熱解析の収束失敗 — トラブルシューティング

入力データで以下をチェック:

• 熱伝導率 k(T): 外挿範囲で異常な値にならないか
• 比熱 c_p(T): 相変態温度で急激な変化がないか
• 密度 ρ(T): 温度依存で入力されているか

解析中の温度が、物性テーブルの定義範囲外になった場合のことだ。多くのソルバーは線形外挿するが、それが非物理的な値を生むことがある。たとえば、熱伝導率が負になるとか。物性テーブルの温度範囲を解析の想定温度範囲よりも広くしておくことが重要だ。

凝固・溶融の潜熱処理:

• エンタルピー法: 比熱に潜熱を含めて定義。温度-エンタルピー曲線を入力。
• 温度範囲法: 固液共存域の温度幅を広げて潜熱を分散。最低10要素の温度差で潜熱が放出されるように設定。
• Abaqus: *LATENT HEAT, solidus_temp, liquidus_temp
• Nastran: MAT4のHGENフィールド

落ちる。しかし狭すぎると収束しない。純アルミの凝固範囲（660.3°C）は実質ゼロだが、数値解析では最低でも±5°Cの幅を持たせる。合金の場合は固液共存域の温度幅があるので、その実測値を使う。

温度変化に対する時間増分の目安:

• 1増分あたりの最大温度変化 < 50°C（できれば < 20°C）
• 潜熱放出期間は特に細かい刻みが必要
• Abaqusでは*HEAT TRANSFER, DELTMX=20で1増分の最大温度変化を制限

放射がある場合:

• 温度差が小さい場合は放射を線形化: h_rad = 4εσT_avg^3
• 初期温度を妥当な値に設定する（絶対零度からの計算は避ける）
• 放射のビューファクター計算が正しいか確認

まさにその通りだ。特に高温域の物性データは入手困難なことが多いが、JMatProやThermo-Calcなどの熱力学データベースで推定値を得ることができる。