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- CAE解析のためのCADデータ変換や熱伝導・熱解析シミュレーションなどの技術例
2021年3月19日 16:00
NTTデータ数理システムでは、長年培ってきた数値計算技術と物理的な知見をベストミックスさせて、CAE 分野の実問題に適用して参りました。本ページでは、その例をご紹介いたします。
CAD データ変換
昨今は、同じ CAD モデルを複数のツールに掛けて、多角的に解析を行うことが増えてきています。しかしながら、CAD データの形式はツールによって多種多様であるため、データ変換は避けて通れません。 当社では、プロセスシミュレータ で作製した形状データ (ボクセルデータ) を、種々の CAD データに変換するツールを開発 / 販売しております。
ボクセルデータから生成した断面形状データは、各ピクセルが材質情報を持つラスター形式に近い形で保持されています。このままでは、断面 SEM 画像との比較、他設計ツールへ持ち込んでの解析などの応用に向きません。そこで、材質ごとに断面形状の輪郭を抽出し、ベクター形式（DXF フォーマット）で出力するツールを作成しました。
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変換前のピクセルデータ |
変換後のベクターデータ ( DXF フォーマット) |
ボクセルデータで検討したデバイス構造を、非構造メッシュとしてエクスポートします。これによって、熱、応力、電磁波をはじめとする種々のシミュレータ上での解析が可能になり、デバイス特性の事前チェックがスムーズに行えます。
制御シミュレーション
制御シミュレーションでは、まず制御対象をモデル化し、そのエッセンスを数式として記述したのち、MATLAB Simulink や Octave をはじめとするシミュレーションツールで解析します。
制御対象は、ロボットやモータといった機械から、神経系や身体といった生体まで、多岐に渡ります。
当社では、生体を制御対象として、動作方程式の導出からはじめて、MATLAB で動作する順動力学シミュレータを開発しました。
一例として、ヒトの腕を制御対象として、剛体力学によるモデリングを行い、神経刺激にノイズがある状況においても安定して目的位置に指先を移動させられる機構を解析いたしました。
下図では、9 つの筋肉と 3 つの関節 (肩、肘、手首) からなる筋骨格モデルを構築して、ホワイトノイズとして神経刺激が与えられたときの到達運動を計算しました。
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腕の到達運動
電磁界解析シミュレーション
時間領域有限差分法（FDTD）や有限要素法を用いた電磁界解析シミュレータの開発実績があります。 Yee 格子を用いて空間を差分化し、時間差分を 1 次のシンプレクティックな手法として知られる Leap-Frog 法を用いて電磁界解析を行いました。また、マルチグリッド法を用いた大規模化対応も行いました。
熱解析シミュレーション
電子機器の小型化に伴って、熱設計の重要性が高まっています。当社では、任意の形状の物体に対する熱分布の時間変化を計算するソルバを開発しております。 熱分布は、弊社製の 3 次元ビューワで可視化できます。
半導体配線での熱伝導シミュレーション例
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数値計算ライブラリ
豊富な科学技術計算サービスのノウハウを基に、自社製の高速数値計算ライブラリを開発しております。 C / C++ によるライブラリとなっており、大規模悪条件の行列に対する行列演算や連立一次方程式の解法、固有値問題の解法などのルーチンから構成されています。 このライブラリにより、高速なシミュレーションを実現いたします。
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株式会社NTTデータ数理システムでは、長年にわたり科学技術計算の業務に携わってきた専門スタッフを数多く擁しており、この経験と知識を皆様の研究開発、設計、製造のために役立てたいと願っております。 様々な御相談をお待ちしております。
