非圧縮性 — CAE用語解説

非圧縮性は、変形しても体積が変わらない性質のこと。ゴムのような材料のポアソン比が0.5に近い場合や、水のような流体がこれにあたる。CAEでは体積ロッキングという厄介な問題を引き起こすんだ。

通常の要素で非圧縮材料を解くと、要素がガチガチに硬くなって変形がほとんど出なくなる。実際はゴムは柔らかいのに、FEMの結果だと鋼より硬い…なんてことが起きるんだ。

混合法（u/p定式化）が定番だね。変位と圧力を独立な未知数として扱う。AnsysやAbaqusでは「ハイブリッド要素」とか「mixed formulation」と呼ばれてる。例えばゴムパッキンの圧縮解析では必須の設定だよ。

もちろん。水の流れをCFDで解くとき、非圧縮の仮定を使えばエネルギー方程式を省略できて計算が軽くなる。マッハ数0.3以下の低速流れは非圧縮として扱うのが一般的だね。

ポアソン比が0.45を超えたら体積ロッキングを警戒する、と覚えておくといいよ。ゴム、生体組織、ゲル系の材料を扱うときは真っ先にチェックしよう。