ボルト締結解析 — CAE用語解説

ボルト解析の肝は「プリテンション（締付け力）の再現」だよ。ボルトを締めると軸力が発生して、被締結体を圧縮する——この初期応力状態をFEMに入れないと、動荷重や熱荷重を加えたときのゆるみや疲労が正しく評価できない。

代表的な方法がプリテンション要素（Ansys MechanicalではBolt Pretension Load）。ボルト軸の断面を仮想的に切断して、その切断面に指定の力（または変位）を与える。例えばM10ボルトを50Nm締め付けたとき発生する軸力（約15kN）を切断面に入力するんだ。

必須。締結体フランジ面は「フリクション接触」で設定するのが基本。接触ペアには摩擦係数（鉄-鉄なら$\mu \approx 0.15$）を入れる。初期応力状態で接触面が「開口（分離）」か「閉合」かが評価のポイントで、外荷重が増えたとき接触面が開くと密封が失われる——フランジ設計では重要な評価項目だ。

典型的な3ステップ解析がある。Step 1：プリテンション適用（ボルト締め）→Step 2：プリテンション固定+追加荷重（圧力・熱など）→Step 3：疲労荷重サイクル。各ステップで接触状態と応力を確認する。エンジンのシリンダーヘッドボルトや圧力容器フランジはこの手順でやることが多い。

そのとおり。実務でよくある失敗は「プリテンションをTorque管理ではなくForce管理で入力する場合に、締付け係数Kを使ったTorque-Force換算を間違える」ケース。$F = T/(K \cdot d)$という換算式を正確に使ってね。