衝撃解析 — CAE用語解説

衝撃解析は、衝突・落下・爆発のように数ミリ秒から数十ミリ秒で起きる高速・大変形現象をシミュレーションする手法だよ。普通の静的解析や固有値解析とは根本的に違って、陽解法（explicit method）という時間積分法を使う。各タイムステップで連立方程式を解く必要がないから、大変形・接触・破壊を含む複雑な非線形問題を安定して計算できるんだ。

陽解法は質量行列を対角化して、各節点の加速度を独立に計算できるから、1ステップの計算コストが非常に軽い。ただし安定条件があって、時間刻みを「最小要素を音速が通過する時間」より小さくしないといけない。だからメッシュが細かいと何百万ステップも必要になる。それでもトータルで陰解法より速いことが多いんだよ。

一番メジャーなのは自動車の衝突安全解析だね。フロント、サイド、リアの衝突から歩行者保護まで、開発初期から何百ケースも回す。他にも航空機の鳥衝突（バードストライク）解析、防弾材料の貫通シミュレーション、電子機器の落下衝撃試験まで幅広いよ。

衝撃現象ではひずみ速度が1000/s以上になることもあるから、ひずみ速度依存性を考慮した材料モデルが必須だよ。Johnson-Cookモデルが代表的で、ひずみ速度と温度の影響を5つのパラメータで表現できる。材料パラメータの精度が結果をそのまま左右するから、スプリットホプキンソン棒試験のデータが重要になるんだ。

この4つは必須だよ。

いいね。落下した球の反発係数を実験値と比較すると、接触パラメータと材料モデルの妥当性が検証できるよ。