要素 — CAE用語解説
要素
FEMの教科書で「要素」って頻繁に出てくるんですけど、メッシュとはどう違うんですか?
定義
要素はメッシュを構成する個々のピースのことだよ。三角形や四面体、六面体といった小さな領域に分割して、その一つ一つが「要素」。要素内では形状関数を使って物理量(変位、温度など)を近似するんだ。
つまりメッシュは全体像で、要素はそれを構成するブロックみたいなものですか?
そう。例えば自動車のボディを解析するとき、何十万個もの要素でボディ全体を覆う。一つの要素が大きすぎると応力集中を捉えられないし、小さすぎると計算時間が爆発する。要素のサイズと形状の選び方がFEM解析の精度を左右するんだ。
CAEにおける位置づけ
要素の種類ってたくさんありますよね。どう使い分けるんですか?
板やシェルにはシェル要素、塊の部品にはソリッド要素、梁にはビーム要素を使うのが基本だね。ソリッド要素だと六面体(ヘキサ)が精度が高いけど、複雑な形状には四面体(テトラ)が自動メッシュで切りやすい。
歪んだ要素は良くないって聞いたんですけど、なぜですか?
要素が極端に潰れたり歪んだりすると、形状関数の近似精度が落ちるからだよ。アスペクト比が悪い要素やヤコビアンが負になる要素があると、計算が発散したり精度がガタ落ちしたりする。メッシュ品質チェックは解析前の必須作業だ。
関連用語
要素と一緒に覚えるべき用語を教えてください。
この3つはFEMの基礎中の基礎だよ。
要素の品質チェックから始めてみます。アスペクト比とヤコビアンをまず見ればいいんですね。
その通り。どのプリプロセッサにも品質チェック機能があるから、赤く表示される「ダメ要素」を潰してから解析を流す癖をつけるといいよ。
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