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設計者CAEソリューション「解析工房」

設計者CAEソリューション「解析工房」

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PreSightの設計者CAEソリューションの「解析工房」は、自信を持って解析を実施できることを目指す設計者のための講習(座学)プログラムです。解析ソフトを自分の道具として使いこなすために必須の「材料力学」と「有限要素法」をしっかりと習得できます。

解析工房

なぜ設計者CAEが必要なのですか?

  • 設計者が解析を行なうことが増えてきました。そして今後も増え続けることでしょう。
一方で、設計者がカンタンに使えるように工夫を凝らした設計者向けの解析ソフトも出揃った感があります。これらのソフトの宣伝文句には、「設計者でもカンタンに使えます!」と謳われています。
果たして、本当にそうなのでしょうか。確かに「操作」は誰にでもカンタンに使えるようになっています。クルマに例えれば、昔の解析ソフトの操作性がマニュアル車だったとすれば、今時の設計者向けの解析ソフトは、まるでオートマチック車の操作性です。
マニュアル車であっても、オートマチック車であっても、クルマを運転する前に必ず必要なコトがあります。それは運転免許を取得することです。
ピアノも同じです。ピアノだけ購入しても美しい曲を奏でることはできません。もちろん独学という手もありますが、まともに曲を奏でることを目的とするならば、音楽教室に通った方がいいに決まっています。
これまでたくさんの設計者向けの解析ソフトを評価してきました。昔に比べると操作は驚くほどカンタンになりました。ただしそれはあくまでも、マニュアル車がオートマチック車になったのと同じレベルなのです。

正しい解析を行なうために、自動車教習所や音楽教室にあたる部分は何になるのでしょうか。
  • 正しい解析を行なうためには、材料力学や有限要素法の基礎知識が必要になります。
これは解析ソフトの操作教育では、ほとんど学ぶことができません。また教育に含まれていたとしても、ほんのさわり程度です。材料力学も有限要素法もどちらも成熟した学問です。よって奥が深いです。そのすべてを把握しようとすると、相当な時間が必要になります。
解析工房では、正しい設計者解析を行なうために最低限必要な材料力学と有限要素法をお教えします。材料力学や有限要素法のことを「座学」と言います。

なぜ解析工房が必要か。それは材料力学や有限要素法の座学なくして、正しい解析はできないからです。この事実は理想ではありません。真実です。

解析工房

解析工房では何を習うのですか?

  • 解析工房では、設計者が解析を使う上で知っておかなければならないことを解説します。
解析工房で何を学ぶか。そのひとつは材料力学です。
材料力学は成熟した学問です。それは学問として広く深いことを意味します。設計者が解析を行なう上で、材料力学を隅から隅まで熟知している必要はありません。解析に関連したポイントだけを理解していればいいのです。材料力学の一般的な教科書を理解し、そのポイントを抜き出すことは、相当、時間のかかることです。材料力学の書籍を見るとわかりますが、数式が多く、理解するためには、それ相当の数学の知識も必要となります。設計者が正面から取り組むには敷居が高いでしょう。
解析工房では、解析に必要な材料力学の知識を厳選して教育します。解析工房のテキストに数式はほとんど登場しません。豊富なイラストやムービーで材料力学のポイントを解説します。受講者の皆様の頭の中に、共通のイメージを持ってもらうことによって、生きた知識を身につけることができます。
解析工房の材料力学で習得する項目は以下のとおりです。
  • 単位系と換算
  • 主応力
  • 降伏条件
  • 許容応力度設計法
  • 内力と外力
  • 部品に発生する変
  • 応力とひずみの関係
  • そのほかの材料定数
  • 応力について
  • ひずみについて
  • フックの法則
  • 安全率
  • はりモデルについて
  • ひずみの成分
  • ヤング率
  • 断面二次モーメント
  • 部品に発生する応
  • 材料の性質
  • チカラの状態
  • 片持ちばりの手計算
  • 応力の成分
  • 弾性と塑性
  • 横弾性係数
  • ミーゼス応力
  • 材料の性質
  • ポアソン比
  • 解析工房で何を学ぶか。そのふたつめが有限要素法の基礎です。
設計者解析では有限要素法をブラック・ボックスとして扱います。ところが解析の心臓部が有限要素法である以上、その仕組みを知っておくことには十分価値があります。設計者は有限要素法のソフトを開発するわけではないので、有限要素法の理論を詳細に知る必要はありません。有限要素法の仕組み程度を知るだけでよいのです。
有限要素法の仕組みをしっていると、より精度の高い解析を行なうためのメッシュ分割や解析結果の評価の見方が本質的に変わってきます。解析ソフトが表示する最大応力を盲目的に信じていいのかどうか、判断ができるようになります。
解析工房の有限要素法の概論で習得する項目は以下のとおりです。
  • 解析のプロセス
  • ソリッド要素
  • 有限要素の次数
  • 剛性マトリックス
  • 有限要素モデルとは
  • シェル要素
  • 要素の精度
  • 構造解析3つの要素
  • 節点と要素
  • バー要素
  • 解析の品質と要因
  • 荷重条件
  • 実物から解析モデルへ
  • 剛体要素
  • メッシュ・サイズ
  • 拘束条件
  • 有限要素の種類
  • 質量要素
  • 自由度
  • 解析結果のチェック
  • 解析工房ではほかにもさまざまなことを解説します。
解析が有効な範囲を見極める方法や、線形と非線型のちがいについても解説します。フックの法則や運動方程式についても復習します。また実際に解析ソフトを使って、それがどれほど理論解と合わないのか、合わない理由は何なのか、合わせるためにはどのようにすればいいのかも実習します。
解析工房では、解析に必要な座学を中心に、それを体系付け、解析に必要な総合的な知識として学ぶことができます。

解析をやる、やらない以前に、すべての設計者は材料力学くらいは知っておくべきではないでしょうか。

講習期間はどのくらいですか?

  • 設計者はどんどん忙しくなってきています。忙しさは加速度的に増しており、定時に帰路に就くことのできる設計者はほとんどいないと言っていいでしょう。
そんな設計者たちが新しいスキルを見につけるために割くことのできる時間は極めて限られています。
3次元CADの操作の講習会では通常、3日~5日くらいが必要です。実際には、設計者が連続して5日間、設計業務をストップすることはできません。しかしながら、何か新しいスキルを身につけようと思った場合、最低でも2.5日~3日くらいの時間は必要です。解析工房は最低で2.5日、最長で3日を想定してデザインされています。この期間は連続して取得する必要があります。1日あたりの講習時間は6時間としています。朝10時スタートで、昼休みを1時間はさみ17時に終了します。受講者のメール・チェックなど、最低限必要な業務を行なうことを考慮しています。

講習スケジュール例

 

1日目

材料力学

2日目

有限要素法

3日目

CAE実践
10:00

12:00
  • 応力
  • 単位系
  • ミーゼス応力
  • 主応力
  • ひずみ
  • 応力とひずみの関係
  • 材料特性と定数
  • 降状応力
  • 解析の種類
  • 解析のプロセス
  • 接点と要素
  • 実物から有限要素モデルへ
  • 接点座標と要素構成番号
  • CAEで扱う範囲
  • 解析の流れ
  • 理論解とCAEの比較
  • 結果の評価
  • 形状の簡略化
  • 境界条件
  • メッシュの品質
13:00

17:00
  • フックの法則
  • ヤング率
  • ポワソン比
  • 形容応力度設計法
  • 集応力とミーゼス応力おの使い分け
  • 安全率
  • 有限要素の種類
  • 有限要素の種類と次数
  • 要素と連続体
  • 自由度
  • 剛性マトリクス
  • 構造解析の3要素
  • メッシュサイズと精度
  • 解の特異性
  • 演習課題
  • この時間設定は、お客様の事情に合わせてフレキシブルに対応することが可能です。

平日での開催が難しい場合は、祝祭日、休日でも対応いたします。また連続して受講することが困難な場合には、受講内容を小分けにし、例えば、業務が終了した18:00から20:00までの2時間を何度か積み上げることによって、カリキュラムを消化するように計画することもできます。

  • 連続した2.5日縲鰀3日の講習期間
  • 業務時間終了後の時間を利用した分割受講も可能
  • 必要最低限の業務を確保する1日6時間の講習時
  • 早朝の時間帯を利用した分割受講も可能
  • 休日、祭日も柔軟に対応

講習場所はどこですか?

  • まとまったスキルを身につけるための場所は、道場のように神聖であるべきだと考えています。
解析工房はまさに修行の場であるということができます。
解析工房を受講する場所は弊社でもお客様のサイトでも、どちらでもかまいません。お客様の都合に合わせて対応いたします。
お客様のサイトで解析工房を開催させていただく場合には、お願いしたいことがあります。
確かにどのような環境でも勉強をすることが可能ですが、できるだけ気持ちよく効果的に受講していただくために、解析工房では以下のような環境の提供をお願いしています。
まずは講師を中心に受講生がまわりを囲むような「コの字」の机のレイアウトをお願いします。解析工房では講義が一方通行にならないように、様々な形で講師と受講生がコミュニケーションをとります。このためにこの机のレイアウトがベストです。
また設備としてプロジェクターとホワイト・ボードの準備をお願いいたします。もちろんプロジェクターやホワイト・ボードがない場合は、弊社で対応させていただきます。
受講者6名の場合のレイアウト例
解析工房の風景

どんな講師が教えるのですか?

  • 解析工房だけでなく、このような講習会で非常に重要なのが、講師と受講者の信頼関係です。

その信頼関係の中核となるのが、講師のスキルです。
解析工房はあるひとりの男によってデザインされました。
その起源は彼の大学時代までさかのぼります。
彼は建築学を専攻していました。その必修科目として材料力学がありました。講義を聴いてもチンプンカンプン...。彼は見事に単位を落としてしまいました。
材料力学は必修科目です。再履修のチャンスは一度だけ。それでも単位を取得できないと彼は留年になってしまいます。
彼は必死で教授の授業を聞きました。数式は得意ではありません。彼はノートに自分で理解したことをイラストで描きました。
そして授業が終わると教授の研究室を訪れ、自分のイラストと理解があっているかどうか、教授に確認してもらいました。
それを一年間続けたのです。
そしてめでたく材料力学の単位を取得することができたのです。

  • 材料力学を一度落として、再履修した男とその弟子たちが解析工房を教えます。解析工房は工学や数学の何の知識を持たない人でも、材料力学と有限要素法がわかるようにデザインされています。再履修の時のイラストを書きためたノートが解析工房のテキストの土台となっています。

どんな人でもわかる材料力学と有限要素法の講義があるWebサイトの編集者の目にとまり、その男は劣等生であったにもかかわらず、劣等生でもわかる連載を開始しました。材料力学と有限要素法を合わせてすでに80000字を超える大型連載となりました。
解析工房がどれほどわかりやすいかは、その連載にザッと目を通していただければわかります。

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大学の教授のような講義ではなく、デンジロウ先生のように材料力学と有限要素法を教えす。

受講するために何か資格が必要ですか?

  • 解析工房には受講資格はありません。どなたでも受講できます。

強いて言えば、「日本語がわかること」くらいでしょうか。ただしご要望があれば英語でも対応いたします。
解析工房はこれまでたくさんの方に受講していただいています。
その裏事情には以下のようなデータがあります。材料力学と有限要素法についてその理解度についてのアンケートをとったところ以下のようになりました。

集計結果

恐るべきことは、このアンケートの対象者は、解析を行なっている、もしくは行なおうとしている設計者だ、ということです。この状況に危機感を感じた感じた会社が設計者の解析工房の受講を希望されます。

  • 解析工房は、材料力学や有限要素法の知識に自信はないが、仕事で解析を利用したい、利用しなければならない方にぜひ受講していただきたいプログラムです。

解析工房では、学問として材料力学や有限要素法を深く掘り下げるわけではありません。ですから高度な数学の知識は必要ありません。工業高校の材料力学の授業と同程度か、もしくはそれよりもカンタンだと思います。中学生でも理解できると思います。

  • また設計レビューを審査する立場の管理者の方々も受講していただいています。

最近は設計者が解析を行なう機会が増え、その結果が設計レビューで発表されることが多くなってきています。それをレビューする人が解析の条件や内容をわかっていなければならないのは当然のことです。
設計者が行なった解析の裏側には、様々な危険が潜んでいます。例えば最大応力には本当の最大応力と有限要素法特有の特異点によるウソの最大応力があります。解析ソフトウェアはそんな事情は関係なく、数値的に最大の応力を表示してしまいます。設計者がそのことをわかっていればいいのですが、それをわかっていない場合、解析結果をレビューする人がわかっていないと、間違った設計強度を認めてしまうことにもなります。

解析工房は、設計者の方にも、管理者の方にも受講していただきたいプログラムです。

どんなふうに教えるのですか?

  • 小難しくて退屈な材料力学や有限要素法の座学をいかに教えるか。これが解析工房の特徴です。

解析工房は単なる講義ではありません。
まず言えるのが、講師と受講生の徹底的なコミュニケーションです。
このコミュニケーションの基本となるのがテキストです。
テキストはCADLABによる完全オリジナルです。テキストはそれ自体が完成品ではありません。要所要所がブランクになっており、「穴埋め式」になっています。講師の説明を聞きながらこのブランクを埋めていくことによって、はじめてテキストが完成します。
さらにテキストは最初にすべてを配布しません。講義の進捗に合わせて章ごとに配布します。そのテキストのブランクを受講生が埋めて、バインダーに順次、綴じていくことによって、自分だけのテキストが完成することになります。

  • 材料力学と有限要素法のテキストのサンプルをぜひご覧になってください。本編は200ページを超える大作です。

さらに講義中は、講師が受講生に質問しまくります。正解がある質問もあれば、単に意見を聞くだけの会話もあります。受講生は内職をしたり、眠くなったりする暇はありません。

  • さらに有限要素法のメリットとデメリット、それに仕組みを理解するために実習を行ないます。

手計算を行なったり、有限要素法のアプリケーションを使ったり、実際の動作を確かめながら、材料力学と有限要素法を確実に身につけることができます。形状の定義、有限要素作成、解析、結果表示のすべてをフリー・ソフトで行なうことができます。フリー・ソフトは市販のソフトほど便利ではありませんが、有限要素法や解析の根本的な仕組みを理解するのに優れているのです。
皆さんがお使いの解析ソフトを使い、皆さんが設計している部品の解析を実習に取り込むことも可能です。
またこれまでCADLABで入手した解析の現象や事例をムービーを使ってわかりやすくご紹介します。例えば振動現象の説明では、「タコマ橋の自励振動による崩落」という衝撃映像を使って説明します。共振の説明では、男性4人でもビクともしない日本最大の釣り鐘を女性が指一本で揺する実験のドキュメンタリーのムービーを使って説明します。
講師の豊富な解析の経験と豊富な資料で材料力学と有限要素法、そして設計者の解析を伝授いたします。

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