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      <title>SIMULIA</title>
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      <![CDATA[ 3DEXPERIENCEプラットフォームによる3次元渦励起（VIV）シミュレーション ]]>
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      <pubDate>Tue, 04 Jul 2023 13:43:13 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ 3DEXPERIENCEプラットフォームを用いてパイプライン周りの渦励起（VIV）といった連成シミュレーションを実行いただけます。流体シミュレーションはFMKロール、非線形構造シミュレーションはSYEロールでご実施いただけます。 
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      <![CDATA[ 
3DEXPERIENCEプラットフォームを用いてパイプライン周りの渦励起（VIV）といった連成シミュレーションを実行いただけます。流体シミュレーションはFMKロール、非線形構造シミュレーションはSYEロールでご実施いただけます。（英文はこちら）



渦励起（VIV）とは？



渦励起（VIV：Vortex-Induced-Vibration）はブラフボディ周りを流れる流体と構造の相互作用により生じる現象で、物体に対し流れが垂直となる場合に影響が最大化します。流体には粘性があるため物体表面周りの境界層から分離して渦を形成しやすくなり、結果として表面の圧力分布が変化します。渦は非対称に形成されるため、表面に交互の圧力分布が形成されて物体の運動を促進する傾向があります。渦放出の周波数が構造の共振周波数と一致する場合は大きな変形が生じる可能性があります。



図1. 円柱からの交互渦励起



渦励起はどこで発生するのか？



VIVは比較的低いレイノルズ数（低速）でも存在し、高速域において流体が空気の場合は空気弾性効果：フラッターと呼ぶ現象が生じる場合があります。この現象の代表例は1940年にタコマ・ナローズの吊り橋で発生し、峡谷を下る比較的低速の時速40マイルの横風により崩壊しました（https://en.wikipedia.org/wiki/Tacoma_Narrows_Bridge）。



VIVは断面が円形となる形状に対し理解が進んでいます。円形断面を持つ構造物は煙突、高圧電力ケーブル、テザー、管状支持体、パイプラインなど、工学分野で比較的よく見受けられます。VIVは2次元での検討が多いテーマですが、3次元で検討するとはるかに複雑な現象となり、これを実用的に検討する事を考えた場合、数値シミュレーションでの検討という選択肢が挙がります。2次元の円形断面を持つ構造物の物理的応答は広範囲にわたって研究されており、1878年にチェコの物理学者Vincenz Strouhalが渦放出の周波数を断面直径とバルク速度に関連付ける経験式（図2）を提唱しています。



図2. 渦放出の経験式



VIVの3次元数値シミュレーションでは速度、せん断粘度、圧力、乱流により支配される流体システムと、コンプライアンス、ひずみ、変位により支配される構造システムの2つの異なる物理システムをリンクさせる必要があります。さらに、これらのシステムを同じ時系列で解く必要があるため連成して解く必要があります。



流体–構造連成シミュレーション（FSI）設定



連成シミュレーションは3DEXPERIENCEプラットフォームでも実施可能です。VIVのシミュレーションは流体-構造連成（FSI）問題であり、固体と流体シミュレーションの別々のオブジェクトを構築して同時に解き、指定間隔でデータを交換します。流体側（https://www.3ds.com/ja/products-services/simulia/products/fluid-cfd-simulation/）はトラクションベクトルを構造モデルにエクスポートし変位と速度をインポートします。構造側（https://www.3ds.com/ja/products-services/simulia/products/structure-simulation/）は変位と速度をエクスポートしトラクションベクトルは流体ソルバーからインポートするため逆挙動が生じます。



3次元VIVシミュレーションでは主に3課題に対応する必要があります。例えば直径0.2mのパイプラインがありパイプに対し垂直方向に水が流れる場合を考えます。30mのパイプが接地され、流体と固体モデルを同一箇所に配置します（図3）。



図3. 吊り下げ式パイプラインの一般的な配置



流体–構造連成シミュレーションに用いる長い構造物のメッシング



VIVの影響を受けやすい構造物は1方向の寸法が他の2方向よりも非常に長いことが特徴です。一般的に構造シミュレーションのモデルとしては問題となりませんが、流体シミュレーションのモデルとしては問題となる場合があります。この例では2次元パイプ周辺の壁面境界層を表現するため細かい解像度を要しますが、3次元では要素数を減らすため粗い解像度にすることが望まれます。こうした理由からすべてのメッシュサイズを一様とするHex Dominant Mesherはこのアプリケーションには適しません。



押出しメッシュ機能はユーザーが3方向すべてのメッシュサイズをコントロール可能なため今回の対象に適しています。これを効果的に活用して現実的なメッシュ数に抑えるため一部領域においてアスペクト比1:100～200のメッシュを用意しました（図4）。



図4. パイプライン周辺の流体メッシュ分割



2次元サーフェスメッシュは三角要素と四角要素からなり、はじめにパイプの初期位置周辺に対して生成されます。このサーフェスメッシュは3次元のソリッドメッシュを生成するためのテンプレートとして使用され、2次元のサーフェスメッシュを押し出すことで3次元のソリッドメッシュができます。サーフェスメッシュは流体シミュレーション自体には利用されず、流体シミュレーションの結果に影響しない要素となります。この例では対称モデル機能を用いたハーフモデルとしたため流体領域の長さは実形状の半分の15メートルとなり、流体領域が100万メッシュに抑えられました（図5）。



図5. 流体領域のメッシュ



モーフィングメッシュ



水流の影響を受ける吊下げパイプラインでは振動発生が予測されます。流体メッシュは作成や削除ができないためパイプ挙動は作成済みのメッシュで表現する必要があります。ユーザー指定の基本ガイドラインに従い繰返し計算ごとにメッシュを自動でモーフィングします。内部においては流体ソルバーと完全に分離した挙動で、メッシュはパイプラインの移動に伴い変形し静的有限要素シミュレーションのように移動に応じ変形します。メッシュモーションダイアログボックスを用いユーザーが追加制御を行うことも可能で、例えばパイプが移動してメッシュが変形してもパイプ壁面の隣接メッシュ形状は極力変形をさせずに維持し、境界層周りのレイヤーメッシュを担保させることができます（図6）。メッシュの歪みが要因となり解が発散する場合もありモーフィングで対応可能なパイプ挙動の表現範囲には限界がありますが、この例では振動するパイプの動きが問題なく捉えられています。



図6. パイプ移動に伴うモーフィングメッシュ



構造と流体シミュレーションのカップリング



シミュレーションは構造と流体で異なるソルバーを用いており、それぞれの解は「ポート領域」で定義した共通のインターフェースを介し連成します。流体–構造連成問題で異なるソルバーを用いることで各物理システムにおいて最も効率的な技術の適用が可能です。共通インターフェースを介し正確に解のデータ交換をおこないます。



連成の度合は弱、中、強のどれに分類されるかを決定する多くのパラメータに依存します。弱連成、つまり片方向連成は陽解法の連成スキームを用いて解き、流体に与える構造の影響の方が構造に与える流体の影響よりも著しく大きい問題を解くのに適しています。このスキームでは安定性を維持するため十分に小さな時間ステップを選択する必要があります。互いの影響が強い問題に対し陽解法の連成スキームを用いた場合、解の不安定性や不正確さに問題が生じる可能性があります。



3DEXPERIENCEの連成手法は外挿法、アクセラレーター、フィルタリング技術、収束基準が追加され、陰解法反復連成のための最先端の連成シミュレーション機能を提供しています。特に準ニュートン法は安定性の観点から収束性を向上し強連成問題への対応を可能にし、特定の収束基準を達成するために必要な連成の反復回数を減らすことで計算コストを削減します。VIVパイプラインの例では陰解法を用い強連成シミュレーションを実施しています。ポート領域でデータ交換をするインターフェースを定義し、固体と流体モデルのポート領域は幾何学的に同位置とします（図7）。



図7. 流体と固体のポート領域設定



流体–構造連成シミュレーション設定



構造シミュレーションでパイプを解き、流体シミュレーションで水を解く



構造シミュレーション側は6面体要素（ソリッド）を用い陰解法で時間刻み0.01秒で解いています。



流体シミュレーション側は4面体要素（プリズム）と6面体要素(ヘキサ)を用い、流入境界における流入流速2m/s、流出境界における圧力を静水圧、対称面に対称境界、海底以外の壁面は摩擦無壁面、K-ε乱流モデル、時間刻み0.01秒で解いています。



連成シミュレーション設定



ガウス・ザイデル法を用いた陰解法でデータ交換は0.01秒毎、計算物理時間は12秒としました。



ランタイム診断



連成シミュレーション実行中はジョブの進捗状況や収束状況をご確認いただけます（図8）。流体と構造ソルバーでは変位データを交換しており、流体ソルバーが構造の変位データから速度データを外挿しこれを収束判定に使用しています。収束判定基準には2種類あり、相対残差と絶対残差を記録しながら収束判定チェックをおこなっています。収束の達成有無に関わらず各時間ステップ内では最低3回の繰返し計算を実施します。



図8. ログファイル例



流体–構造連成シミュレーション結果



連成シミュレーション結果は定性的かつ定量的な表現が可能です；前者はパイプの変位や水中の速度/渦度/圧力分布図で、後者はパイプの様々な位置における時間–変位グラフとなり、パイプ振動の振幅や周波数を測定することができます。



構造シミュレーションによりパイプの応力、ひずみ、変位の結果が得られ、完全性や疲労性能評価にご使用いただけます。



図9. パイプラインからの渦放出



図9は12秒後の非定常結果でパイプ変形と水中の速度分布を表現しており、渦形成とパイプからの渦放出をご確認いただけます。ここでは対称面付近の断面位置における分布を示しており、他の断面位置においても類似した分布が確認されます。



ストローハル数を0.2とした場合のパイプからの渦放出の周波数は次式で算出します： 0.2 * v/d =0.2 * 2.0/0.2 = 2Hz



パイプライン自体が振動すると最大変位点またはその近傍で渦が流されるため後流の振幅が大きくなり、結果として圧力抵抗が横力とともに増加し振動数が減少します。



図10. 対称面におけるパイプラインのクロスフローとインライン変位



図10のグラフは対称面の位置におけるパイプのクロスフロー(ピンク曲線)とインライン(ブルー曲線)の変位振幅を示しています。実機の検査では振動周波数が約1.5Hzとなり、パイプ振動の影響で周波数が低下するという予測に一致しました。振動が定常状態に達したときにパイプのピークからピークまでの変位は約500mmとなり、パイプ直径に換算して2.5Dと表すことができます。



図11. 最大変位時のパイプラインのフォンミーゼス応力



図11はt=11.9 秒におけるパイプのフォンミーゼス応力分布です（実際に解いているのはハーフモデルとなるため対称面でミラーリングし結果を表示しています）。パイプ内の応力またはひずみは必要に応じて疲労性能評価のため振動数と共に使用いただけます。



まとめ



3DEXPERIENCEプラットフォームを用いてパイプラインの渦励起といった複雑な連成シミュレーションが実行できます。流体ソルバーによる流体シミュレーションはFMKロール、構造ソルバーによる非線形構造動的シミュレーションはSYEロールで実施いただけます。



流体と構造間の相互作用を解く事ができ、効率的に収束解を得るための連成アルゴリズムを提供しています。この手法を活用し流体と構造における互いの影響が大きな動脈内の血流、蠕動ポンプ、プラスチック容器といった課題にご活用いただけます。



3DEXPERIENCEプラットフォームによるVIVシミュレーションのオンデマンドセミナーを視聴いただけます。



SIMULIA&nbsp;は&nbsp;Abaqus,&nbsp;Isight、&nbsp;fe-safe、&nbsp;Tosca、&nbsp;SIMPACK、&nbsp;CST Studio Suite、&nbsp;XFlow、&nbsp;PowerFLOW などのシミュレーションプロダクトを提供しています。SIMULIA Community&nbsp;ではソフトウェアの最新情報をご確認いただけます。
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      <![CDATA[ 熱流体シミュレーションで革新的な製品開発を加速させよう ]]>
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      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/2021-how-to-accelerate-product-innovation-with-flow-and-thermal-simulation/</link>
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      <pubDate>Mon, 26 Jun 2023 13:43:14 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ 熱流体システム設計ではデザイナーやエンジニアが3Dモデルを作成し、それをCAE専任者に渡してCFD (Computational Fluid Dynamics) 解析とシミュレーションを行うのが一般的な流れです。この作業に数ヶ月を要し、その後更に物理的なテストを実施することもあります。Fluid Dynamics Engineerは革新的な設計コンセプトを探求しつつ設計改善のため日常的に熱流体の計算を行うエンジニアを対象としています。
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      <![CDATA[ 
この記事はBehnam Dastvarehによるものです。Behnamは2020年7月にENA2に入社した流体エンジニアです。カルガリー大学で博士号を取得しアルバータ大学で博士研究員を務めた後にチームに参加しました。研究内容は流体のコーディング、シミュレーション、解析に加え、様々なシステムにおける熱や物質の輸送問題でした。ニュートン / 非ニュートン流、多孔質媒体、粒子、流れの不安定性などを研究しています。この分野の査読付きジャーナルにいくつか論文を掲載し、科学界からいくつもの賞を受賞しています。豊富な経験と顧客主導型ソリューションへのコミットメントを持つBehnamはENA2の機械工学チームにとって貴重な存在です。



3DEXPERIENCE®ポートフォリオの一部であるFluid Dynamics Engineer ロールは、デザイナーやエンジニアの設計プロセスの指針となる熱流体シミュレーションを実施するロールです。設計サイクルの早い段階で最適な流れ場、効率的な熱管理、最小限の圧力損失、その他の性能基準の評価が可能です。内部 / 外部流の熱流体シミュレーションを実施し製品設計をしながら改善するための実用的な情報を得ることができます。



イノベーションをもたらす



熱流体システム設計ではデザイナーやエンジニアが3Dモデルを作成し、それをCAE専任者に渡してCFD (Computational Fluid Dynamics) 解析とシミュレーションを行うのが一般的な流れです。この作業に数ヶ月を要し、その後更に物理的なテストを実施することもあります。Fluid Dynamics Engineerは革新的な設計コンセプトを探求しつつ設計改善のため日常的に熱流体の計算を行うエンジニアを対象としています。



このソリューションは業界標準のRANSベースの有限体積法によるCFD技術を用いており、説明付きの設定パネルでユーザーをガイドします。これにより、ユーザーは何百もの設計を素早く検討すると同時に製品性能の向上が可能です。デザイナー、エンジニア、シミュレーション初心者においてもシミュレーション主導の設計革新を可能にします。



Fluid Dynamics Engineerは3DEXPERIENCEプラットフォーム上にあるため、シミュレーション技術がCADやPLMと関連付き、エンドツーエンド製品開発に適した統合コラボレーション環境で利用いただけます。更にクラウド上の高性能な計算リソースを用いてローカルのハードウェアリソースに依存しない、高速で強力なパフォーマンスを実現します。



上図はスマートスピーカ内部における熱流体シミュレーション結果で、固体のみを表示し温度分布を色で示しています。中央が局所的に熱くなっている事が確認できます。ここでは表示していませんが、スピーカ内部を流れる空気や、流体-固体間の伝熱もシミュレーションで同時に解いています。



クラウドの計算リソース



クラウドの計算リソースで必要なときにいつでも必要な分を用いて様々な規模や複雑なシミュレーションを実行いただけます。



1時間以内でインストールからの利用開始が可能で、ローカルのハードウェアやソフトウェアの性能に依存せず利用いただけます。ローカルマシンのみの環境よりも大規模で複雑な問題への迅速な対応が可能で、必要に応じていつでもクラウドクレジットを追加購入し、利用可能な計算リソースを増やすことができます。



3DEXPERIENCEプラットフォームはCFDシミュレーションがCADやPLMのデータと連携しているため、設計変更への対応をシミュレーションで簡単に更新でき、結果をすぐに3D設計にフィードバックします。クラウドベースの製品開発には以下のメリットがあります：



ハードウェアとソフトウェアのITコスト削減



クラウドコンピューティングリソースでより大規模で複雑なモデルに対応



ハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) によるターンアラウンドタイム高速化



迅速な導入 – インストールから始めて1時間以内に利用開始可能



上図はビル風・風環境の流体シミュレーション結果です。基本設計段階でビル周辺の風環境を予測し配棟計画の検討などに活用いただけます。建物周辺において寒色は風速が弱く、暖色は風速が強く風が通りやすい箇所です。周辺住民・自治体などに説明の必要が生じた際に、ビジュアルとしてのシミュレーション結果は伝わりやすく、説得力があります



より迅速な対応に



Fluid Dynamics Engineerは様々なタイプの流体シミュレーションに対応し、革新的な新製品をより早く市場に投入されたい中小企業や大企業にお勧めです。



3DEXPERIENCEの流体シミュレーションはSIMULIAの技術を活用し流体の問題をより迅速に確信を持って解決します。クラウドの高性能な計算リソースで大規模なシミュレーションや複雑なシミュレーションを高速化し、ローカルマシンで日々の作業を継続いただけます。最後に、3DEXPERIENCEプラットフォームにより同僚とシミュレーション結果の共有や、レビュー、比較がより簡単になります。



SIMULIA&nbsp;は&nbsp;Abaqus,&nbsp;Isight、&nbsp;fe-safe、&nbsp;Tosca、&nbsp;SIMPACK、&nbsp;CST Studio Suite、&nbsp;XFlow、&nbsp;PowerFLOW などのシミュレーションプロダクトを提供しています。SIMULIA Community&nbsp;ではソフトウェアの最新情報をご確認いただけます。
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      </item>
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      <title>
      <![CDATA[ 一緒に学ぼう：Fluid Dynamics Engineer (FMK) ロール ]]>
      </title>
      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/2022-lets-learn-together-fluid-dynamics-engineer-role/</link>
      <guid>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/guid/241281</guid>
      <pubDate>Wed, 14 Jun 2023 13:43:16 GMT</pubDate>
      <description>
      <![CDATA[ この記事は3DEXPERIENCEプラットフォーム上のシミュレーションと、3DEXPERIENCEプラットフォーム上にあるロール紹介のシリーズのひとつです。今回はFluid Dynamics Engineerロールに焦点を当て、普段から熱流体シミュレーションを行うエンジニアの方に、設計変更をして革新的な設計コンセプトを探求いただくのにお役立ていただければ幸いです。
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      <![CDATA[ 
この記事は3DEXPERIENCEプラットフォーム上のシミュレーションと、3DEXPERIENCEプラットフォーム上にあるロール紹介のシリーズのひとつです。今回はFluid Dynamics Engineerロールに焦点を当て、普段から熱流体シミュレーションを行うエンジニアの方に、設計変更をして革新的な設計コンセプトを探求いただくのにお役立ていただければ幸いです。（英文はこちら）



概要



Fluid Dynamics Engineer (FMK)は設計者や設計エンジニアが熱流体性能を検証するため内部/外部流や熱伝達問題などを解く際に使用いただけます。CADと連携したCFDアプローチにより、Fluid Dynamics Engineerは最適な流量分布、効率的な熱管理、最小限の圧力損失などに基づき製品の性能改善をしながら100以上の設計案を迅速に検討することが可能です。流体業界で最も一般的な手法となる有限体積法ベースの数値流体力学 (CFD) 技術を活用し、設計者が3DEXPERIENCEプラットフォームの統合コラボレーション環境上でエンドツーエンドの製品設計を効率的に実行できるようCAD+CFD+PLMが統合し、説明付き設定パネルが付いています。



上図は吹出口方向や風量・温度調整をし、車室内を快適に保つカーエアコンのシミュレーション結果です。流線で風の流れ方を、色で風速や温度といった物理量を表現することが出来ます。環境への配慮からエネルギー効率向上や小型軽量化に取組みながら快適性と環境性能の両立も課題となっています。



Fluid Dynamics Engineerはシミュレーションデータサイエンス技術を活用してすべてのシミュレーション、モデル、結果データが紐づき、追跡、更新、再利用、分析ができ、関係するユーザが簡単に利用できます。



Fluid Dynamics Engineer (FMK) には最大8コアで1つのシミュレーションジョブを繰返し実行できる埋込み型ライセンスが付いています。関連するロールでの利用に限定し、ロールが付与されているユーザあるいはコンカレントライセンスモデルに基づきご利用いただけます。



以下のロールと併せてご利用いただけます：




Simulation Foundation (SEI) は、シミュレーション手法が備わったコーポレートライブラリにアクセスする全てのユーザにアプリケーションとサービスを提供し、全てのシミュレーションを共通の利用箇所から見つけてモニターする事ができます。詳細はSimulation FoundationまたはMultidisciplinary Optimization Engineer BFSのドキュメントをご確認ください。




Multidisciplinary Optimization Engineer (MDO) は3DEXPERIENCEプラットフォーム上のロールで、 Fluid Dynamics Engineerがアプリケーションをシームレスに切替え利用できます：ワークフロープロセスにおいて適切なツールを適切なタイミングで適用することができるため、設計とシミュレーションのプロセスにおいてより高い柔軟性とコラボレーションが可能になり、形状変更を自動更新し、同じプラットフォーム上で解析者がすぐに最新の結果を得ることができます。



Fluid Dynamics Engineer (FMK) とMultidisciplinary Optimization Engineer (MDO)を組合せて活用する事で、再利用・展開可能なシミュレーションプロセスを作成し、シミュレーションを製品開発工程の一部として組込むことを可能にします。



Fluid Dynamics Engineerには、CFDのワークフロープロセスを把握するための2つの主要アプリケーションがあります： Fluid Model CreationとFluid Scenario Creationです。




Fluid Model Creationは流体領域を自動抽出して境界層を正確に捉えた流体解析用のメッシュを簡単に作成でき、マニュアル作業工数を低減します。



Fluid Scenario Creationでは物理/境界条件といった解析条件を定義します。




搭載機能




オートメッシャー



定常/非定常



層流/乱流



圧縮/非圧縮



亜音速、遷音速、超音速流れ



ニュートン/非ニュートン流



多成分流体



自由表面 (VOF)



共役熱伝達 (CHT)



輻射 (S2S、日射)



人体熱快適性モデル



ジュール熱、液膜モデル (デミスト、デフロスト)



ファンモデル



多孔質媒体 (ポーラスメディア)



マルチフレーム (MRF)




ベネフィット




CAE専任者のようなシミュレーション知識や経験が無い方、設計CAEにも対応



項目毎に説明書きが付いた設定パネルで不慣れな方でもCFD解析設定



流れ場を最適化し圧力損失と乱流渦を低減した設計改善



複雑なCFD解析のワークフローを軽減する工夫された設定





壁面近傍における境界層や乱流流れの正確な結果を予測





定常/非定常解析の計算時間短縮






ハイライト




シミュレーションと設計を同時に行うCADとCFDが連携したエンドツーエンドのワークフロー



ユーザをアシストするパネルで解析設定の複雑さを軽減



自動選択の乱流モデルを適用し定常/非定常の熱流体解析を実施(手動選択も可)



順番に何をすれば良いかをガイドする説明付きパネルを含む、直感的で使いやすいインターフェース



初期段階の設計検討をより速く実行するのに有効なトレードオフ性能



結果の可視化と自動レポート作成



埋込みライセンスを活用した8コアでの解析実行の他、3DEXPERIENCEクラウドの計算リソースを活用した解析実行



KPIや製品要件の検証、トレードオフ実行にシミュレーションを活用



シミュレーションの種類に応じてあらかじめ定義されたルールを選択してシミュレーション効率、ロバスト性、精度を向上



業界標準のRANS (レイノルズ平均ナビエ・ストークス方程式) ベースの有限体積ソルバーによる定常/非定常シミュレーション



自動ヘキサメッシャーによる高度なボディフィットメッシング機能により複雑形状における流れを正確に再現



モデル設定からポスト処理までをシームレスに作業する設定パネル



収束誤差を予測する特許取得済みの判定技術で無駄な繰返し計算を低減し、早い収束を実現



マルチフィジックス対応：流体構造連成 (FSI) や共役熱伝達 (CHT) により複数ドメインを含む複雑な流体シミュレーションのモデリング



プリポスト、ソルバー実行の統合環境



解析モデル設定機能を活用した統合環境内での形状編集



DOEによる再利用可能なシミュレーションプロセスを設定し、包括的な結果分析機能で複数デザインを初期段階で検討




What’s New



Fluid Dynamics Engineerロールは次数低減モデルを使用し電子機器の冷却、小型ヒートシンク、プリント基板などの電子機器冷却部品の影響をモデル化できるようになり、ターンアラウンドタイムの短縮をはかる事ができます (22x GA)。



Plastic Injection Engineerの紹介もお見逃しなく！



SIMULIA&nbsp;は&nbsp;Abaqus,&nbsp;Isight、&nbsp;fe-safe、&nbsp;Tosca、&nbsp;SIMPACK、&nbsp;CST Studio Suite、&nbsp;XFlow、&nbsp;PowerFLOW などのシミュレーションプロダクトを提供しています。SIMULIA Community&nbsp;ではソフトウェアの最新情報をご確認いただけます。
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      <title>
      <![CDATA[ 落雷や電磁波から建物を守る: 電磁波シミュレーションの役割【SIMULIAと学ぶ、身近なシミュレーション】 ]]>
      </title>
      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/simulia-2022-electromagnetic-wave-simulation/</link>
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      <pubDate>Thu, 08 Sep 2022 13:43:45 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ SIMULIAはシミュレーション全般を担い、ありとあらゆる物理現象をバーチャル空間上に再現できます。今回は電磁波シミレーションについて解説します。
 ]]>
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      <![CDATA[ 
バーチャルツインに不可欠の3つの要素は3Dモデリング、リアルタイムデータ、そしてシミュレーション。SIMULIAはダッソー・システムズのシミュレーション全般を担い、ありとあらゆる物理現象をバーチャル空間上に再現できます。シミュレーションに何ができるのかを、身近なテーマを使ってご紹介します。



はじめに



Wi-Fiが5分切れるだけで、私たちがいかに「つながる」状態に慣れきっているのかわかります。現代のライフスタイルの殆どはデジタル接続とインフラに依存しているため、その接続を安定的に提供し、データを保存するデータセンターのような建物を、意図的でない電磁波（EM）から保護することは極めて重要です。







落雷



雷は遠くで見ている分には美しいものですが、雷雨の中ゴルフコースに出ない方が良いことは誰もが知っています。では、雷とはどのようなもので、デジタルシステムにどのような影響を及ぼすのでしょうか。



雷は、嵐雲中の水や氷の粒子に電荷が蓄積され、電気の力が十分に高くなり、プラス電荷とマイナス電荷が引き合い放電したものです。この電離した空気の領域では、ステップリーダー（先駆放電）と呼ばれる、地球に向かって枝分かれするステップ状の一連の電荷が発生します。ステップリーダーが地上に近づくと、反対方向に帯電したストリーマー（お迎え放電）が上昇し、雲と地上の間に導電路が形成されます。この形成された導電路にパルス状の電流が流れることで雲から放電され、これが稲妻の閃光となります。このリターンストローク(帰還雷撃)は、ピーク時に数万から数十万アンペアにも達し、非常に高温（最大3万℃、太陽の5倍！）になるため、周囲の空気が急速に膨張し、雷鳴として聞こえる衝撃波を発生させます。



建物は、特に高さがあり、構造体の一部である金属が電気伝導性に優れているため、低抵抗の経路を提供することになります。この場合、建物は落雷の経路の一部となり、強烈なリターンストローク電流に直接さらされることになります。雷の電流パルスは、大きな加熱を引き起こすのに十分なエネルギーを含んでおり、構造物の損傷につながる可能性があります。電流に伴う高強度磁場は、ケーブル配線や電気/電子システムに有害な電流や電圧を誘導し、IC やストレージ・デバイスなどの高感度電子部品の破壊を引き起こす可能性があります。また、磁場が重要なインフラを傷つけるのに十分なレベルである可能性があるため、近くでの間接的な落雷も懸念事項です。



電磁パルス(EMP)



EMPは多くのアクション映画の筋書きで、電気・電子システムに損傷を与える兵器としても扱われています。さて、EMPがビルや都市のデジタル・インフラを一掃する威力を持つという考えは、どの程度正確なのでしょうか。EMPは、自然現象としても、人間の活動の結果としても起こりうる現象です。 自然現象としては、太陽コロナから放出されるプラズマとその磁場によって引き起こされる太陽電磁パルスがあります。人工的に発生するEMPの例としては、核爆発の結果、粒子が地球の大気や磁場と相互作用することによって発生するパルス（NEMP）があります。







EMPは、ピーク電界レベルが1mあたり数万ボルトの高強度電磁波を発生させます。この電磁波が建物に到達すると、窓などの開口部、ドアの継ぎ目、換気口、配管、ケーブルなどを介して結合し、建物内に侵入します。建物内に侵入した電磁波は、電子機器と結合し、電圧と電流を発生させ、高精度の電子機器に深刻な損傷を与えたり、焼損させたり、保存データを破壊する可能性があります。



デジタルインフラストラクチャーの保護



雷保護には、高感度システムから電流を逸らすことが含まれます。例えば、エアターミナルや避雷針は、雷を制御された場所に集め、安全に地面まで導く遮断ポイントとして機能することがあります。



Lightning strike on a Datacenter – 200 kA Lightning Current Pulse



シールドは、低周波磁界が建材を通して拡散するのを防ぐために使用され、ケーブルにも適用されることがあります。EMP対策としては、EMPが発生する波長よりも開口部を小さくして結合・透過を抑え、データセンターなどではシールドを施して保護区域を作ることが一般的です。また、窓ガラスに導電性コーティングを施し、ガラスを通過する電界を減衰させることも可能です。



フィルタリングと過渡保護デバイスは、コネクターインターフェースの電圧と電流を減衰またはクランプするために使用することができます。これらは、ケーブルシステムを建物に引き込むポイントオブエントリー（POE）で適用することができます。配管に設置された金属製のメッシュ構造は、電磁波をフィルタリングし、建物内への侵入を防ぎます。



&nbsp;



シミュレーションの活用方法



では建物を保護するために、シミュレーションはどのような形で役立つでしょうか。たとえば物理ベースのシミュレーションを行うことにより、建物を新たに建造したり、既存の建物をアップグレードする前に、デジタル・インフラ設計上の雷/EMPへの脆弱性を評価し、電磁波の影響に対する防御力を強化することができます。また、さまざまな保護スキームを解析し、その有効性を評価することができます。さらに、パラメトリックスイープとオプティマイザを使用して設計のトレードオフを検討し、過剰なエンジニアリングを回避することで、建築資材のコストを削減することができます。



物理学に基づく複合的なシミュレーションを行うことで、電磁波対策のために実装した設計機能が構造的な完全性や冷却システムの性能を損なわないようすることや、逆に性能を低下させないようにしたりすることもできます。例えば、冷却システムの一部として建物内に配置された金属製の配管やダクトは、電磁界や電流を建物内に運ぶ導体として機能する可能性があり、電磁共振効果によって電磁界を増強させ、損傷を与える可能性さえあります。



バーチャルツインを使用した今日の最新シミュレーション技術は、すべてのエンジニアがシステム全体を完全に理解することで、イノベーションのためのまったく新しい道を切り開くことができるのです。SIMULIAのCST Studio Suite テクノロジーによるシミュレーションでは、磁界と結合経路を可視化することができるため、建物の電磁気的性能について大きな洞察を得ることができ、最適な設計と保護につながります。3DEXPERIENCE プラットフォームを通じて SIMULIA EM シミュレーション テクノロジーにアクセスすることで、すべての関係者が最新のデータを使用して、設計からシミュレーション、製造まで継続的に作業を行うことができます。
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      <![CDATA[ 「新しい人々と交流し、異なる視点を理解し、調整しながら、解決策を導き出す」SIMULIA流体担当ディレクター 【Women in Engineering】 ]]>
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      <pubDate>Mon, 01 Aug 2022 13:43:47 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ ダッソー・システムズではエンジニアリング分野を中心に多くの女性社員が活躍しており、また各国の女性ユーザーの皆様に当社製品を活用いただいていることを誇りに思っています。当社のSIMULIAブランドが展開している「Women in
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      <![CDATA[ 
ダッソー・システムズではエンジニアリング分野を中心に多くの女性社員が活躍しており、また各国の女性ユーザーの皆様に当社製品を活用いただいていることを誇りに思っています。当社のSIMULIAブランドが展開している「Women in Engineeringシリーズ」では、シミュレーションの分野で活躍する優れた女性エンジニアを紹介しています。



今回は、SIMULIA Industry Process Consultant DirectorのTristan Donleyをご紹介します。



©Tristan Donley/Dassault Systèmes



SIMULIAではどのようなポジションで、何を担当されているのですか？



私は SIMULIA Industry Process Consultant Director の一人で、数値流体力学（CFD）にフォーカスしています。このポジションでは、輸送、航空宇宙、ハイテク、エネルギー、産業機器など、あらゆる業界向けの CFD ソリューションに関する技術的な専門知識で、私と私のチームは北米での販売をサポートしています。



毎朝、会社に来るのが楽しみとお聞きしました。それは、なぜでしょうか？



私たちが提供できるソリューションは多岐にわたるので、仕事は非常に面白いです。航空機の空力設計から、建設機械の熱管理、パソコンのファン音を静かにする方法まで、あらゆる業界をカバーしているのです。また、さまざまなタイプの人と一緒に仕事をする機会があり、その交流もとても楽しいです。物理や機能の話など技術的な話もあれば、ビジネス価値の話もあります。毎日、いや、頻繁に毎時間、違うことがあります。



エンジニアになろうと思ったのはいつ頃ですか？



私は、幼い頃からエンジニアになりたいと思っていました。私の両親は、母がソフトウェア開発者、父がエンジニアと、どちらも技術的なキャリアを積んでいます。大学で工学の講義を受け始めたとき、いかに自分に挑戦し、興味を持ち続けることができるかを知り、これこそ私の情熱だと思いました。



エンジニアとして、特に女性エンジニアとして、最も大きな挑戦や成功は何ですか？



私は米国の海軍原子力推進計画に携わり、 プロとしてのキャリアをスタートさせました。頻繁に行われる会議では私だけが女性で、原子炉の初期重要起動時には潜水艦の制御室で常に女性一人でした。これらは素晴らしい経験でしたが、男女間の不平等の大きさを初めて思い知らされることになりました。2010年、米海軍は潜水艦への女性の搭乗を解禁したことを、私は誇りに思っています。



現在、私は幸運にも多くの業界と仕事をすることができ、さまざまなレベルの偏見に気づくことができました。このような障壁を取り除き、認識を変えるためには、まだやるべきことがあります。しかし、このような偏見によって、仕事の目標が左右されるようなことはなく、戦略の調整が必要な場合もあります。



あなたの原動力やインスピレーションとなるものは何ですか？あなたのお気に入りの “ハッ “とする瞬間を教えてください。



私は仕事上、問題解決に取り組んでいますが、解決することはもちろん、そこに至る道筋にこそ意欲をそそられます。すべての決断は、自分の進むべき道を示してくれます。時にはうまくいかず、引き返さなければならないこともありますが、そこから学ぶことができます。その過程で、新しい人々と交流し、異なる視点を理解し、調整しながら、解決策を導き出すのです。解決に到るまでのすべてが私の原動力です。



もし、あなたがエンジニアでなかったら、何になりたいですか？



私は自分のキャリアを本当に愛していますし、さまざまな分野で充実感と情熱を持てるのは幸運なことです。もし何か他のことを考えるなら、自分の創造性を表現し続け、人々の気分を高揚させる空間を作り出せるようなフラワーデザインをやりたいと考えています。



履歴書に書かれていないことで、あなたにとって一番興味深いことは何ですか？



よく驚かれるのは、NASAのプロメテウス計画で原子炉の開発に携わったことや、「テナシティ」というスカイダイビングの競技チームに所属し、約1000回のスカイダイビングを記録していることです。しかし、私にとって人生で最も興味深いのは、自信にあふれ、想像力に富み、思いやりのある3人の子供たちです。&nbsp; 私は毎日、彼らから新しいことを学んでいます。



趣味は何ですか？



新しいことに挑戦するのが好きなので、趣味のリストは常に増えています。でも、料理はその筆頭です。新しい料理を研究して試すのが好きで、家族の味覚の幅を広げることができました。



仕事以外の時間はどのように過ごしていますか？



私はとても活発な家族と多くの時間を過ごしていますが、運動や瞑想も大好きです。自分のために時間を使うことで、子どもたちや友人、家族、仕事、ボランティア活動に最高の自分を発揮できるのだと思います。旅行も大好きで、アフリカのフォトサファリ、アラスカの犬ぞり、グランドキャニオンのハイキングなど、素晴らしい旅に何度も出かけました。これからもたくさんの冒険をしたいと思っています。



STEM/STEAM教育やアウトリーチの重要性、特に女子への働きかけについて、どのように感じているか教えてください。



毎年、私たちの世界では何百万もの技術的進歩がありますが、それを踏まえて考えてみると、幼い子どもたちが大人になったときに就く仕事の多くは、まだ発明されていないのです。子どもたちにテクノロジーについて教えることは、こうした変化への備えとなり、既成概念にとらわれない思考を促すことになります。また、女子が若いうちにこうしたプログラムに参加することで、この分野の女性比率が正常化し、偏見がなくなり、より多様な技術的解決策がもたらされます。



あなたの好きな言葉は何ですか？



「様々な決定が行われる全ての場所に、女性はいるべきです。女性がいるのが例外であってはなりません」ルース・ベイダー・ギンズバーグ
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      <![CDATA[ 「シミュレーションが好きなのは、私たちの業界に革新をもたらすからです」ライフサイエンス業界で活躍する女性エンジニア 【Women in Engineering】 ]]>
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      <pubDate>Wed, 06 Jul 2022 13:43:48 GMT</pubDate>
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ダッソー・システムズではエンジニアリング分野を中心に多くの女性社員が活躍しており、また各国の女性ユーザーの皆様に当社製品を活用いただいていることを誇りに思っています。当社のSIMULIAブランドが展開している「Women in Engineeringシリーズ」では、シミュレーションの分野で活躍する優れた女性エンジニアを紹介しています。



今回は、医療器具・機器メーカーであるストライカー（Stryker、米国）のシニアプリンシパルエンジニアであるCheryl Liu博士を紹介します。



© Dr. Cheryl Liu (Stryker Corporation)



人間の身体は驚くべき能力を備えていますが、無謬ではありません。怪我や加齢によって関節が傷つき、痛みや機能低下が生じることがあります。しかし、医療技術の進歩により、関節の多くは修理や交換が可能になり、運動機能を維持することができるようになりました。



どのような種類の医療用インプラントであっても、インプラントが適切に機能し、身体の他の部分と同調して機能することを確認するために、細心の注意が払われなければなりません。幸いなことに、医療技術の進歩により、インプラントのコンセプトは、規制当局の試験や承認を受けて患者の体内に設置される前に、バーチャル環境で徹底的に評価・最適化することができるようになりました。



インプラント・手術器具のシミュレーション



世界有数のメドテック（医療技術）企業、ストライカーの上級主席技師であるCheryl Liu博士は、2021年SIMULIAアメリカ地域ユーザー会において基調講演者でした。基調講演では、「私たちはバイオメカニクス領域におけるシミュレーションの価値を理解しています」と述べています。「また、シミュレーションは、患者やその能力を表現することにも使えるため、様々な患者の体内でインプラントがどのように機能するかをライブラリ化しています。インプラントを設計する際には、ライブラリ化した情報を使って設計を繰り替えし変更し計算しています」



また、シミュレーションによって、外科医や患者にインプラントの性能を示したり、手術器具が手術でどのように機能するかを評価したりすることもできます。例えば、Liu博士によると、シミュレーションは、重量や音を減らすことで手術器具を改善するために、より広く活用することができますし、そうするべきだと考えています。使いやすさ、安全性、有効性、耐久性をテストすることは、特にロボット手術の開発において最も重要なことです。



「ロボット手術に欠かせないCTスキャンにおいては、患者の骨の3Dモデルを構築します」とリュー博士は言います。「患者とその生体力学的な特性を理解し、外科医がインプラントを挿入したときに、どのような運動学的結果が得られるかを予測できれば、その人に最適なインプラントの挿入位置を見つけ出し、術後の機能を向上させることができます」



ストライカーのチームは、インプラントの設計に複数のシミュレーションを使用し、新しい設計が重要な領域でどのように性能要件を満たしているかを理解すると同時に、他の領域で起こりうる性能問題のリスクを把握することができるようにしています。



患者別医療の未来



すべての患者に独自のインプラントが設計されるわけではありません。ストライカーでは、実績のあるモデルの広範なライブラリを使用し、シミュレーションによって各症例に適したモデル、サイズ、配置を決定しています。真の患者専用シミュレーションモデルは、患者の四肢の位置、骨形状、軟部組織の制約、可動域を考慮したモデルであり、聖杯だとリュー博士は述べています。



「単純化しすぎて、患者固有の既存条件が失われ、モデルの精度が犠牲になることは避けたい」とLiu博士は言います。「しかし、同時に、術中に使用できる真の患者固有のシミュレーションモデルは、効率的に解く必要があります。リアルタイムなソリューションを実現するために、ソフトウェアプロバイダーやSIMULIAと提携し、ソフトウェアの効率性を高める必要があります」



ストライカーは、年齢、性別、体力、体格の異なる人々のサンプルから包括的な解剖学的データと歩行ラボデータを収集し、患者固有のモデルのライブラリを構築しています。そのデータは、モデルの較正と検証に使用されます。収集したデータには、下り坂を歩いたり、膝を曲げたりといったさまざまな動作の際に、膝などの関節がどのように動くかという情報も含まれています。スポーツを定期的に行う患者の場合、医療チームは、例えばテニスをするのに最適な可動域を実現するインプラントの種類と位置を決定する必要があります。シミュレーションはこの判断に役立ちます。



ストライカー はインプラントの設計と選定という困難な要件に対応するために、SIMULIA ブランドのソフトウェア製品である Abaqus を採用しました。



「インプラントの静的な曲げ解析であれば、ほとんどのソフトウェアで可能です」とLiu博士は言います。「しかし、動的な衝撃をシミュレートすることも必要です。軟組織や日常生活動作の制約をシミュレートしたいのです。材料の破壊や破断のシミュレーションも行いたい。これらの高度な機能を実現するには、これらの用途向けに開発・検証された高度なソフトウェアが必要なのです。Abaqus は、こうした高度なシミュレーションのニーズを解決してくれるハイエンドなシミュレーション・ソフトウェアだと考えています」



絶え間ない学習プロセス



Liu博士は、ノートルダム大学航空宇宙機械工学科の大学院に入学するために中国から米国に渡ったときに、自分のキャリアが決まったと感じています。中国の学部では工学部の女子学生はほとんどいませんでしたが、米国の大学院では才能ある女子工学部の仲間数人と一緒に仕事をする機会に恵まれました。Dr. Liu はバイオメカニクスの博士号を取得し、2006 年に ダッソー・システムズに入社しSIMULIAを担当しました。2014年にストライカーに転職し、社内に多くの多様なリーダーがいることを知ったそうです。



Liu 博士は、ストライカー に入社する前、SIMULIA に在籍していたときに、心血管ステント解析トレーニング教材の構築に取り組み、Abaqus 膝シミュレータと Living Heart Project に関与していました。シミュレーションとライフサイエンスにおける彼女の専門知識は、彼女のキャリアの成功に貢献し、彼女はそれを非常に楽しんでいます。彼女は若い女性や少女たちに、どんな障害があってもエンジニアリングを追求するよう勧めています。



「問題を解決し、スキルを向上させ、学び続け、そのプロセスを終わらせないことは、プロフェッショナルとしてとても重要なこと」と彼女は言います。「決して飽きることはありません。常に新しい視点、新しい知識、そして新しい課題に取り組むことができます。この仕事が私をワクワクさせ、それが私の支えになっています」



「私は、好奇心を持つことを推奨しています。私は人工膝関節部門に所属していますが、他の部門がどのような取り組みをしているのか、いつも興味があります。彼らをサポートし、その過程で多くのことを学んでいます。いろいろな事に興味を持ち続ける事は、キャリアを構築するために本当に重要でありきっと飽きることないと思います」



Liu 博士は、この業界の将来は、物理ベースの解析、機械学習や人工知能の形態であれ、リアルタイムシミュレーションにあると確信しています。そのためには、モデルやアルゴリズムの開発に必要な大量のデータが必要になりますが、SIMULIA Abaqus などのシミュレーション ソフトウェアの一貫した進歩の恩恵を受けることができます。



「シミュレーションが好きなのは、私たちの業界に革新をもたらすからです。より良い設計をすることは、患者さんや外科医のお客様にとってより良いことです。シミュレーションはより速く、リスクを軽減します。これは当然のことです。医療機器メーカーでシミュレーションを導入していないところはないでしょう。これは、業界全体が採用すべき素晴らしいツールだと思います」
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      <![CDATA[ 「最大の挑戦は、毎日、自分を信じること」 2022年のSIMULIAチャンピオンが語る、女性エンジニアのチャレンジと成功　【Women in Engineering】 ]]>
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      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/simulia-women-in-engineering-2022-katerina-galitskaya/</link>
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      <pubDate>Fri, 27 May 2022 13:43:51 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ ダッソー・システムズではエンジニアリング分野を中心に多くの女性社員が活躍しており、また各国の女性ユーザーの皆様に当社製品を活用いただいていることを誇りに思っています。当社のSIMULIAブランドが展開している「Women in
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      <![CDATA[ 
ダッソー・システムズではエンジニアリング分野を中心に多くの女性社員が活躍しており、また各国の女性ユーザーの皆様に当社製品を活用いただいていることを誇りに思っています。当社のSIMULIAブランドが展開している「Women in Engineeringシリーズ」では、シミュレーションの分野で活躍する優れた女性エンジニアを紹介しています。本日は、フィンランドのRadientum社のシニアアンテナエンジニアであり、2022年のSIMULIAチャンピオンに選ばれたKaterina Galitskayaさんをご紹介します。



本日は、フィンランドのRadientum社のシニアアンテナエンジニアであり、2022年のSIMULIAチャンピオンに選ばれたKaterina Galitskayaさんをご紹介します。



©Katerina Galitskaya



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あなたのタイトルと、Radientum社で担当していること/取り組んでいることを教えてください。



私は、Radientum社のシニアアンテナエンジニアです。私の仕事は、顧客のためにアンテナのコンセプト、設計、検証を行うことです。日常業務では、CST Studio Suiteを使用してアンテナのコンセプトを作成し、詳細なシミュレーションを行っています。また、プロジェクトマネージャーとして、お客様とのコミュニケーションや、プロジェクトの全工程の管理も行っています。



毎日、どんな思いで仕事に取り組んでいますか？



さまざまなプロジェクトに携わることができ、それぞれ異なるアプローチで仕事ができることです。私は挑戦することが好きで、たとえそれが些細なことであっても、解決策を見出すことができるのです。私のチームは非常に優秀なエンジニアで構成されており、彼らは自分の経験を共有し、必要であればいつでもそばにいてくれます。



エンジニアになろうと思ったのはいつですか？また、なぜですか？



父が電気技師なので、幼い頃からこの職業について知っていました。最終的に決断したのは、大学選びのときだったと思います。もともと数学や物理が好きだったので、工学は向いていると思いました。



エンジニアとして、特に女性エンジニアとして、最大のチャレンジや成功は何ですか？



私にとっての最大の挑戦は、毎日、自分を信じることです。複雑なテーマでも自分の意見を貫けるだけの自信を持つことです。プロジェクトが成功し、顧客やチームから良い評価を得たときは、とても誇らしく思います。最近、SIMULIAのチャンピオンになったことは、私にとって大きな喜びであり誇りです。このような素晴らしい、熟練したコミュニティの大使になれることを嬉しく思っています。



あなたの原動力やインスピレーションとなるものは何ですか？また、あなたのお気に入りのアハ体験の瞬間について教えてください。



テクノロジーと進歩が、私を最も刺激します。私は、自分の専門分野の技術革新について学び、それがどのように人々の生活を向上させるかを考えるのが好きなのです。今日、私たちはあらゆるものをワイヤレスにしています。私は、5GやRADAR、IoT(Internet of Things)やモバイル機器用のアンテナの設計など、この魅力的な開発の最先端にいることができるのです。



&nbsp;



もしエンジニアでなかったら、どんな職業に就いていましたか？



書くことにずっと憧れがあったので、おそらく小説を書き始めるか、ジャーナリストになっているでしょうね。



履歴書に書かれていないことで、あなたにとって最も興味深いことは何ですか？



10代のほぼすべてを水球のプロとして過ごしました。



趣味は何ですか？



縫い物や編み物が好きですが、外で過ごすのも好きです。この冬はスキーが好きになりました。



仕事以外の時間はどのように過ごしていますか？



普段はよく歩いていて、1日に8～9kmは歩きます。読書は昔から好きな時間の過ごし方のひとつです。 時々、外に出て人付き合いをするのも好きです。



STEM/STEAM教育やアウトリーチの重要性について、特に若い女の子にどのように感じているか教えてください。



STEAM分野のキャリアを目指す女性が増えているように感じますが、これは素晴らしいことだと思います。工学教育を選択する際に迷うことはないと思います。工学は楽しく、やりがいがあり、報われるものです。楽しくて、チャレンジングで、やりがいがあり、無限の可能性が広がります。



好きな言葉は何ですか？



名言というより、座右の銘ですね。”Think outside the box!”
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      <![CDATA[ Abaqusの反復ソルバ技術による大規模解析　ベストプラクティス ]]>
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      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/abaqus-iterative-solver-2021-best-practice/</link>
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      <pubDate>Wed, 28 Jul 2021 02:44:23 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ 最先端の反復線形方程式ソルバのベストプラクティスについてご説明します。
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      <![CDATA[ 
非常に大規模な構造解析問題を解くことへの要求は絶えず高まっています。10年前には、有限要素法の解析者が5千万から1億の自由度を持つ構造問題を解くことは夢物語でしたが、今日ではソフトウェアとそれを支えるハードウェアの進化により、それが現実のものとなりました。



市販の FEA パッケージの多くで採用されている直接スパースソルバ技術は、大規模モデルに使用する際には限界があります。これは、大規模な剛性マトリックスを因数分解するために必要な浮動小数点演算の数が、モデルのサイズが大きくなるにつれて急速に増加するからです（特にソリッド要素を使用したモデルの場合）。



反復ソルバ技術は、高速でスケーラブルなソリューションです。反復ソルバは、直接ソルバでは不可能な大規模モデルを扱うことができ、忠実度の高いソリューションを実現する強力なツールです。 この新しいソルバ技術は、Abaqusに精通した構造解析者が2億以上の自由度を持つ大規模で、より実物を忠実に再現したシミュレーション・モデルを扱うための新しいツールとなります。



以下にて、Abaqus/Standardに搭載されている、新しい最先端の反復線形方程式ソルバのベストプラクティスについてご説明します。







この新しいソルバ技術は、信頼性、効率性、そして無駄のないメモリ管理のために開発された、独自のアルゴリズムに基づいています。 スケーラブルな並列実装により、非常に大規模なモデルに適した、高速でメモリ消費量の少ないソルバとなっています。



また3DEXPERIENCEプラットフォームにもこのソルバ技術は実装されており、高性能なモデリング、メッシング、ビジュアライゼーションと組み合わせることも可能です。



反復法ソルバは、特定の特徴を持つモデルに最適です。特に、反復法ソルバは、メッシュの連結性が高く、メッシュの疎密性が比較的低いモデルに最適です。このようなモデルは、一般的に「バルク状（bulky：かさのある塊状）」と呼ばれ、3次元ソリッド要素でシミュレーションされることが多いです。 ホワイトペーパーにて、この技術を最大限に活用するための使用ガイドラインと戦略をご紹介しています。



ホワイトペーパーのコンテンツ：大規模で計算量の多い有限要素モデルを取り扱う構造・力学アナリスト向け



・反復法ソルバに最適なモデルタイプは？



・反復法ソルバの起動と実行に最適な設定



・反復法ソルバの実行のためのリファレンス



Abaqusの反復ソルバのベストプラクティスの詳細は、こちらのページからホワイトペーパーをダウンロードしてご確認ください
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      <![CDATA[ SIMULIA 電気の話 2 – 電気信号と品質 – ]]>
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      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/2021-talk-about-electricity-part2/</link>
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      <pubDate>Fri, 09 Apr 2021 00:15:00 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ 今回は、時間的変化をする電気信号の話です。信号を綺麗に伝えるために電磁界解析が使われています。
 ]]>
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      <![CDATA[ 
前回の投稿では、時間的変化のある交流とない直流の話をしました。今回は、時間的変化をする電気信号の話をしようと思います。信号には、大きく分けるとアナログ信号とデジタル信号があります。ここでは、スマートフォンやPCに代表されるデジタル機器が扱っているデジタル信号について話を進めます。



デジタル機器は、内部の電気信号を使用して通信を行っています。よく、コンピューターは、「信号0と信号1でやりとしている」といいますが、まさにこれがデジタル信号です。この信号ですが、実際は信号0が信号1へ突然変化するのではなく、0から1へ向かうには、それなりの時間をかけて変化していきます。(実際には、0.1→0.2→・・・→0.8→0.9→1といった感じで少しずつ上がっていきます)また、デジタル機器が信号0と信号1を認識するために、あるしきい値があります。例えば、0.2を下回れば0と認識し、0.8を上回れば1と認識するといった具合です。これらの信号の条件を満たせば上手に通信できますが、スマートフォンのような小型な電子機器は、狭い領域にこのような信号を伝播する配線を作成する必要あります。また、電動自動車では、大きな電力を供給する近傍に小さな信号をやりとりする電子機器が設置される場合もあります。



このような環境下では、先ほどの例の本来であれば信号1を通信する信号が0.8に到達できず、0.7位までで次の信号の0が来てしまい、0.7→0.1になり信号1が通信できない場合が生じます。(実際は、信号の1つが欠けたくらいではエラー訂正機能により問題が発生することはまれです。よって、機器をリセットするような信号などはエラー訂正できないので誤作動します)このような現象を「信号を歪ませる」と言いますが、その原因は他の配線との電磁界での結合、配線設計のミス、電気回路設計上のミス、外部から電磁界の放射などと様々あります。このような信号の歪みは結果として、機器の誤作動を招き重大な事故に繋がる可能性もあります。



このような問題に対して、総合的に設計支援できるのが電磁界シミュレーターと回路シミュレーターです。



ちなみに、このような信号の問題を一般的にSI(Signal Integrity)の問題とか単にSIと呼んでいます。



このSI設計の難しさが民生品で顕著になりはじめたのは、コンピューターなどに搭載されるメモリーの速度が速くなってきた時代(2001年頃のDDRから)です。以前は、勘と経験でエイヤ！で作っていたところ、エラーが多発して色々なメーカーが回路シミュレーターを導入するようになりました。(当時は、電磁界解析でこの規模の解析ができませんでした)その後、信号速度も向上し(0.0→0.1→・・・→0.9→1の遷移時間が短くなり)、消費電力の関係から信号に使われるレベルも小さくなっています。今では0.0から1まで変化していたのが、0.0→0.5となり、0.1を下回ったら信号0、0.4を上回ったら信号1といった感じになっています。



この結果、信号が以前に比べて様々な要因で容易に歪むようになってきており、回路シミュレーターでは分からない電磁結合的な影響も大きくなってきています。そのため、最近では解析するコンピューターの性能も相まって、このようなSI問題を解決し信号の品質を保つために電磁界解析が利用されるようになっています。



今回は、信号を綺麗に伝えるために電磁界解析が使われていると言う話をしました。対象としては、IC(Integrated Circuit)、ICパッケージ、プリント基板(PCB(Printed Circuit Board))、コネクター、ケーブルなどの開発、設計が当てはまります。











SIMULIAは電磁界シミュレーションにも対応しています
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      <![CDATA[ SIMULIA 電気の話 1 – 直流と交流 – ]]>
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      <link>https://blog--3ds--com.apsulis.fr/ja/brands/simulia/2021-talk-about-electricity-part1/</link>
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      <pubDate>Thu, 18 Mar 2021 01:13:25 GMT</pubDate>
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      <![CDATA[ 電磁界は見て感じることができない為、どのような所で電磁界解析ソフトの必要性があるかイメージが難しい印象があります。まず、時間的変化のある交流とない直流についてわかりやすく説明したいと思います。
 ]]>
      </description>
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      <![CDATA[ 
電磁界は、見ることも、感じることもできないため、どのような所で電磁界解析ソフトの必要性があるかイメージが難しい印象があります。そこで、できるだけ分かりやすく説明したいと思います。



電気と言っても幅が広いのでまずは身近なところでは、電力を供給する「直流」と「交流」がありますね。



直流とは、バッテリーなどに代表されるように変動がない一定の電圧をデバイス(豆電球や電子部品)に供給します。しかし、100[V]を1000[V]に変換したい場合、変換器が複雑・大型化になってしまいます。



また、導体の抵抗成分により熱に変換されてしまい遠くまでの供給には向いていません。



一方、交流は、電圧が時間的に変化しながらデバイス(モーターなど)に供給することができます。時間的に変化する理由は、発電機の原理からきています。コイルの中に磁石を抜き差しするとある方向に電圧が発生します。この抜く方向と差し方向によって、電圧の発生する向きが異なり＋（プラス）になったり、ゼロになったり、-（マイナス）になったりします。発電機は、この抜き差しを水力や火力を使って行っています。また、モーターなどは、電気の力を運動の力に変換する発電機と逆の原理になっているので、交流はモーターなどの駆動デバイスを動かすのに向いていると言えます。更に、直流と異なり、容易に電圧の変換が行えるので長距離の供給にも向いています。(同じ電力を供給するのであれば、電圧を上げれば電流が下がるので、抵抗成分による熱の損失を防げます)



電磁界解析を使う領域の代表として、電動自動車に使われるようなモーターがあります。つい最近まで、自動車の電動化で求められる小型化・軽量化をしながらも効率を上げるという要求はモーターに対しては少なく、すでにその設計は確立されているような状況でした。しかし、電動化の流れから生まれた新しい要求により，ここ十数年で急激に電磁界解析や熱・応力・流体解析を合わせた複雑な解析要求が高まっている分野となっています。



モーターに電力を供給するには交流が良いのですが、コンセントを繋げない自動車や飛行機などはバッテリーから電力を供給する必要があります。しかし，バッテリーは直流ですので、これを交流に変換する必要があります。これを、インバーターと呼びます。また、バッテリーへ電力を貯める場合は、逆に交流を直流に変換する必要があります。これを、コンバーターと呼びます。







直流から交流を作り出すことは簡単ですが、美しいサイン波を持ちハイパワーなモーターを動かす高電圧の交流は作ることは難問の一つです。現在では、化合物半導体などを使用して、ハイパワーな綺麗な交流を作る技術がドンドンでてきています。しかし、半導体とバッテリーをそのまま接続するには両者のサイズが大きく異なるため物理的に困難になります。そのため、半導体をちょっと大きなインターポーザーに実装しパッケージ化し、そのインターポーザーをプリント基板(PCB)に実装し、と言うように徐々に大きくし、最終的にケーブルを利用して接続する構造をとります。モーターに接続する場合も同様の工程を取ります。そのため、バッテリーから半導体さらにはモーターに至るまでには、様々な配線が必要となり、これらが最終的にモーターを駆動する綺麗な交流になっているか設計上で確認する必要があります。このような設計現場で電磁界解析が使用されています。



また、直流から交流に変換する際に、不要な交流成分(ノイズ)が発生します。このようなノイズはハーネスや配線を伝播し、回路に流れ込んだり、外部に放射し他の機器へ最悪誤作動という形で影響を与えます。実際に、ノイズの伝搬経路は、一部分は測定可能であるものの全て見る事はできないため、このような箇所でも電磁界解析が必要となります。



我々の身近にあるものは、上記で紹介したような電力を供給する以外に、時間的に変化する電圧や電流も使います。それは、PCや電子回路に使用される信号やアンテナから放射される電磁波です。



これらについて、次回投稿したいと思います。



SIMULIAは電磁界シミュレーションにも対応しています
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