温度依存材料特性 — CAE用語解説

溶接では室温から融点（鋼なら約1500℃）まで温度が変化するから、一定値だと精度がまるで出ないよ。鋼のヤング率は室温で200GPaだけど800℃では100GPa以下に下がる。降伏応力は600℃以上で急落してほぼゼロに。温度範囲が広い問題ではテーブル入力が必須なんだ。

大きく3つ。熱伝導率は鋼だと室温50W/(m・K)が1000℃で30W/(m・K)程度に下がる。比熱は逆に温度上昇とともに増加する。弾性係数（ヤング率）は高温で激減して、樹脂なんかはガラス転移温度を超えると桁違いに柔らかくなる。

熱伝導の基礎方程式を見てみよう。

$k$も$c_p$も$T$の関数になるから、この方程式は非線形になる。つまりNewton-Raphson法などの反復解法が必要になるんだ。一定値で計算すると、溶接ビード近傍の温度分布が実測と全然合わなくなる。

変化が急な領域では細かく、緩やかなところは粗くていい。鋼の場合、相変態が起きる700〜900℃付近は50℃刻み以下にして、室温付近は100℃刻みで十分だよ。ソルバーは中間温度を線形補間するから、急変部で刻みが粗いと精度がガタ落ちになる。

そのとおり。材料メーカーのデータシートや文献から物性テーブルを集めるのが地味だけど解析精度を左右する最重要作業だ。データがない温度域は実験で取得するか、類似材料から推定するしかない。ここを手抜きすると解析結果全体が信用できなくなるから注意しよう。