有限要素解析（FEA）とは、製品やシステムの構造または性能における潜在的な問題や既知の問題を特定して解決することを目的に、バーチャルな環境で実行されるモデリング手法のひとつです。FEAは有限要素法（FEM）をベースにしており、エンジニアや科学者が非常に複雑な構造上の問題や流体の問題、マルチフィッジクス（連成）の問題を数学的にモデリングして、数値で解析する場合に使用されています。FEAソフトウェアはさまざまな業界で利用されていますが、最も広く利用されているのが航空、生体力学、自動車の業界です。

有限要素（FE）モデルは、設計の形状を作っているノード（節点）と呼ばれる点の集合からなります。これらのノードに有限要素が結合して、モデルの材質や構造上のプロパティを含んだ有限要素メッシュが作成され、特定の条件に対する反応が定義されます。有限要素メッシュの密度は、予想される応力レベルの変化に応じて局所的に可変することができます。通常、応力レベルの変化が大きい領域は、変化のないまたは少ない領域よりも密度を高くする必要があります。既知材料の破断点、フィレット、コーナー、複雑なディテール部分、応力の高い領域などが関心領域になります。

FEモデルは、一次元要素（1Dビーム）、二次元要素（2Dシェル）、三次元要素（3Dソリッド）を使って作成することができます。一般的には、ソリッド要素ではなく、解析精度を落とさずにノード数を減らすことができるビーム要素やシェル要素を使ってモデルを作成します。いずれのモデルにも、次のようなさまざまなプロパティを定義する必要があります。

• 断面積
• 慣性モーメント
• ねじり定数
• 板厚
• 曲げ剛性
• 横せん断

FEAで現実世界の動作環境の影響をシミュレートする場合、次のようなさまざまな種類の負荷をFEモデルに適用することができます。

• ノード ： 力、モーメント、変位、速度、加速度、温度、熱流束
• 要素 ： 分布荷重、圧力、温度、熱流束
• 加速による荷重（重力）

解析の種類：

• 線形静解析：静的な荷重や拘束を適用した線形解析
• 非線形静解析と動解析：接触による影響（モデル内の接触）、非線形材料の定義（可塑性、弾性など）、大変位（線形解析に限られる小変位理論を超える歪み）
• 正規モード：固有振動数
• 動的応答：時間や周波数で可変する荷重や運動
• 座屈解析：構造が不安定になる臨界荷重
• 熱伝達解析：伝導、放射、相転移

ソルバーによる代表的な計算結果：

• ノード：変位、速度、加速度
• 要素：力、歪み、応力

FEAの利点

FEAは、新製品の設計、既存製品の改良、製造前の設計仕様の性能確認に活用することができます。FEAを活用すると、次のようなことができます。

• 製品の性能と信頼性の予測と改善
• 物理的な試作品と試験の削減
• さまざまな設計案と材料の評価・検討
• 設計の最適化と材料使用の削減

FEAソフトウェア

FEAソフトウェア・アプリケーションの例を次に紹介します。

NX Nastran ：応力、振動、構造欠陥／耐久性、熱伝達、騒音／音響、フラッター／空力弾性などを解析する有限要素ソルバーです。

Femap ：高度なエンジニアリングFEAを可能にするマルチCAD対応、Windowsネイティブのプリ／ポストプロセッサです。どんなに複雑な解析でも簡単かつ正確、コスト効率良く実行できるFEAモデリング・ソリューションをエンジニアや解析専門家に提供します。

Solid Edge Simulation ：Solid Edgeに組み込まれたFEAツールであり、設計者がSolid Edgeの環境内で部品とアセンブリの設計をデジタルで検証できるようにします。実績の高いFemap有限要素モデリング技術をベースにしているため、物理的な試作品の作製点数を減らすことができ、これにより、材料や試験に要するコストを削減して、設計時間を短縮することができます。

次に紹介するソフトウェア・コンポーネントは、FEAソフトウェア開発者が自社のアプリケーションの基盤に使用しているものです。

NX Nastran SDK ：ソフトウェア開発者がNX Nastranのパワーと機能をさまざまなエンタープライズ環境で利用できるようにするソフトウェア開発キットです。

Parasolid ：3D幾何形状モデリングのソフトウェア・コンポーネントであり、Parasolidベースの製品のユーザは複雑な部品やアセンブリをモデリングすることができます。数百種類ものさまざまなCAD/CAM/CAEアプリーションのジオメトリ・エンジンに使用されています。