熱-構造連成 — CAE用語解説

熱-構造連成は、温度場の計算と、その温度による熱膨張・熱応力の計算を組み合わせて行う解析手法だよ。「温度場を求める→その結果を構造解析に渡す」というシーケンシャル連成が一般的だ。

いい質問だね。構造の変形が熱伝導に影響するケース、例えば接触面のギャップが開いて熱抵抗が変わるような場合は、完全連成（フルカップリング）が必要になる。ただし計算コストが跳ね上がるから、多くの実務ではシーケンシャルで十分だよ。

タービンブレードの設計では、燃焼ガスの高温と冷却穴の低温が同時に存在するから、温度勾配による熱応力が寿命を決定する。他にも電子基板のリフロー工程、エンジンブロックのウォームアップ、溶接後の残留応力予測など、温度変化を伴う構造問題にはほぼ全てで登場するよ。

多くのソフトでは、まず熱解析ステップでメッシュに温度を計算させて、次の構造解析ステップでその温度場を「事前定義フィールド」として読み込む。同じメッシュを使えばマッピング不要だから、初心者はまずそこから始めるといいよ。

その通り。異種材料の界面では熱膨張差による剥離やクラックが問題になる。まずは簡単な2材料の棒モデルでシーケンシャル連成の流れを体験してから、実際のブレーキモデルに取り掛かるのがおすすめだよ。