熱応力解析 — CAE用語解説

ざっくり言うと、まず熱解析で部品内の温度分布を求めて、その温度分布を荷重条件として構造解析に渡す、2段階の連成解析のことだよ。温度が不均一だと部品の中で膨張量に差が出るから、拘束されている部分に応力が生じるんだ。

例えば自動車のエキゾーストマニホールドは、排気ガスで800℃近くまで上がるけどフランジ部はボルトで固定されてる。この拘束と温度差が組み合わさって亀裂が入ることがある。そういう破損を事前に予測するのが熱応力解析の出番だね。

Fourierの法則に基づく熱伝導方程式を解くんだ。密度、比熱、熱伝導率、そして内部発熱を考慮した式がこれだよ。

その通り。定常熱解析では時間微分項が消えて、温度場が時間に依存しなくなる。エンジンの巡航状態みたいに温度が安定している条件ではそれでOKだけど、起動・停止サイクルを評価したい場合は非定常解析が必要になるよ。

まさにそう。電子基板のはんだ接合部なんかは、シリコンと銅でCTEが全然違うから、温度サイクルで繰り返し応力がかかって疲労破壊する。まずは簡単なモデルで温度荷重の与え方を練習してみるといいよ。