微積分演算を含む記号計算のパフォーマンスが改善されました。

電池セルの熱設計の課題 バッテリーの熱管理における主な課題の1つは、温度が最大動作限界値以下になるようにすることです。温度が高くなると、効率が低下し、経年劣化が早まり、安全性が損なわれる可能性があります。 冷却システムを適切に設計するためには、エンジニアはバッテリで発生する熱に関する知識が必要です。電池モジュールの熱挙動を理解し予測するには、電池の排熱と電池セルの電気的・機械的特性を統合する必要があります。電池セルの電気的特性をリンクさせることで、より優れた電池の熱除去率を冷却システムの設計に利用することができます。 エンジニアリング・ソリューション バッテリーの熱挙動のシミュレーションは、バッテリーセルの物理的な試験データによって強化することができます。 バッテリ試験の1つに、ハイブリッド・パルス・パワー特性評価（HPPC）と呼ばれるものがあります。 この試験により、電池の内部抵抗を計算することができます。 以下は、HPPC データ・セットの例からの 1 パルスの例です。 パルスの電池セルの内部抵抗は、電圧降下を電流で割った値に比例します。 Twin Builder は複数の温度と充電状態（SOC）レベルを含む HPPC データセット全体から抵抗値を生成します。この抵抗値は、回路の電流と電圧とともに、セルの熱損失電力を予測するために使用されます。Ansys Twin Builder ソフトウェアは、バッテリセルとモジュールの熱挙動をシミュレー ションおよび解析するためのツールを提供します。Twin Builder のバッテリウィザード機能を使用すると、複雑な熱相互作用のモデリングや、さまざまなバッテリの放電挙動の評価を行うことができます。Twin Builderは、HPPCデータを利用して熱除去値を迅速に生成することができます。 Twin Builderを使用することで、エンジニアはパラメトリック・スタディを実施し、さまざまな設計構成を検討することができます。これにより、均一な温度分布と効率的な放熱を確保するソリューションを特定し、最終的にバッテリの性能と安全性を向上させることができます。 熱管理の課題に対処するために，ANSYS ソフ トウェアを使用して複数の入力を評価するこ とができます． これらの入力には、さまざまなセル容量、Cレート、HPPCデータなどが含まれます。 Twin Builder のシミュレーション機能では、このようなさまざまな入力を評価できます。方法 このディスカッションでは、ANSYS Twin...

現代の航空業界では、効率性と持続可能性のための技術革新が求められています。航空機は、安全性を確保しながら、より軽量で燃料効率が高く、迅速に開発されなければなりません。言い換えれば、航空宇宙エンジニアは、軍事用、商業用、または一般航空用を問わず、航空機の性能と持続可能性を高めるために、いくつかの重要な目標を達成しようと努力しています。 つまり、航空宇宙エンジニアは、軍用機であれ民間機であれ、航空機の性能と持続可能性を高めるために、いくつかの重要な目標を達成しようとしているのです。一方では、環境への影響と運航コストの低減を目指した設計目標。一方では、ミッションクリティカルな航空機が同じ燃料容量でより高い高度で長時間飛行することも可能にします。さらにエンジニアは、航空機のバランスと全体的な性能を最適化するため、重量配分の改善にも取り組んでいます。 もう 1 つの重点分野は、独自の課題と機会をもたらす電動航空機の開発です。バッテリーの密度と放熱能力を高めることは、電気推進システムの効率と信頼性を最大化するために不可欠です。さらに、水素のような代替燃料源や、ストラットブレース翼や混合翼のような革新的な航空機構成の探求は、持続可能な航空を追求する上で重要な目標です。 航空機メーカーが直面する航空機構造設計上の重大な問題設計の複雑化に伴い、航空機メーカーは航空機の構造設計と解析において、効率と技術革新を妨げる構造工学上の課題に直面しています。重要な問題の1つは、設計チームと解析チームがしばしば孤立して作業することで、手戻りと非効率を招き、最終的に開発プロセス全体とプログラムの成功に影響を及ぼしています。 さらに、エンジニアは、航空機の構造設計と解析に取り組みながら、データの抽出とレポートの作成を手作業で行っており、貴重な時間を浪費しています。この課題は、エンジニアリングワークフローの効率性と生産性を向上させる革新的なソリューションの必要性を浮き彫りにしています。 相互接続されたツールがないため、代替設計オプションの迅速な探索がさらに複雑になり、設計の迅速なテストと最適化を促進するために不可欠な解析機能が不足しています。 さらに、プログラムに関与する複数の利害関係者の多様なインプットと特定の要件をナビゲートすることは、開発プロセスを著しく複雑にし、長引かせる可能性があります。結局のところ、分離されたシステムが蔓延しているため、非効率とエラーが発生し、ワークフローを最適化し、航空機構造工学における革新の新たなレベルを解き放つために、統一されたデジタル化されたエンドツーエンドプロセスの必要性が浮き彫りになっています。 航空機構造設計・解析の高コストと非経常コストへの影響 航空機の複雑さは、航空機のクラスタイプによって異なる多面的な側面があります。簡略化したモデルでは、2 つの極端なクラスと中間の 1 つのクラスを持つ 3 つの主要クラスを考えることができます。最初のクラスはビジネスジェット機で、エンペラ、翼、胴体、および制御面にわたって比較的高いレベルの複雑さを示します。中間のクラスは、ナローボディの民間機で、すべてのコンポーネントにわたってさらに高いレベルの複雑さが特徴です。最後に、もう一方の極端な端にあるマルチロール戦闘機は、そのさまざまなコンポーネントの複雑さのレベルが最も高く、際立っています。航空機の構造設計は、航空機の総非経常コストを決定する上で重要な役割を果たすことを強調する必要があります。小型ビジネスジェット機、民間旅客機、戦闘機など、さまざまなクラスの航空機では、構造的な非経常コストの割合が一定の範囲内で変化する可能性があります。ベンチマークを設定するため、民間航空会社の航空機構造のエンジニアリングは、最大で65％の重さになると見積もられています。1 全非経常的費用のクラスによって潜在的な違いが見られる可能性はあるものの、航空機の構造設計、解析、試験を徹底的に行うことの重要性は、耐空性と安全性を確保する上で極めて重要であるため、いくら強調してもし過ぎることはありません。さまざまな航空機クラスにおいて、メーカーとインテグレーターは、競争力を維持し、収益性を確保し、プログラムを成功させるために、構造エンジニアリングコストを効果的に管理する責任を負っています。 航空宇宙エンジニアが非経常コストを軽減するために採用できる戦略とは？ 航空宇宙エンジニアは、デジタル・トランスフォーメーションを推進するために、クラス最高の航空宇宙シミュレーション・ソフトウェアを活用して、統合シミュレーションとテストのアプローチを導入することができます。このアプローチにより、堅牢なエンジニアリングワークフローのシームレスな統合が実現し、的を絞った軽減戦略の採用が容易になります。これらの戦略は、コストを最小限に抑えるだけでなく、性能目標を達成し、スムーズなサービス導入を実現するように設計されています。 厳密かつ創造的な構造工学ワークフロー 現代の航空機の構造エンジニアリングは、航空機の構造的な完全性と性能を確保するために、厳格さと創造性の両方を可能にする弾力的で柔軟なワークフローを包含する必要があります。重量とバランスの計算、空気力学と性能解析、外部および内部荷重評価、疲労解析、損傷耐性評価などの設計工学分野にまたがる、この複雑に入り組んだ一連の専門作業は、初期コンセプトから詳細設計までの一貫した効率的な旅を形成し、各フェーズで明確な課題を提示します。この包括的なプロセスを通じて、構造エンジニアは、分析的な正確さと独創的な問題解決との間の微妙なラインをナビゲートする必要があります。このアプローチを採用することで、最適な設計だけでなく、特定されたミッションにおいて高い性能を発揮する航空機構造を作り上げることができます。 自動化と探査によるプログラム効率の向上 自動化と設計案の迅速な探索は、航空機の構造設計と解析において、プログラムのパフォーマンスを向上させ、非経常的なコストを軽減するために不可欠な戦略です。自動化を導入することで、エンジニアは貴重な時間を節約し、ワークフローを合理化することができます。エンジニアが直面する主な課題の 1 つは、データ抽出とレポート生成の手作業による時間のかかる作業です。このような繰り返し作業を自動化することで、設計の最適化や問題解決など、より価値の高い作業にリソースを割り当てることができます。自動化されたデータ管理とレポート作成は、効率を向上させるだけでなく、一貫性と正確性を確保し、コストのかかるエラーのリスクを最小限に抑えます。実際、代替設計オプションを迅速に探索し評価する権限は、イノベーションの推進に不可欠です。従来は、連携ツールの不足とサイロ化されたワークフローが、エンジニアが設計を迅速にテストして改良する能力を妨げていました。解析機能を強化し、デジタルコラボレーションプラットフォームを活用することで、エンジニアはよりシームレスに設計を反復できるようになり、開発サイクルを加速し、新たな可能性を引き出すことができます。戦略的な自動化と、設計空間を創造的に探索する自由によって、メーカーは軽量化、燃費向上、安全性向上を実現できます。これらの機能により、航空機の構造エンジニアリングに関連する非経常コストを大幅に削減することができます。 トレーサビリティの負担をエンジニアから軽減 さらに、航空機構造エンジニアリングのデジタル化を改善することで、エンジニアのトレーサビリティ負担を大幅に軽減し、非経常的なコストを軽減するための重要な利点を引き出すことができます。シームレスに追跡される設計変更により、デジタル化されたワークフローは、より効率的な認証ドキュメンテーションと展開された構成制御シミュレーションを可能にします。これにより、個々の航空機コンポーネントと全体的な荷重との関係が確保され、設計および解析プロセス全体を通じて信頼できるトレーサビリティが実現します。その結果、エンジニアは認証機関へのコンプライアンスをより簡単に証明でき、必要な手作業を減らすことができます。非経常的なコストを軽減するための可能なアプローチの1つは、デジタル化の強化によってエンジニアのトレーサビリティ負担を軽減することです。その結果、メーカーは構造エンジニアリングのワークフローを最適化し、より価値の高いタスクに集中することができます。 結論 その Simcenter™ ソフトウェアシミュレーションおよびテストソリューションは、ソフトウェア、ハードウェア、サービスから構成されるシーメンス Xcelerator ビジネスプラットフォームの一部であり、構造エンジニアリングのワークフローを大幅に強化します。例えば、飛行物理部門と構造解析部門間のデジタル化されたコラボレーションの強化、トレーサビリティコストの削減、データの保存、トレース、後続プログラムでの再利用性の確保などが挙げられます。これらの進化により、航空機の構造設計と解析におけるシミュレーション主導の最適化が促進され、ナローボディ機で最大1億300万ドルのコスト削減を実現できる可能性があります。さまざまな航空機クラスにおけるさらなる緩和策とコスト削減の詳細については、インフォグラフィック「」をダウンロードしてください。航空機の構造設計と解析における非経常コストの削減." 最後に、航空機の構造設計と解析に関する深い技術的洞察をお探しでしたら、以下のサイトをご覧ください。 研究論文 AIAAで発表され、次のページでハイライトされています。 クドスのウェブサイト 大型監視ドローンに適用される統合構造設計と解析」と題されたウェブサイト。

Ansys Additive Solutions による積層造形の可能性を最大限に引き出すソリューション 積層造形（Additive Manufacturing：AM）は、エンジニアが複雑な部品を設計・製造する方法に革命をもたらし、これまでにない柔軟性と効率性を提供します。しかし、そのメリットを最大限に活用するには、設計の最適化から印刷、後処理に至るまで、プロセスのあらゆる段階で、ロバストなシミュレーション主導のアプローチが不可欠です。Ansysは、これらの重要な段階に対応し、精度、信頼性、性能を確保するための包括的なAdditiveソリューションを提供しています。このブログでは、プロセスシミュレーションから材料解析まで、ANSYS Additive の各製品が、AM ワークフローの強化、リスクの最小化、印刷の成功の最大化において、どのように重要な役割を果たしているかをご紹介します。Additiveユニバース ANSYSツールでAMエコシステムがどのように管理されているかを見てみましょう：積層造形用設計（DfAM）。 従来の設計を単に3Dプリンティング用に適合させるのではなく、積層造形（AM）プロセス専用に設計を最適化するエンジニアリング手法。DfAMは、複雑な形状、軽量構造、材料効率など、AM特有の機能を活用して、重量、コスト、製造時間を削減しながら性能を向上させます。DfAMの主な原則には、トポロジーの最適化、格子構造、部品の統合、製造性と後処理を改善するためのサポート材料の最小化などがあります。ここで重要なツールは ディスカバリー そして メカニカル 1つ目は、迅速な形状の修正、格子や軽量形状の作成、積層造形用に最適化された複雑な形状の改良を容易にします。トポロジー最適化ツールは、エンジニアが材料の使用量を削減しながら強度を維持する軽量で有機的な構造を生成するのに役立ちます。このタスクには ディスカバリー そして メカニカル を使用することができます。人工関節は、バイオメディカルアプリケーションにおけるトポロジー最適化のよく知られた例です。ビルドセットアップ ビルドセットアップとは、印刷前の準備プロセスのことです。パーツの方向付け、ビルドプレート上での複数のパーツの位置決め、サポート構造の生成、レイヤーの厚さ、スキャン戦略、材料設定などの印刷パラメータの定義が含まれます。適切なビルド・セットアップは、歪みを最小限に抑え、材料の使用量を最適化し、後処理の手間を減らすために極めて重要です。 Ansys Additive Prep は、積層造形される部品を準備するためのツールです。Additive PrepはAnsys SpaceClaimに組み込まれており、AMプロセスをシミュレーションしてワークフローを継続する場合でも、パーツを直接ビルドチャンバーに送る場合でも、Additiveワークフローに緊密に統合されています。造形時間、サポート量、歪み傾向の優先順位に基づいてパーツを配置し、自動的にサポートを生成します。造形ストラテジーとパラメータを調整し、造形ファイルを生成した後、スライスビューワでスライス内のスキャンベクトルや造形内のスライスを表示し、アニメーション化します。出来上がった最適な向きのパーツとサポートは、関連するスキャンパターンと一緒に、印刷やシミュレーションに使用できます。 アディティブプリント または メカニカル.画像では Ansys Additive Prep. プロセスシミュレーション 積層造形では、計算モデルを使用して、印刷プロセス中に発生する物理現象を予測および解析します。熱影響、残留応力、歪み、反り、過熱、融合不足などの潜在的な欠陥を理解するのに役立ちます。熱分布、材料の挙動、サポートの相互作用などの要因をシミュレーションすることで、プロセスシミュレーションは、印刷前の造形パラメータ、部品の向き、サポート構造の最適化を可能にします。これにより、コストのかかる試行錯誤の繰り返しが減り、部品の品質が向上し、AM生産の信頼性と再現性が高まります。 Ansys Additive Print - パーツの歪みトレッドの予測、造形準備（方向とサポートの必要性）の推奨と検証、プロトタイプテストの削減など、3Dプリントマシンオペレーターがパーツのシミュレーションを迅速に行い、正常にプリントできることを確認するためのスタンドアロンツールです。Additive PrintおよびAdditive Suiteライセンスに含まれます。より高度なシミュレーションは Ansys...

CFturboによる高度なターボ機械設計のパワーを解き放ちます。課題 効率的で信頼性の高いターボ機械の設計には課題がつきものです。エンジニアは、複雑な流体力学や機械的制約を克服しながら、性能、耐久性、コストのバランスを取る必要があります。従来の設計手法では、時間がかかり、エラーが発生しやすいため、最適な性能が得られず、開発コストが増加します。 さらに、ラピッドプロトタイピングと反復試験の必要性が、さらなるプレッシャーとなります。メーカーは、技術の進歩や市場の要求のペースに対応しながら、設計が厳しい業界標準や規制要件を確実に満たすようにしなければなりません。 エンジニアリングソリューション CFturboは、このようなエンジニアリングの課題に対する包括的なソリューションを提供します。先進のシミュレーションツールと最適化アルゴリズムの統合により、CFturboは設計プロセスを合理化し、高性能ターボ機械の開発に必要な時間と労力を削減します。 このソフトウェアを使用すると、ポンプ、ファン、コンプレッサ、ガスタービン、水力タービンなど、さまざまなターボ機械のアプリケーションで詳細な3Dモデルを作成することができます（図1）。ユーザーは、流量、圧力ヘッド、および回転速度に関する設計ポイントの条件を提供する必要があります。それに基づいて、ソフトウェアは装置のタイプを軸流、混合流、遠心流のいずれかに決定します（図2）。図2.設計点を変更しながら装置のタイプを探索 CFturboは、ハブ、シュラウド、ブレードのプロファイルを変更するためのユーザーフレンドリーなドラッグ＆ドロップオプションを提供します。また，設計のどの段階でも3Dモデルを可視化することが可能です（図3）．図3.子午面図と3Dモデルの例 CFturboの性能予測ツールは，設計されたデバイスの性能曲線（H-Q曲線など）を提供し，ターボ機械の設計者にとって，さまざまな設計オプションがデバイスの機能に与える影響を調べるのに非常に役立ちます（図4）．図 4.性能予測 Ansys ソリューションの利点 CFturboとAnsysの統合により、さらなるメリットが得られます。Ansysは、複雑なシステムの詳細な解析を可能にする強力なシミュレーション機能で知られています。Ansysのツールを活用することで、CFturboのユーザーは設計の包括的な評価を行うことができ、最適な性能と業界標準への適合性を確保することができます。 CFturbo は，ANSYS 社の対応する製品に設計をエクスポートするスタンドアロン アプリケーション，または TurboGrid や CFX などの CFD ソルバーに接続するモジュールとして使用する Workbench アプリケーションで，ANSYS 社のツールと統合できます（図 5）．図5.スタンドアロン CFturbo アプリケーション（左）と Ansys Workbench アプリケーション（右） CFturbo と Ansys の機能を統合することで，シミュレーショ ンの精度が向上し，さまざまな運転条件下でのターボ 機械の挙動をより深く理解することができます．また，この統合により，設計チームと解析チー ム間の効率的なコラボレーションが促進され，開 発プロセスが効率化されます．

CFDモデルで相対湿度を求める方法をご紹介します。相対湿度の理解 大気中の空気は乾燥した空気と水蒸気の混合物であり、それぞれの圧力は蒸気圧に等しくなります。相対湿度とは、特定の温度で空気が保持できる最大水分量と比較した、空気中の水分量のことです。通常はパーセンテージで表されます。0（乾燥空気）から100％（飽和空気）までの範囲です。以下の式は、蒸気圧(Pv)と飽和圧力(Psat飽和空気中の水蒸気分圧、どこで f は相対湿度。飽和圧力は文献のさまざまな情報源から入手できます。相対湿度を理解することは、天気予報、HVACシステム（快適性）、室内空気品質管理など、さまざまな用途において非常に重要です。例えば、気温が低い場合、空気は水分を保持する能力が低下し、水分が凝縮して空気から分離しやすくなります。 計算 主な目的は、CFDモデルの境界条件に必要な水蒸気の質量分率を計算することです。与えられた気温と相対湿度に対して特定の質量分率があることに注意してください。最終的には、次のセクションのビデオで説明されているように、これらの方程式を式としてCFD-Postで作成する必要があります。以下の手順に従ってください：飽和圧力を求めます。本には表が載っていますが、この場合はTetens方程式を使います（Monteith, J.L., and Unsworth, M.H. 2008.Principles of Environmental Physics.Third Ed.AP, Amsterdam）。圧力の単位はパスカル。 相対湿度 f が既知の値である場合、前のセクションで示した式を使用して蒸気圧（または分圧、Pp）を決定します。次に、絶対圧 (Pabs)を用い、以下の式で混合比(MR)を繰り返し計算します、最後に、質量分率(MFw)の水蒸気量を以下の式で繰り返し計算します、CFDモデルの設定方法 このデモでは，ANSYS CFX を使用して，2 つの煙突からの流れを定常状態 でモデル化します．また，下図に示すように，Y 軸の正方向に流れる 大気もモデル化しています．大気と煙突からの大気は、速度、温度、相対湿度が指定されています。つまり、このモデルは種輸送を扱います。 相対湿度で色分けされた流体領域と流線 形状は Ansys SpaceClaim で作成し，メッシュは Workbench 内の四面体要素を使用して Ansys Meshing で作成しました．流体領域の範囲は任意に選択したもので，適宜調整することができます．