流体力学解析ソフトウェア Abaqus Multiphysics

シミュレーション用エンジニアリングデザイン

概要
Abaqus Multiphysics は Abaqus Unified FEA スイートに統合されたマルチフィジックス機能を提供し、構造力学、流体、熱伝導、電磁気などの相互作用する物理現象を統一されたワークフローでモデル化できます。

Abaqus におけるマルチフィジックスの解析
マルチフィジックス機能は Abaqus のコア機能として組み込まれており、多くのリリースで発展してきました。構造 FEA モデルに対して、要素ライブラリ、材料データ、荷重履歴を再利用したまま他の物理を追加できます。

Abaqus でのマルチフィジックス・シミュレーションフローの作成

• 一方向結果マッピング（Sequential results mapping） - 上流シミュレーションの結果（例：温度や圧力）を Abaqus モデルにマッピングして後続解析に利用する外部フィールド機能。
• 双方向連成（Fully‑coupled simulation） - 熱応力、熱‑電気化学‑構造連成、音響‑構造連成、多孔質媒体内の流れなど双方向相互作用を解く解法。
• 協調シミュレーション（Co‑simulation） - 外部ソルバーと接続して統合されたマルチソルバー・ワークフローを構築するオープンな協調フレームワーク。

利点
既存の FEA モデルに物理を追加してもジオメトリや材料データベースを作り直す必要がないため、モデル準備の工数を低減できます。同一モデル、同一要素、同一材料、同一荷重履歴を用いてマルチフィジックス解析を行えます。

Abaqus の主なマルチフィジックス機能

• Coupled Eulerian‑Lagrangian (CEL) - Abaqus 内で同時に解かれる構造‑流体相互作用（FSI）。
• Hydrostatic‑Fluid‑Mechanical - 圧力‑体積挙動を含む完全密閉キャビティ（バルーン、エアバッグ、部分充填タンク、輸液バッグ等）のモデル化。
• Piezoelectric‑Mechanical - 電場が変形を引き起こし、応力が電位を変化させる双方向の圧電‑機械連成。
• Structural‑Acoustic - 騒音伝達、放射、減衰/増幅を扱う構造‑音響の統合連成解析。
• Thermal‑Electric - 電流による発熱と温度依存の抵抗変化を扱う伝熱‑電気連成。
• Thermal‑Mechanical - 熱応力、摩擦発熱、温度‑変位の連成問題。
• Thermal‑Fluid‑Mechanical - 湿度と熱の複合影響を同時に扱い、実運転や製造条件を考慮した解析。
• Structural‑Pore Pressure - 孔隙水圧が地盤挙動に与える影響を解析する土壌‑流体の連成手法。

適用例
Abaqus Multiphysics は電池システム、電子機器アセンブリ、射出成形、エアバッグや膨張部材、流体封入構造、圧電デバイス、音響システム、地盤‑孔圧連成解析など、複数物理場が性能や安全性を決定する分野で用いられます。

技術仕様

• Abaqus Unified FEA スイートに統合。
• 対応物理領域：構造力学、流体力学、伝熱、電磁気、電気化学的な連成。
• ワークフロー：順次結果マッピング、完全連成ソルバー、外部ソルバーとの協調シミュレーション。
• 主要モジュール：CEL、Hydrostatic‑Fluid‑Mechanical、Piezoelectric‑Mechanical、Structural‑Acoustic、Thermal‑Electric、Thermal‑Mechanical、Thermal‑Fluid‑Mechanical、Structural‑Pore Pressure。
• マルチフィジックス解析でのモデル、要素ライブラリ、材料データの再利用。