カットプレーン — CAE用語解説

断面位置の選び方が重要だ。例えば熱解析なら「発熱源を含む断面」「冷却流路の中心断面」「材料境界に垂直な断面」を選ぶと情報量が多い。応力解析では「最大応力が予想される箇所を通る断面」が基本で、複数の断面を比較して「断面位置によって値が大きく変わらないか」を確認するのもメッシュ収束確認の一手法になる。ParaViewではSliceフィルターで自由に断面位置と法線ベクトルを設定できる——InteractivePlane UIで直感的に動かせるのが便利だ。

いくつかある。①Iso Surface（等値面）——特定の値（温度500℃、応力200 MPa等）の等値面を3Dで可視化する。内部の等温面や等圧面が空間的に見えて直感的だ。②Stream Line（流線）——CFDで速度場の流れを可視化。起点を複数設定して流体の経路を3Dで追える。③Volume Rendering——半透明の3Dボリューム表示で内部が透けて見える。④Threshold（閾値抽出）——応力が500 MPa以上の要素だけを抽出して表示する。問題の目的に応じてこれらを組み合わせると、カットプレーン単体より多くの情報が引き出せる。

カットプレーンで応力の線形化（Stress Linearization）を行うのがASME BPVC（圧力容器規格）に規定された評価方法だ。板厚方向に垂直なカットライン（SCL: Stress Classification Line）を設定して、そのライン上の応力を「膜応力」と「曲げ応力」に分離する。膜応力は板厚方向の平均値、曲げ応力は線形成分だ。AbaqusのPath Plotで応力を取り出してIntegral計算する、あるいはAnsys Mechanical のLinearized Stress ツールが使える。最大膜応力をSm（許容膜応力）と比較して合否判定する。

ParaViewのpvpythonで自動化できる。Pythonスクリプトでfor文を回して、z=0, 50, 100, 150 mmのように等間隔に断面を取りながら各断面の最大温度・最大応力をCSVに出力する、という処理が書ける。大規模モデルで「最大値がどの断面にあるか探す」作業を自動化するのに便利だ。実務では設計パラメータを変えた複数ケースを解析してスクリプトで一括後処理する——設計最適化ループの中でカットプレーンの自動スキャンが組み込まれることもある。

• 可視化
• コンター図
• 後処理