CAE解析の種類 — 主要8分野を徹底解説

CAEは「物理現象ごとに専門分野が分かれている」と思えばいい。全部で8つの主要分野がある。まず全体像を一覧で見てみよう：

そう、CAEの元祖とも言える分野だ。ざっくり言えば「力をかけたら壊れないか？」を予測する。スマホを落としたときに割れないか、橋に車が乗ったときにたわまないか、そういう話だ。中身は結構幅広い：

最初は線形静解析だけでいい。実務の8割はこれで片がつく。非線形や動解析は必要になってから学べば十分だ。

いいところに気づいたな。F1チームは風洞試験の代わりにCFDを使っている。ざっくり言えば「空気や水がどう流れるか」をコンピュータで予測する技術だ。ナビエ・ストークス方程式という超難しい式を数値的に解いている。

半分正解。「どこが何度になるか」だけじゃなく、「どうやって冷やすか」を設計するのが熱解析の本番だ。例えばゲーミングPCのGPUは200Wの熱を出す。それを効率よく逃がせないと性能が落ちるだろう？「熱伝達」と「熱力学」の2つの側面がある。

違う。熱力学は「エネルギーの変換と平衡状態」を扱い、熱伝達は「熱がどのように移動するか」を扱う。CAEでは両方が必要な場面が多い：

• 相変化 — 凝固（鋳造）、沸騰（冷却系）、蒸発（乾燥プロセス）で潜熱の計算が必要
• 化学反応熱 — 燃焼、硬化、重合反応での発熱・吸熱
• 状態方程式 — 圧縮性流体では温度・圧力・密度の関係（理想気体の法則など）が不可欠
• エントロピー — タービン・圧縮機の効率評価、不可逆損失の定量化

今一番ホットな分野だぞ。EVのモータ、5Gスマホのアンテナ、ワイヤレス充電 — 全部電磁気解析が裏にいる。テスラがあれだけ効率のいいモータを作れるのも、電磁場シミュレーションのおかげだ。

もちろんだ。自動車業界ではNVH（Noise, Vibration, Harshness）が製品の快適性を左右する。最近はEVの普及でエンジン音がなくなり、逆にロードノイズやモータの電磁騒音が目立つようになった。音響解析の重要性は増す一方だ。

音響解析は構造解析やCFDと密接に連携する。振動音響なら構造のモーダル解析結果を使い、空力音響ならCFDの非定常流れの結果を入力にする。単独で完結することは少ない分野だ。

むしろCAEの究極的な目的と言ってもいい。「解析で性能を予測する」だけでなく、「最高の設計を自動で探す」のが最適化だ。近年のジェネレーティブデザインやAI駆動設計の基盤技術でもある。

トポロジー最適化の結果は有機的な形状になることが多く、3Dプリンティングとの相性が抜群だ。従来の切削加工では作れなかった形状を、積層造形で実現する。航空宇宙分野では既にフライト部品にも採用されている。

根本的に違う。FEM/FVMは空間をメッシュ（格子）で分割するが、粒子法は個々の粒子の運動を直接追跡する。メッシュが破綻するような大変形・飛散・混合問題で威力を発揮する。

計算コストは高いが、従来のメッシュベースの手法では原理的に解けない問題を解ける。それが粒子法の存在意義だ。

近い。現実の製品って、熱で膨張して → 応力が発生して → 変形して → 流れが変わる、みたいに複数の物理が連鎖的に影響し合っている。それを同時に解くのが連成解析だ。例えば：

• 熱-構造連成：温度変化 → 熱膨張 → 応力発生
• 流体-構造連成（FSI）：流体の圧力 → 構造の変形 → 流れの変化
• 電磁-熱連成：渦電流による発熱 → 温度上昇 → 材料物性の変化

迷ったら「自分が知りたいのは何か？」から逆引きすればいい。この表を見てくれ：