SOLIDWORKS Simulation｜設計者向け解析ソフトウェア

SOLIDWORKSの解析ツールの特長

CADと同じ画面のまま解析できる

SOLIDWORKSの解析ツールは、SOLIDWORKSにアドインして動作します。モデルウィンドウ内の設計モデルに直接解析条件を与えられるため、解析による評価と設計変更による改善を同じ画面で繰り返せます。

操作はSOLIDWORKSと同じインターフェイスと用語で、解析条件の設定はプロパティマネージャを使って行います。SOLIDWORKSで定義した材料特性とコンフィギュレーションはそのまま解析に引き継がれ、結果はジオメトリ上に重ねて表示できます。モデルを変更した後も、解析条件を組み直さずに再計算できます。

SOLIDWORKS上で動作しない解析ソフトウェアを使う場合は、いったん中間ファイル形式に保存して解析し、設計に戻って変更する手順になります。SOLIDWORKSの解析ツールでは、この受け渡しが要りません。

設計者自身が試作前に確かめられる

解析の専任者に依頼するのではなく、設計者自身が解析を行う進め方を設計者CAEと呼びます。設計から試作、試験、設計変更を繰り返す進め方に対して、設計の段階で解析を挟むことで、設計サイクルが短くなります。

設計者CAEで得られるものは、設計物に対する根拠のある設計、会社全体での設計品質の向上、耐久試験のコスト削減、解析を含めた設計ノウハウの伝承です。解析の結果を数値の根拠として残せるため、担当者の経験に依存していた判断を次の世代へ引き継げます。

専門知識がなくても設定を進められる

解析の設定でつまずきやすい箇所は、ソフトウェア側が案内します。

• アドバイザー機能が、条件設定と結果評価の手順を案内する
• 拘束条件と荷重条件は、イメージ画像を見ながらCADの面やエッジに対して設定できる
• メッシュやソルバーの知識がなくても、SOLIDWORKSがアシストする
• メッシュのエラーは、原因と場所、対処法をメッシュ診断ツールが案内する
• 部品の接合状態から接触を自動で検出し、接触の定義をプロットで可視化する
• 不安定な部品の検出と、部品間の微小な隙間の自動接合を行う
• Toolboxで作成されたボルトを、自動的にボルト結合条件へ変換する

複数の設計案を一括で比較できる

SOLIDWORKS Simulation Standard以上のグレードでは、「デザインスタディ」と「傾向トラッカー」の機能が使えます。

デザインスタディは、寸法や材料などの設計変数に値を指定し、センサーを制約条件として、値の組み合わせごとに解析を実行して結果を比較する機能です。厚みや形状、寸法を変えた設計案をまとめて評価でき、採用する案を選ぶと、その寸法がCADのモデルに反映された状態で設計に戻れます。

傾向トラッカーは、線形静解析のスタディを繰り返し、応力、変位、安全率の結果がどう変化するかを追跡する機能です。基本となるベースライン解析を設定しておけば、条件を変更して結果を上書きしても、前の結果情報を後から取得できます。

さらに、SOLIDWORKS Simulation Professional以上のグレードでは、実験計画法を使い、目標に対する最適な設計構成を求める設計の最適化と、応力や剛性、振動の要件を満たしながら最小限の材料で形状を導くトポロジー最適化スタディも利用できます。

他社CADのデータも解析できる

SOLIDWORKS 2017以降の3D Interconnectにより、他社の3次元CADのネイティブデータを、中間ファイルへの変換を挟まずSOLIDWORKSへ取り込めます。取り込み後にそのまま解析を実行でき、複数のCADで作成されたデータのアセンブリ解析も行えます。

繰り返す解析を自動化できる

繰り返す解析は、SOLIDWORKS APIとSOLIDWORKS Simulation APIで自動化できます。VBAに対応しており、Excelから操作できます。解析の作成、材料や拘束、荷重の設定、結果の出力を自動化できるため、寸法値を変更したら解析を実行する、材料やメッシュサイズを変更したら再度解析を実行するといった手順を組めます。

解析結果を関係者と共有できる

解析結果は、さまざまなプロットを含めたカスタムレポートとして、WordやHTML形式で出力できます。3Dのビュワーデータで書き出せるため、SOLIDWORKSを持たない関係者にも3Dの状態で解析結果を確認してもらえます。eDrawingsでの結果表示にも対応します。

製品ラインアップ

SOLIDWORKSの解析ツールは、構造シミュレーション、数値流体力学、プラスチック射出成形モデリング、電磁シミュレーションの分野をカバーします。このうち設計者が実施する解析は、構造解析、熱流体解析、樹脂流動解析の3つです。

提供の形態は、SOLIDWORKS上で動作するデスクトップ版と、クラウド上の計算サーバーで解析を実行するクラウド版に分かれます。設計中に即座に設計検証を行いたい設計担当者にはデスクトップ版、高度で複雑な問題を扱う開発・解析担当者にはクラウド版という住み分けです。

デスクトップ版には、SOLIDWORKSに標準搭載された無償のSOLIDWORKS Simulation Xpressと、SOLIDWORKSにアドインして使う有償の3製品があります。有償の製品は、構造解析のSOLIDWORKS Simulation、熱流体解析のSOLIDWORKS Flow Simulation、樹脂流動解析のSOLIDWORKS Plasticsで、それぞれ別の製品として提供されます。

SOLIDWORKS Simulation Xpress

SOLIDWORKSに標準搭載された無償の解析ツールです。SOLIDWORKSをお使いであれば、追加の費用なしで利用できます。対象は単一部品の線形静解析で、メッシュ分割やソルバー選択などの複雑な設定は要りません。拘束、荷重、材料を設定して解析を実行する4ステップで進み、応力、変位、安全率を短時間で視覚的に確認できます。結果レポートの自動作成にも対応します。利用の準備として、アクティベーションコードを入手します。

まず興味のある部品を1つ選んで応力や変位を見てみる、という始め方ができます。アセンブリの解析、固定以外の多様な拘束、重力や遠心力や温度荷重を含む多様な荷重、独自に定義した材料、メッシュのカスタム設定は、有償のSOLIDWORKS Simulationが受け持ちます。

SOLIDWORKS Simulation

構造解析を担う有償の製品です。3つのグレードがあり、実施したい解析が増えるにつれて守備範囲が広がります。グレードごとに実施できる解析は次のとおりです。

Simulation Standard	線形静解析、疲労解析、機構解析（Motion）、デザインスタディ、傾向トラッカー。ボルトやピンなどの結合要素を用いたアセンブリの応力評価に対応
Simulation Professional	Simulation Standardの範囲に加えて、固有値解析、座屈解析、熱伝導解析、落下試験、圧力容器設計、設計の最適化、トポロジー最適化スタディ、イベントベースの機構解析、サブモデリング、2次元簡略化
Simulation Premium	Simulation Professionalの範囲に加えて、非線形解析、線形動解析、非線形動解析、積層材解析

3つのグレードに共通する機能は、固体要素とシェル要素と梁要素によるFEAモデリング、標準の相互作用とコネクタ、荷重および拘束、診断ツール、レポート機能です。Simulation Professional以上では、単一のスタディで複数の荷重組み合わせを評価する荷重条件マネージャー、熱接触抵抗や絶縁条件を含む高度な相互作用とコネクタ、複雑なジオメトリのメッシュを迅速に作成する多彩なメッシュ作成も使えます。

SOLIDWORKS Flow Simulation

熱流体解析を担う有償の製品です。気体と液体が設計の内部や周囲をどのように流れるかを解析します。

扱える流れは、内部流れと外部流れに加えて、自由表面の流れや多成分の流れにも及びます。流体はニュートン流体と非ニュートン流体、圧縮性の気体と実在気体を扱えます。多孔質媒体、ファン、ヒートシンクといった構成要素の挙動は、標準搭載の工学データベースを使って設定できます。

扱う対象に応じてモジュールを追加できます。電子機器向けの電子冷却モジュールは、電子部品と電子機器の熱管理に向けたツールと、拡張された材料データベースを備えます。空調機器向けのHVACモジュールは、半透明の媒体を透過する放射を含むふく射の機能を持ち、換気の効果や人の快適性に関わる指標を評価できます。

SOLIDWORKS Plastics

射出成形する樹脂部品の樹脂流動解析を担う有償の製品です。溶融した樹脂が射出成形の工程でどのように流れるかをシミュレートし、設計しながら成形のしやすさを評価できます。

3つのグレードがあり、扱う対象が部品から金型へ広がります。Plastics Standardは、設計の工程で部品が成形できるかを確認するグレードです。SOLIDWORKSに組み込まれているため、形状・はめあい・機能を検討しながら、同じ画面で部品設計の解析と修正を行えます。Plastics Professionalは、Standardの範囲に加えて金型設計を解析します。シングルキャビティ、マルチキャビティ、ファミリーモールドのレイアウトを、スプルー、ランナー、ゲートを含めて解析し、サイクルタイムの見積もりと、樹脂の供給系の設計の最適化を行えます。Plastics Premiumは、Professionalの範囲に加えて、金型の冷却ラインのレイアウトと部品のそりを解析します。冷却ラインを最適化することで、サイクルタイムの短縮を図れます。

グレードごとに使える機能は次のとおりです。

Plastics Standard	サーフェスメッシュとソリッドメッシュ、充填、ウェルドライン、ショートショット、エアトラップ、ヒケとヒケマーク
Plastics Professional	Plastics Standardの範囲に加えて、マルチキャビティ、ランナー最適化、冷却時間、インサート成形、オーバーモールド、ガスアシストとバルブゲート
Plastics Premium	Plastics Professionalの範囲に加えて、ソリ、金型冷却

SOLIDWORKSの解析ツールの仕様と対応範囲

構造解析でわかること

解析の結果として見る値のうち、応力は、部品に「どのくらいの力」がかかっているかを数値で見るもので、破損や材料の限界を知るために必要で、安全率にも使えます。ひずみは、部品がどのぐらい「伸びたり縮んだり」しているかで、部品の変形の度合いを確認するために見ます。変位は、力がかかったときに部品が「どれくらい動くか」で、隙間やクリアランス、機構設計への影響が大きく、干渉の確認に使えます。

解析の種類ごとに、わかることは次のとおりです。

解析の種類	わかること
線形静解析	荷重をかけたときの応力、ひずみ、変位、安全率
疲労解析	繰り返し荷重による損傷の分布と、破壊に至るサイクル数
機構解析（Motion）	動作中の荷重とトルクの変動、動力消費量、動いた状態での干渉
固有値解析	固有振動数と固有振動モード
座屈解析	座屈荷重と座屈モード
熱伝導解析	固体内の温度分布と、時間による温度分布の変化（定常・非定常）
落下試験	ある高さから落下させたときの速度、加速度、応力の状態（解法は陽解法）
圧力容器設計	厚み方向に線形化した膜応力や曲げ応力などの応力成分
非線形解析	大変形や、降伏後の金属やゴムなどの材料挙動を含む状態での応力と変形
線形動解析	時間で変化する荷重や衝撃に対する変位、速度、加速度、応力
積層材解析	薄板積層材の層ごとの強度

機構解析、熱伝導解析、熱流体解析の結果は、線形静解析に荷重としてエクスポートできます。応力や変形は、設計図や数値だけではわかりにくい現象です。SOLIDWORKS Simulationでは、これらを画像やアニメーションで視覚的に把握でき、特定の箇所の値はモデル上でその場所をクリックして取得できます。

構造解析で扱えるモデルと解析条件

アセンブリと接触

複数の材料からなるアセンブリモデルには、それぞれ異なる材料物性を与えられます。相互の接触は、ボンド、接触、くい込みを許可といった条件を接触箇所ごとに設定でき、離れているパーツが変形の結果として接触する非線形接触（大変位接触）にも対応します。

コネクタ

ボルト、スプリング、ピン、弾性支持、ベアリング、エッジ溶接、スポット溶接、リンク、剛結合から選んで構成部品を結合し、コネクタの安全性チェックも実行できます。

要素の種類

固体要素、シェル要素、梁要素の定式化で部品とアセンブリを解析します。板金モデルなどの薄板形状では中立面を抽出したシェルを自動的に定義し、面指定やサーフェスボディのシェルをユーザー定義することもできます。鋼材レイアウトを使用した溶接構造物や、断面が均一の長尺モデルは梁要素で解析でき、高精度かつ高速な計算を実現します。

メッシュ

標準、曲率ベース、ブレンド曲率ベースの3つのメッシャータイプでメッシュの密度と精度を制御します。部分的なメッシュサイズの指定、小さなジオメトリを自動的に細かく分割する自動徐変メッシュ、計算中に自動でメッシュを改善するアダプティブ法も使えます。

荷重と拘束

拘束条件で自由度を指定し、力、圧力、リモート構造荷重、温度荷重を適用します。SOLIDWORKS Flow Simulationから圧力と熱荷重をインポートできます。

熱流体解析でわかること

SOLIDWORKS Flow Simulationは、SOLIDWORKSで設計した製品の内部および周囲の流体の流れと熱挙動を解析します。CADアドインのため、解析条件の設定をCADモデル上で行えます。

流れによる冷却だけでなく、伝熱の基本3形態である熱伝導、熱伝達、ふく射のすべてを考慮した解析ができます。製品外部の流れも内部の流れも対象です。必須の設定項目はウィザードで順に設定し、流体と固体の材料物性は標準搭載の材料データベースから選べます。ゴール機能で任意の領域のパラメータを取得し、計算の収束判定と結果の評価に使えます。計算中はソルバーモニターで収束状況や断面の分布を確認でき、設定に問題があれば計算を止めて条件を変え、再開できます。

樹脂流動解析でわかること

SOLIDWORKS Plasticsは、射出成形する樹脂部品のための設計者向け検証ツールで、設計段階で成形不良を予測して防ぎ、金型設計の評価と製品品質の最適化を行えます。初心者にも使いやすい最小の操作手順と、上級者にも役立つ樹脂と熱と応力分布の検証機能を両立しています。

扱える不良は、ウェルドライン（樹脂の合流部に現れる線）、ショートショット（樹脂が充填されないまま固まる不良）、エアトラップ（空気の閉じ込み）、ヒケとヒケマークなどです。

ライセンスの提供形態

デスクトップ版の製品は永久ライセンスで提供され、スタンドアロン版とネットワーク版があります。ネットワーク版には、別途SOLIDWORKS Network Installation Feeが必要です。

使用する期間が決まっている場合は、タームライセンスを選べます。最短3ヶ月単位で購入でき、次のような場面に向きます。

• 繁忙期が決まっており、使わない期間のライセンスを持ちたくない場合
• 一時的なプロジェクトで、期間を限ってライセンスが必要な場合
• スタートアップや新規プロジェクトで、導入時の予算確保が十分でない場合
• 解析を実施する期間が短期間で決まっている場合
• 導入前の検証として、製品版で効果を確かめたい場合

業務量に合わせて、ライセンスの本数を調整できます。

用途例

強度と変形の確認

荷重を受ける部品やアセンブリが必要な強度を持っているかを、設計の段階で確認できます。強度解析で扱うのは、応力、ひずみ、変位、安全率です。

車輪と回転軸とペダルからなるアセンブリで、車輪の円筒面を拘束してペダルに集中荷重をかける、液体を貯めるタンクで深さに応じて大きくなる静水圧を与える、ピン結合で定義した工具で握った動作の開始時にかかる応力を確かめる、といった使い方ができます。

繰り返し荷重による寿命の確認

1回の荷重では壊れないものの、繰り返し荷重を受けるうちに壊れる箇所を予測できます。疲労解析では、材料の疲労強度をS-N曲線で入力し、一定振幅または変動振幅の繰り返し荷重を疲労イベントとして登録して、損傷の分布と破壊に至るサイクル数を確認します。累積損傷理論により、複数の荷重イベントから疲労問題を引き起こす場所とサイクルを予測します。

動作中の荷重と駆動源の選定

動く機構では、動作している間に荷重が変動します。機構解析では、どの時間にどれくらいの荷重がかかっているかを把握できます。SOLIDWORKSの合致条件はそのまま機構解析へ転送されるため、組んだアセンブリを動かせます。モーターで駆動する機構では、動力消費量から必要なモーターのサイズを検討でき、動作した状態での干渉も確認できます。機構解析で得た反力やトルクは、線形静解析へ荷重として転送できます。

共振を避ける設計と細長い形状の確認

振動解析にあたる固有値解析では、製品の固有振動数と固有振動モードを求め、共振周波数を回避した設計を検討できます。細長い形状では、強度計算だけでは検討が足りない場合があり、座屈解析で座屈荷重と座屈モードを把握します。

発熱と冷却、流れの確認

熱流体解析では、筐体の内部の温度分布を可視化し、加熱源の配置による偏りを把握できます。流跡線や断面のプロットで内部の対流と温度分布を確認し、コンター上の任意の点の値も取得できます。設計変更の効果は、条件を変えた複数の解析をまとめて行うパラメータスタディで比較できます。

出典：「SOLIDWORKS Flow Simulation 事例【オーブントースター】~熱流体解析編~」https://www.t-sol.co.jp/blog/sw_flow_sim_toaster_1/

射出成形部品の成形不良の予測

射出成形では、金型を作ってから不良が判明すると型の修正が必要になります。樹脂流動解析では、設計の段階で成形不良を予測できます。金型設計の評価、製品品質の最適化、廃棄物の削減にも使えます。

導入事例

木造建築用の接合金物の設計

木造建築用の接合金物を手がけるメーカーでは、耐力試験のたびに製品を図面から見直し、試験用の木材を用意する必要がありました。設計の段階で線形静解析を実行して応力とゆがみが集中する部分を把握し、製品に反映することで、目標とする耐力をある程度コントロールできるようになり、耐力試験の回数が半減しました。

テクノソリューションズの導入サポート

導入前の相談とデモ

テクノソリューションズは、SOLIDWORKSの解析ツールについて、導入前の相談から導入後のサポートまで対応しています。解析の対象や進め方が決まっていない段階からご相談いただけます。

導入を検討されているお客様には、お使いのCADと確かめたい対象物を前提に、エンジニアが実際の操作をご覧いただくデモに対応します。まず無償のSOLIDWORKS Simulation Xpressで解析に慣れていただき、次にタームライセンスで製品版の効果を評価するという段取りも取れます。

製品トレーニング

習得に不安がある場合は、有償の製品トレーニングをご利用いただけます。一般的な操作トレーニングのほか、お客様の目的に合わせてトレーニングをカスタマイズし、ゴールを共有してカリキュラムをご提案します。基本は質問しやすい少人数制です。

コース	推奨日数	習得内容
Simulation	3日間	線形静解析、ギャップと接触の解析
Simulation Professional	2日間	熱伝導解析、振動、疲労、圧力容器などの専門職向けの解析
Motion	2日間	SOLIDWORKSアセンブリのキネマティック動作またはダイナミック動作の解析方法の基礎
Flow Simulation	2日間	流体や熱伝達解析のセットアップ、実行、結果表示
Plastics	3日間	SOLIDWORKS Plasticsを使った部品または金型設計の最適化
SOLIDWORKS Simulation API（中級編）	1日間	繰り返す解析をSOLIDWORKS APIとSOLIDWORKS Simulation APIで自動化する方法

受講スタイルは、集合教育、オンサイト、オンラインからお選びいただけます。テクノソリューションズは、SOLIDWORKSおよび3DEXPERIENCEプラットフォームの公式トレーニングを提供する認定教育パートナーです。

導入後のサポート

導入後の技術的なご質問には、SOLIDWORKS QAサポートサービスでお答えします（別途費用が必要です）。お問い合わせはWeb経由に統一し、ご加入者様専用のページをご用意しています。サポートスタッフは設計や現場の経験者が中心で、CAD、Simulation、PDM、Visualizeを幅広く対応します。ご契約内容により、便利ツールのT-PLUS Add-Inと、ご加入者様向けの無料講習会もご利用いただけます。

解析の自動化については、SOLIDWORKS API サポートサービスで、要件定義、受託開発、トレーニング、コンサルティングに対応します。

テクノソリューションズは、2000年よりSOLIDWORKS正規代理店としてサービスを提供しています。

導入の流れ

1. ご相談	現在お使いのCAD環境と、確かめたい対象や解決したい課題をお聞かせください。
2. デモ	お客様の対象物を前提に、エンジニアが実際の操作をご覧いただきます。
3. 評価	無償のSOLIDWORKS Simulation Xpressで解析に慣れていただくか、タームライセンスで製品版の効果をご評価いただきます。
4. 選定	実施したい解析に合わせてグレードを選び、スタンドアロン版、ネットワーク版、タームライセンスの中から提供形態を決めます。
5. 導入	ライセンスを手配し、ご利用の準備を整えます。
6. トレーニング	ご希望のコースと受講スタイルを選び、目的に合わせたカリキュラムで習得していただきます。
7. 導入後のサポート	運用の中で生じた技術的なご質問に、QAサポートサービスでお答えします。