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アリモテック  Arimotech Ltd.

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Multiphysical Simulation Tool for Manufacturing Chains and Life Cycles of Parts

MUSIMAP

部品のマルチフィジカル・シミュレーション・ツール

 

MUSIMAPのデータシートは,以下のリンクで閲覧可能です.

MUSIMAPのデータシート(PDF)

 

コンセプト

    部品を製造するには,一般に鋳造,鍛造,熱処理,切削,研削などの複数のプロセスを経る必要があります.これらの製造プロセスでは,温度変化や拡散などによって部品に生じる材料特性やミクロ組織の変化が巧妙に利用されています.ところが,これらの技術は高度で精緻であるため,新規の部品を製造する際には,過去の経験では対処が難しい種々の問題が発生します.特に,部品の変形や残留応力は,一連のプロセスのいずれもが寄与する複雑な問題となります.

 

    MUSIMAP (Multiphysical Simulation Tool for Manufacturing Chains and Life Cycles of Parts)は,上記のような部品製造の一貫プロセスで生じる問題の解決を目指して開発されました.このツールを用いることにより,各種のプロセスに対して部品とその外部環境で生じる温度,濃度,組織の変化,さらには変形や残留応力などの予測が可能となります.

 

    一方,製造された部品は,機器・装置に組込まれて使用されることになります.その使用中には各種の負荷が加わり,その結果としてミクロ組織の変化に起因する種々の問題が引き起こされます.部品の信頼性の向上には,製造だけではなく運転中に生じる現象についても十分に把握しておく必要があります.

 

1 MUSIMAPのコンセプト

部品製造の連続プロセスに対する一貫シミュレーション

製造後の運転事象に対するシミュレーション

ミクロ組織モデルを考慮したマルチフィジックス連成解析

部品の信頼性に直結する残留応力・変形の予測

 

 

 

 

 

    MUSIMAPには,製造プロセスのシミュレーションだけではなく,その結果を引き継いで運転状態での現象を予測する機能が用意されています.たとえば,運転時の荷重の変化により,製造によって部品に生じた組織や残留応力がどのように変動するかを予測することが可能です.さらには,使用中の疲労や腐食などに関わる現象もシミュレーションの対象とする予定です.

シミュレーション手法

    MUSIMAPのシミュレーションでは,部品に生じる拡散,熱伝導,電流・電位および応力・ひずみなどの複数の物理現象(Multiphysical Phenomena)を,有限要素法(FEM: Finite Element Method)に基づく連成解析によって取扱います.この解析では,相変態,回復,結晶粒成長のようなミクロ組織の変化(Microstructural Evolution)の考慮がなされます.また,各種の解析においては多様な特性データが要求されます.このような特性データの収集や,熱力学データベースを用いた予測も,MUSIMAP開発プロジェクトにおける作業の一部と見なされます. 

 

2 MUSIMAPシステムの概要

 

ターゲット

    部品の製造およびその寿命中に生じる現象には,その発生メカニズムがいまだに解明されていないものが残されています.たとえば,ステンレスの窒化による変形や残留応力の発生理由についても,ごく最近まで説明が困難な状態でした.この原因は,ステンレス鋼の窒化現象の表現に適したモデルと応力・ひずみ解析を同時に取扱えるシミュレーションソフトが,研究者の身近で利用できる状態になかったことにあると考えられます.

    各分野においてすでにメジャーなシミュレーションソフトが存在する状況において,あえてMUSIMAPを開発した理由は,このような未解決問題に対して柔軟に取り組むための研究プラットホームの必要性を感じたためです.ミクロ組織モデルと連続体解析の融合をさらに進展させることによって,MUSIMAPをより強力なツールとして発展させることができるものと考えます.

 

    MUSIMAPがシミュレーションの対象とする製造プロセスには,浸炭焼入れ,高周波焼入れ,窒化などの熱処理プロセス,さらには,めっき,PVDCVD,溶射などの表面処理プロセスがあります.この他にも,現状はモデル化に制約が生じますが,塑性加工,溶接,切削,研削などのプロセスにも対処が可能です.

    MUSIMAPの開発においては,ADINA R&D Inc.とのライセンス契約に基づいてADINA(Ver. 84)の一部サブルーチンが使用されています.