Altair — CAE用語解説

OptiStructは、線形・非線形構造解析とトポロジー最適化が中核です。解く支配方程式は、構造力学の基本である運動方程式です。例えば、静解析では、剛性マトリクス

良い質問だ。一般的な基準は「コンプライアンス最小化」、つまり構造全体の変形エネルギーを最小にしつつ、体積制約（例えば初期の50%）を満たすように材料を配分する。数学的には、設計変数（要素の密度

AcuSolveは有限要素法ベースのCFDソルバーで、デフォルトの乱流モデルはSpalart-Allmaras（SA）1方程式モデルだ。実務では、自動車外気流解析ではSAや

時間積分のアルゴリズムが全く異なる。Implicit法（OptiStructなど）は時間ステップ

モデルサイズと求める解の種類による。LDLT（直接法）はロバストで、1回の分解で多数の荷重ケースを解くのに向く。しかし、自由度が100万を超えるとメモリ消費が大きくなる。一方、AMLS（Automated Multi-Level Substructuring）は大規模固有値問題に特化した反復法の一種だ。自動車のボディ全体（自由度300万以上）のモード解析では、AMLSを使うことでLDLTより計算時間を半分以下に短縮できる例がある。

その通り、FluentやSTAR-CCM+などは有限体積法が主流だ。AcuSolveはGalerkin法に基づく有限要素法を使用し、特に空間離散化に「SUPG（Streamline-Upwind/Petrov-Galerkin）」法を採用している。これにより、移流優位な流れでも数値振動を抑制できる。圧力-速度の連成には、分離型ソルバーながらも「Fractional Step法」の一種を用いて効率的に解いている。非構造メッシュへの適応性が高いのが特徴だ。

Explicit法の最大の制約は、最小要素サイズで決まる非常に短い安定時間ステップだ。マススケーリングは、選択した要素の密度を人為的に増加させ、その要素の臨界時間ステップを大きくする手法だ。例えば、厚さ1mmのシェル要素の時間ステップが支配的なら、その要素群の質量を数%増やすことで、全体の解析時間を大幅に短縮できる。ただし、慣性力が重要な問題では結果に影響するので、影響の少ない剛性部などに限定して適用するのが鉄則だ。

OptiStructには「OSSmooth」という専用の後処理モジュールがある。最適化結果の要素密度分布から、ISOサーフェス（例えば密度0.5の等値面）を抽出して滑らかなSTLデータを生成する。さらに、このSTLを「Altair Inspire」のポリゴンモデリング機能で編集したり、「SolidThinking Evolve」でNURBSサーフェスに再構築したりするワークフローが一般的だ。鋳造を想定するなら、抜き勾配の付与もこの段階で行う。

用途によって3つの方法を使い分ける。1) 「RBE2+RBE3」による剛体要素結合：軸力のみが主な場合。2) 「CBUSH/ CBEAM」要素：ボルト自体のせん断剛性や軸剛性を個別に設定できる。例えばISO規格のM10ボルトなら、軸剛性は約

まずOptiStructでボディ構造の固有モード解析（通常は1〜100Hz）を行う。次に、エンジンや路面からの加振力を「動的サブケース」で定義し、周波数応答解析を実行する。得られた振動速度データを「AcuSolve」の振動境界条件として与え、車室内の空気音を計算する、という連成解析フローもある。より高度な分析には「OptiStruct」の結果を「Altair Squeak & Rattle Director」にインポートし、部品間の相対変位から異音リスクを評価する。

基本的な指針はこれだ。曲げが支配的な薄板・薄殻構造（自動車ボディなど）→ 2次シェル要素（QUAD8）。大変形や接触問題（ゴム部品、Radiossでの衝突）→ 1次要素（特にヘキサ8）。理由は、2次要素は中間節点が大きく変形すると要素品質が劣化しやすく、接触判定も複雑になるからだ。ただし、1次要素では曲げを表現するために厚み方向に複数層の要素が必要になる（「スローウェル数」の推奨は3以上）。コストと精度のトレードオフだ。

最も重要なのは「非設計空間」の明確な定義だ。これは、ボルト穴、ベアリング座、他の部品とのインターフェースなど、形状を変更できない領域を指定する。これを怠ると、最適化結果が実装不可能になる。次に「抜き方向」の指定（鋳造品なら1方向、鍛造品なら2方向）。そして「最小部厚・最大部厚」の制約だ。OptiStructでは「MINDIM/ MAXDIM」パラメータで制御できる。例えばアルミダイカスト部品なら、最小肉厚を3mmに設定するのが一般的だ。

最大の強みは「最適化」と「統合環境」だ。Abaqusも最適化モジュールはあるが、OptiStructはソルバーの中核に最適化アルゴリズムが組み込まれており、トポロジー・形状・寸法・ラティス構造の最適化を一貫して高速に実行できる。また、プリポストのHyperMesh、最適化、解析が同じライセンスで利用でき、データ連携がシームレスだ。自動車業界では、欧州メーカーを中心にNVHと軽量化を目的とした標準ツールとして広く採用されている。

Radiossは、自動車衝突安全基準（Euro NCAPなど）の評価解析で実績がある。LS-DYNAとの大きな違いは、ブロック構造化ソルバーによる並列計算効率の高さだ。また、Altairは「Radiossスタンダード」と「Radiossプレミアム」を用意し、後者では「セルフコンタクト」や高度な材料モデルを提供している。クライアントである自動車メーカーやサプライヤーは、HyperWorksの一環としてメッシュツールや最適化との連携を評価して選択するケースが多い。

AcuSolveは「強固さ」と「メッシュ適応性」が売りだ。有限要素法ベースのため、極端に歪んだメッシュ（例えば、Radiossの大変形解析で生じた変形メッシュ）に対しても安定して解を出す。この特性を活かし、流体構造連成（FSI）解析で強みを発揮する。例えば、エンジンルームの熱流体解析とブラケットの熱応力解析を連成させるようなワークフローが、HyperWorks環境内でスムーズに構築できる。汎用CFDとしても、自動車のエアロダイナミクスや電池パックの熱解析に採用例がある。

これがAltairの大きな特徴だ。AnsysやDassaultはモジュールごとに個別ライセンスを販売するが、HyperWorks Unitは一定数の「ユニット」を購入し、必要なツール（HyperMesh, OptiStruct, AcuSolve, など）を必要な時間だけ消費して使う「トークン制」に近い。例えば、1ユニットでHyperMeshを1時間使え、OptiStructは1ユニットで2コア時間といった具合だ。これにより、設計部門が時々使う最適化や、テスト部門が突発的に行う解析にも、柔軟にソフトウェアリソースを配分できる。

まず、ログファイルの「residual force」の値を見よ。特定の節点で残差が突出している場合、その節点周辺の接触定義や拘束条件が不適切な可能性が高い。次に、材料非線形性が急峻すぎないか確認する。例えば、弾塑性材料で降伏後の塑性硬化係数が極端に小さい（

その通り、密度フィルタの半径「MINDIM」が小さすぎるのが主因だ。経験則では、最小部厚の2倍から3倍の値をフィルタ半径に設定する。例えば、5mmの最小肉厚を求めたいなら、フィルタ半径を10〜15mmに設定する。また、メッシュサイズが粗すぎてもこの現象は起きる。要素サイズは目標とする最小部厚の1/2以下にするのが望ましい。それでも改善しない場合は、「ローカル制約」を追加して、ある点から一定距離内の材料密度の平均値を制御する方法もある。

これは要素が極端に変形し、体積が負になった（裏返った）ことを意味する。まず、該当する要素の材料モデルを見直せ。ゴムのような超弾性体では、「Ogden」モデルよりも「Arruda-Boyce」モデルの方が大変形での数値安定性が高い場合がある。次に、メッシュ品質を確認する。1次要素でアスペクト比が100を超えるような細長い要素は、変形初期でいきなりジャコビアンが負になりやすい。また、接触定義で「初期貫通」がないか必ずチェックすること。初期貫通があると、ソルバーがそれを解消しようとして要素を過大に変形させる。

むしろ、最初に試すべきは時間ステップを「大きく」することだ。AcuSolveは陰的ソルバーなので、時間ステップが小さすぎるとスカラー方程式の係数マ