軸対称 — CAE用語解説

軸対称とは形状・荷重・境界条件がすべて回転軸まわりで対称（円筒対称）な問題のことで、この場合は3次元問題を「軸を含む断面の2次元問題」に等価変換できる。円筒容器の内圧問題、ボルトのねじ込み、Oリングの圧縮、射出成形品の残留応力——これらは3次元でモデル化すると数十万要素が必要でも、軸対称2Dモデルなら数千要素で済む。FEMでは通常のシェル要素/ソリッド要素ではなく、回転体の断面を表現する「軸対称要素（CAX、CGAX系：Abaqus; PLANE25：ANSYS）」を使う。圧力容器設計（ASME BPVC）での胴体応力評価では軸対称FEMが標準的に使われているよ。

使えるのは「形状が軸対称で、荷重も軸対称（内圧・温度）」の問題だ。円筒タンク・ノズル・ロータ（軸方向力と内圧のみ）・シールリングが典型。使えない例は「形状は軸対称だが荷重が非対称」な問題——例えばパイプに横荷重（曲げ）が加わる場合は軸対称解析では解けない。この場合、フーリエ軸対称（Fourier Axisymmetric）解析という手法を使うと荷重の非対称成分を調和展開して少ない計算コストで解ける（AbaqusのCAXASY要素やNastranの軸対称ハーモニック要素）。最初に形状・荷重・境界条件の対称性を確認してから解析アプローチを選ぶのが大事だよ。