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シェイク・ラトル・アンド・ロール！IoT のための振動、衝撃、疲労のシミュレーション
公開日：2019年11月
優れたInternet of Things (IoT)デバイスの設計のため、エンジニアは製品が過酷な環境条件にさらされたときに受ける応力を考慮する必要があります。振動、衝撃および疲労による損傷は、製品寿命を縮めたり、保証や修理費用を増大したり、責任リスクを発生させるおそれがあります。Ansysのシミュレーションは、設計プロセスの初期段階における潜在的な製品故障の特定をサポートし、設計上の潜在的な問題を予測して製品を最適化することを可能にします。
目次
- はじめに
- 物理的なテストの限界
- シミュレーションの利点
- 振動
- 振動のシミュレーション：過酷な環境向けのリチウムイオン電池の設計
- 自重解析
- 初期応力を受ける固有振動数の解析
- ランダム振動解析
- 熱応力解析
- 落下試験解析
- 最終的な結果
- 振動のシミュレーション：過酷な環境向けのリチウムイオン電池の設計
- 衝撃および落下試験
- 衝撃のシミュレーション : スマートウォッチとスマートフォン
- 疲労解析
- 電子部品における疲労
- 疲労のシミュレーション : 風力タービンのハブ
- まとめ
振動シミュレーション
振動は多くのシステムで主要なエラーの原因となり得ます。振動源は、自然な律動的運動から、モーターの使用による振動、さらに地震のような重大な事象まで幅広く存在します。たとえば、リチウム電池は、使用時には熱応力を受け、さらに過剰な動きによる振動を受けることから、パーツ間の衝突やデバイス性能の変動が生じます。リチウム電池の自重解析、初期応力を受ける固有振動数の解析、ランダム振動解析、熱応力解析、落下試験解析の事例をご紹介します。
衝撃シミュレーション
携帯電話が落下したときの構造応答をAnsys陽解法動解析によって評価します。落下による衝撃のシミュレーションにより、ケース、スクリーン、および内部コンポーネントの損傷を評価できます。物理的な装置とは異なり、シミュレーションでは最初のプロトタイプを作成するよりもはるか前にモデルをテストすることが可能です。急激に変化する消費者向け製品の開発環境では、最初のシミュレーションの設定および実行前に設計が変わることがあり得ます。Ansys Workbenchでは、1クリックによって、モデルジオメトリの変更に基づき迅速に結果を更新できます。最新型の製品設計を時期を逃さず行うプラットフォームは、ほかにありません。
疲労シミュレーション
疲労とは、一度では故障を起こさない、繰り返し荷重、または変動荷重による故障です。洗濯機の電力モジュールスイッチの疲労故障を評価した例をご紹介します。製品寿命を通して、この電力モジュールは電源のオンオフにより、多くの製品より大幅に多い3兆回のサイクルを受けます。スイッチング電流からボンドワイヤに誘発される応力は小さいにもかかわらず、特に10億サイクルを超えた時点で疲労故障が起こりやすくなります。ボンドワイヤのサイズや形状をわずかに変更することによって、電力モジュールの寿命を大幅に伸ばすことができます。
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