Adams 機構解析ソフトウェア

1.機構解析とは

機構解析とは、機械システムとして構成される複数の部品と、その部品間の相互作用、外力からなる運動方程式を解くことによって、機械システム全体の動的な動きを時刻歴で解析する手法です。機械の動きを解析することで、機械が想定通りに適切に動作するのか、部品にどのような力がかかっているのか等を検証することができます。さらにこの動きの解析結果から、各部品にどのような力がかかるのか予測することで、部品が壊れないような設計をするための条件を求めることができます。

自動車、オートバイ、電車などの乗り物では、路面や線路の凸凹によって乗員が不快にならないように、車輪から伝わる衝撃を車体に伝えないようにするサスペンション機構があります。これらの機構が適切に動作し、衝撃を伝えづらい諸元検討を行うことができます。また、クレーンのような建設機械は、大きく重たい荷物を運ぶ役割があり、どのような範囲で、どれくらいの荷物を運ぶことができるか、そのためにどれくらいの動力が必要になるのか、荷物を安全に移動させるためにはどれくらいの速度で動かせばよいかなど、クレーンの性能を決定する指標を求めることができます。

機構解析は、現実の世界で動くものをコンピュータ上でモデリングして、その動きを適正化し検討できる技術です。

 

2.機構解析ソフトウェア Adamsの特徴

 

Adams（機構解析ソフトウェア）は、可動部品の動的挙動を研究し、機械システム全体に分布している荷重と力を研究するために役立ちます。

機構解析ソフトウェアAdamsは、世界でもっとも知られた機構解析ソフトウェアの一つです。1970年代に開発が開始、1980年代初頭に販売され、長きにわたり機構解析分野をリードしてきました。汎用利用のためのAdams View、自動車のモデリングに特化したAdams Car、一般機械のモデリングを支援するAdams Machinery、昨今の試作ゼロを目標とした仮想評価環境のためのAdams Realtimeなど、簡単な機械システムのモデリングから詳細モデリング、高速計算に対応しております。また、剛体部品だけではなく、弾性/弾塑性特性を考慮した部品を取り扱うことができます。さらに、構造解析ソフトウェアトウェアのMSC Nastran、熱流体ソフソフトウェアscFLOW、STREAMとのCo-Simulation（連成解析）の実現により、より実現象に近く、複雑な条件下の解析が可能です。

多くの場合、製品メーカーは、設計プロセスの最後まで真のシステム性能を把握することに苦労しています。機械、電気、その他のサブシステムは、システムエンジニアリングのプロセスで特定要件に対して検証されますが、完全なシステム試験と検証が遅れると、早期の検証よりリスクやコストが高くなり、手直しや設計変更につながります。

エンジニアはAdamsのシミュレーションを通じて、動作部品の干渉、製品強度と振動、作動制御といった異なる技術分野の複雑な相互作用を評価・管理し、性能、安全性、快適性のために製品設計を最適化することができます。

 

3.機構解析ソフトウェア Adamsの強み

機械が動作している中で、壊れると言った場合、どのような動作により問題が発生するのか、その対策はどうしたらよいのか、試験及び対策品を作って確認などコストがかかります。Adamsを使うことで、機械動作を机上で再現し、動きの中で発生する力や振動が明確になり、机上で対策案を検討することができます。また、対策として効果的なものを実際に作って効果を確認します。このような仮想実験を主体とした開発は、コスト低減、開発期間の短縮を実現し、仮想実験によるノウハウの蓄積・技術継承にもつながります。

 

「現実世界」の物理学をシミュレーション

世界で最も良く知られ、広く使用されているMultibody Dynamics (MBD) ソフトウェアの製造元、 Adams（機構解析ソフトウェア）は、システムレベルの設計検証を早期に行うことで、設計効率を向上し、製品開発コストを削減します。エンジニアは、動き、構造、作動、制御を含む専門分野間の複雑な相互作用を評価・管理し、性能、安全性、快適性のために製品設計を最適化することができます。Adamsは、広範な分析機能に加え、高性能コンピューティング環境を活用し、大規模な問題に最適化されています。

Adamsは、マルチボディダイナミクスソリューション技術を利用して、FEAソリューションに必要とされる時間の数分の 1で非線形動的解析を実行します。Adamsシミュレーションが計算した荷重と力が、動きの全範囲と動作環境全体でどのように変化するかをより正確に評価することにより FEA の精度を向上します。

 

「Adamsのシミュレーションにより、当社は FE 分析を通じて異なる荷重条件を調査することができました。これにより最も重要性の高い荷重の組み合わせを実証できました。」
Bianchi F - AgustaWestland

 

自動車の操縦安定性の検討

自動車の操縦安定性は、車両の運動性能としてタイヤ力、サスペンション形式、コンプライアンスステア、さらにボディ剛性など、静的な特性と動的な特性の組み合わせに大きく左右されます。そのため、剛体部品によるサスペンションのリンク機構だけではなく、コンプライアンスステアやボディ、サブフレーム、各取り付けブッシュなど様々な要素を組み込む必要があります。Adamsでは、剛体、弾性体、線形ブッシュ、非線形ブッシュ、タイヤモデル等様々な基本要素が用意されており、これらの活用によって高精度なモデル構築が可能です。また、机上のドライバーモデルでの走行試験の実施を行い、操縦安定性の検討、各部品への入力予測を行い、部品設計での重要な情報を得ることができます。このような複雑なモデルにおいても、AdamsはリアルタイムOSに対応することで、実機の操縦安定性のシミュレータの車両モデルにそのまま利用することが可能です。机上で計算した特性を設計者がシミュレータを通して効果を理解し、より良い設計に結び付けていくことができます。
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4.機構解析と構造解析の違い

構造解析では、それぞれの部品単体について応力やひずみの評価をすることが得意です。一方で、多くの部品からなるシステムの評価をするには、モデル作成や計算に要するコストが高く、また一般に大変位・大回転を伴う挙動のシミュレーションはあまり得意ではありません。

 

機構解析は、多数の部品からなる機構システムの挙動を効率よくモデリングし、部品の変位・速度・加速度・力という動的な挙動を評価します。Adamsでは、弾性体という微小ひずみを表現する部品を用いることができ、これによりAdamsにおいて実稼働状態の応力やひずみの評価も可能です。

5.Adamsの多分野ソリューション

Adamsの利用可能なオプションモジュールにより、機械部品、空気圧、油圧、電子機器、制御システム技術を統合し、これらのサブシステム間の相互作用を正確に説明する仮想プロトタイプを構築・試験することができます。

 

Adams制御システムの統合 - Adams ControlとAdams Mechatronics

Adams Mechatronicsは、簡単に制御システムを機械モデルに組み込むためのAdamsへのプラグインです。Adams MechatronicsはAdams Control機能に基づいて開発され、制御システム間で情報を転送するモデリング要素が含まれています。例えば、Adams CarでAdams Mechatronicsを使用すると、制御システムを含む車両システムのアセンブリを素早く作成でき、それらのパフォーマンスと動作を理解するために解析を行うことができます。

• 複雑な制御システムのAdamsモデルへの追加
• Easy5®またはMATLAB®などの制御アプリケーションで作成したブロック図モデルにAdamsモデルを連携することが可能
• シミュレーションをAdamsや制御ソフトウェアまたはコシミュレーションにおいて実行することで、問題に適した柔軟なシミュレーションが可能
• Adams Controlsにおいて、高度なプリ処理が可能
• 機械システムに対する制御システムのセットアップおよび連携が可能
• 信号ユニットの自動変換
• 制御システムに変換機とアクチュエータ信号を簡単に接続
• 制御システムの入力と出力の仕様を容易に再検討および変更することが可能
• 複雑な統合に適している

Adams 弾性体統合 - Adams Flex & Adams Viewflex

Adams Flex は、全体的な動きが大きい場合や、他のモデリング要素との複雑な相互作用がある場合でも、部品の弾性を正しく取り込むための技術を提供します。最近では、高速、軽量、精密な機械システムに重点が置かれています。多くの場合、これらのシステムでは、変形効果が設計分析にとって最も重要であり、剛体の仮定がもはや有効でなくなった1 つ以上の構造部品が含まれます。Adams Flex は、ほとんどの主要なFEA ソフトウェアパッケージから有限要素モデルをインポートすることを可能にし、便利なモデリングと強力な後処理機能にアクセスできるAdamsパッケージに完全に統合されています。

• FEA ベースの弾性体をモデルに統合
• 構造上のコンプライアンス表現を改善
• 荷重と変位を高精度で予測
• 弾性モデルの線形システムモードの検討
• モード寄与係数と減衰への広範かつ便利な制御

Adams ViewのViewFlex モジュールを使用することで、メッシュ分割ステップと線形モードの解析を行う組み込みの有限要素解析を使用して、剛性部品を MNF ベースの弾性体に変換することができます。MSC Nastran を搭載するこの新しい製品モジュールでは、 Adams Viewを終了したり、サードパーティ有限要素解析ソフトウェアを使用することなく、弾性体を作成することができます。また、これは従来のAdams向けの弾性体の生成方法よりもはるかに高効率で合理化されたプロセスです。

• Adams View または Adams Car内で弾性体全体を生成
• MSC Nastranの技術によりサードパーティFEA解析ソフトウェアへの依存度を軽減
• 既存のソリッド形状、インポートされたメッシュ、または新しく作成された押出成形形状から弾性体を生成
• メッシュ、モーダル解析、および弾性体アタッチメント設定の詳細なコントロールにより、部品の弾性を正確に表現

Adams Durability - CAE Fatigueと連携した、部品の寿命予測を実行

耐久試験は製品開発の重要な側面であり、開発サイクル後期で発見された問題は、プロジェクトの遅延や予算超過につながります。さらに使用中の不具合は、顧客の不満、安全性の問題、保証コストの問題につながります。Adams Durability は、機械システムにおける部品の応力、ひずみ、寿命の評価を可能にし、長寿命の製品設計を実現します。業界標準のファイル形式で物理試験データに直接アクセスできるため、試験中に取得された荷重データを使用し、シミュレーションと試験結果を容易に相関させることができます。

• 開発サイクルを短縮し、コストのかかる耐久試験を低減化
• ディスク容量要件を削減し、パフォーマンスを向上するために、RPC III および DAC 形式ファイルで直接出入力が可能
• Adamsにおいて、弾性体のモーダルストレスリカバリーを実施
• 詳細な応力解析用に、構造解析ソフトウェア MSC Nastranを含む主要なFEA ソフトウェアに荷重をエクスポート
• CAE Fatigueと連携した部品の寿命予測解析の実行および、結果のインポート

Adams MaxFlex : 非線形弾性体組み込みオプション

近年、高速・軽量・高精度な機械システムが重視されています。このようなシステムには、設計上、変形による挙動や反力の把握が重要な構造部品が含まれることがあります。
それらの重要なコンポーネントの柔軟性を解析モデルに含めることで、より正確な負荷予測とシステム性能の向上が実現されます。Adams MaxFlex オプションを用いることにより、幾何学的非線形性（大変形、座屈）、材料非線形性、境界条件非線形性を考慮した変形可能なコンポーネントをモデルに追加することができます。従来のAdams Flexでは線形領域での変形（代表長さのおよそ10%までの変形量）を取り扱うことができましたが、Adams MaxFlexでは陰解法非線形有限要素解析に基づくモデル作成プロセスにより、非線形領域の大きな変形まで正確に表現可能になりました。この作成プロセスは自動化されており、簡単な手順でAdamsモデルに非線形性を含む構造モデルを実装できます。

Adams Car : 車両解析

Adams CarはAudi、BMW、Renault、Volvoなどの世界のトップ自動車メーカーのコンソーシアムによるコラボレーションによって生まれた車両解析に特化した製品です。業界標準のツールとして世界中で200を超える自動車·部品メーカーで使用されています。
Adams Carを用いることで、車両全体および車両サブシステムを備えた機能上の仮想プロトタイプを簡単に作成できます。Adams Carのモデルを用いて、バーチャルなテストコースや実験室環境で現実の挙動をシミュレートし、改良することができます。
設計条件やシミュレーションの結果を技術チームの全メンバーが同じように共有し、車両のパフォーマンスの評価および最適化することが可能になります。

Adams Real Time：リアルタイムで解析

Adamsは、自動車業界の車両性能を詳細に検討するツールとして長い歴史がありますが、リアルタイムオプションを用いることにより、ソフトウェア・インザループ（SIL）、ハードウェア・インザループ（HIL）、先端車両運転支援システム（ADAS）などのオンライン同期計算にも、高精度なAdamsの車両モデルを利用することが可能になります。

Adams は、低次元化モデル (ROM) ソリューションとは異なり、機械システムの高周波応答を取得できます。これは、強制振動、乗り心地解析、タイヤと路面の相互作用におけるシステム応答を正確に予測するために重要です。

「1つの機構解析ツールと1つの車両モデル」をオフライン解析/オンライン解析を問わずに用いることにより、従来の車両開発工程に対して数週間単位の期間短縮を実現するだけでなく、異なるソフトウェア間での車両モデル変換のための作業時間や自由度縮約時の精度検証時間といった解析前作業時間の削減が可能になります。

Adams Machinery：機械要素作成支援

Adams Machinery は駆動系の機械要素のモデリングを強力に支援するパッケージです。

モデリングが可能な対象物：ギヤ/ ベルト / チェーン / ベアリング / ケーブル / 電気モーター / カム機構

機械要素や機械システムのバーチャル・プロトタイプを設計サイクルの早い段階で作成できるため、試作品を実際に作成するより前に一連のテストを仮想環境上で実行できます。Adams Machinery を利用すれば、試作品を少なくし設計サイクルを短縮することができるため、より短時間で要求される機能を満たせるようになります。

 

Adams View環境に組み込まれた専用のウィザード形式（対話型）のGUIから多様なモデリング効率向上のためのモジュールが選択でき、機構モデルおよび評価を容易にする結果リクエストを作成できます。Adams Viewの標準的なモデル作成機能よりもはるかに速く、よく使用する機械要素を構築できます。

 

6.他のCAEソフトウェアと絡めた連成解析

心臓弁の動作検証

心臓弁のように、血流（液体の流れ）によって、弁が開閉する仕組みがあります。ここで検討した弁は、血栓が溜まらないように、リングにピン拘束されているのではなく、３枚の弁とリングが、特定位置に固定されるのではなく部品間の接触によって拘束されているものを考えました。このようなケースにおいて、Adamsでは、部品間の形状接触機能を用いてモデル化し、一方で、熱流体ソフトウェアscFLOWでは、血管と弁表面を血液の流路としてモデル化しました。弁表面にかかる圧力から求めた各弁にかかる力をscFLOWからAdamsへ受け渡し、その力と弁同士の接触によって求まる各弁の位置と姿勢をAdamsからscFLOWへ受け渡すCo- Simulation(連成解析)を実施しました。これにより、血流条件における弁の開閉動作、及び、弁の脱落の有無等の検討を行いました。

動きの中で発生する音の解析

ほとんどの機械は動くことによって音が発生します。音の発生メカニズムは同じでも、楽器のような心地よい音から、不快な騒音があります。音はその機械で発生する振動が周りの媒体（一般的には空気）を通じて、人間の耳に伝わります。Hexagonの時刻歴の音響解析ソルバーを持つActranを活用することで、Adamsで求めた動きの中での部品の表面振動をActranに受け渡し、音の伝搬を時刻歴で解くことで、機械から発生する過渡的な音を予測することが可能です。

7.Hexagonの安心のサポートケア

Hexagonでは、複数言語に対応したサポート体制を整えており、日本国内のお客様に対しては日本のエンジニアが対応いたします。お問い合わせの際の言語に合わせて、最適な形でサポートを提供します。保守契約・リース契約のお客様については、電話、Web、メール等で製品に関する各種サポートを提供しております。

さらに、製品サポートを越えたより具体的なお客様の課題解決についても、有料で対応可能です。お客様が弊社製品をより効果的にご利用いただけるよう支援させていただきますので、何かご不明な点がありましたら、販売担当者までぜひお問い合わせください。

 

8.トークン制システム「MSCOne」について

Hexagonはお客様の様々なニーズに応えられるよう、トークン制システムを展開しています。例えば、開発設計の様々なフェーズで複数の種類の解析を行いたいが、全てのソフトウェアを購入することが難しい場合や、年に数回しか構造解析を実施する予定がなく、買い切りまでは踏み切れないといったお客様には、トークンライセンス制システムの「MSCOne」をご提案しております。MSCOneのトークンご購入いただくと、ご契約トークン数の範囲で様々なソフトウェアを柔軟にご利用いただけます。例えば、Adams（機能解析ソフトウエア）から、構造解析（MSC Apex/MSC Nastran/Marc)、音響解析（Actran）や流体解析（scFlow）を実施されたい場合、3種類のソフトウェアを個別で購入するのではなく、ご契約トークン数から用途に合った解析を実施することができます。MSC Apex、さらにAdams Modelerは、MSCOneのラインナップに含まれています。

9.Adamsのモジュール一覧

10.機構解析ソフトウェア Adamsと関連するCAEソフトウェア

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