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Virfacの機能

簡単な操作で、溶接変形/残留応力を高精度に予測

Virfacは5つの生産技術「溶融溶接」「摩擦攪拌接合(FSW)」「金属積層造形」「機械加工」「熱処理」 を対象としたパッケージ群からなるソフトウェアです。
現場の設計者向けに開発されたGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)は、直感的な操作性で特別なトレーニングを必要としません。

溶融溶接解析(熱弾塑性法):Welding Designer

Virfac Welding Designerは、アーク溶接やレーザー溶接などの溶融溶接を対象とした解析機能です。
溶接部への入熱や溶接ビードの生成を逐次計算する熱弾塑性解析手法を用いることで、溶融池近傍の詳細な温度履歴が取得できます。

また、溶接熱変形だけでなく溶接部周辺の残留応力分布も予測できます。標準機能である相変態ソルバーを組み合わせることで、溶接熱履歴によるHAZ(熱影響部)の組織変化を予測でき、ハイテン材や工具鋼など細かい成分調整が必要な鋼材の溶接影響も事前評価できます。

  • 残留応力の予測
    残留応力の予測
    溶接後の残留変形を評価することで、溶接時の割れや耐久性への影響を事前に把握します。また、相変態を考慮することで継手の強度低下予測も可能です。
  • 溶接変形の予測
    溶接変形の予測
    分散メモリ型並列計算(DMP: Distributed Memory Parallel)機能により、製品サイズの熱弾塑性計算による変形を予測します。
  • 多様な熱源モデル
    多様な熱源モデル
    溶接変形を予測するうえで重要な溶け込み形状を、高精度に再現するため、さまざまな分布関数による入熱モデルを利用できます。

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溶融溶接解析:Welding Mega

Welding Megaは、大規模構造物や薄板構造物などの大規模な溶融溶接に適した解析機能です。
大阪大学接合科学研究所で開発された固有ひずみ解析ソルバー「JWRIAN」をベースにJSOLが共同開発した「JWELD」ソルバーを内蔵しており、溶接時の変形を数分で予測できます。

Shell要素と呼ばれる薄板を対象とした計算手法を用いており、計算時間が数分と短いのが特長です。船体パネル・プラント・タンクなどの大規模構造物や、自動車・建機フレームなどの薄板構造物の計算に適しています。
また、熱変形の低減や歩留まりの改善を可能にする溶接順序の検討を、最適計算機能によりサポートします。ロボットのチーティング情報から溶接工程を自動作成し、最適化ソルバーを用いた溶接順序の変更による変形の低減検討をWelding Megaが行います。

  • 固有ひずみデータベース
    固有ひずみデータベース
    固有ひずみデータベースは、テストピース変形からの同定機能や溶接条件・継手形式による予測機能により、固有ひずみデータを簡単に追加することができます。
  • ティーチング情報の取り込み
    ティーチング情報の取り込み
    溶接ロボットのチーティングファイルを読み込むことで、継手の位置と溶接順序を自動的に設定します。
    対応ロボット:Rinas Weld、KCONG
  • 溶接順序の最適化
    溶接順序の最適化
    溶接順序の変更を自動的に行い、数百ケースの結果の中から溶接変形を低減する順序を自動的に決定します。

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溶融溶接解析:Welding Scheduler

Welding Schedulerは、鋳造および鍛造製品の変形予測に適した解析機能です。
Welding Designerによる熱弾塑性解析の残留ひずみ結果を用いる固有ひずみ法の熱変形解析ソフトウェアで、Welding Megaとは異なる Solid要素 と呼ばれる肉厚製品を対象とした計算要素を用います。

熱弾塑性計算用の部分モデル作成や残留ひずみ結果の引き継ぎは、Welding Scheduler用GUIにより簡単に設定が行え、固有ひずみ法の特徴である計算の速さを生かした溶接順序の検討を行うことができます。

  • 残留ひずみの簡単な引継ぎ
    残留ひずみの簡単な引継ぎ
    Welding Designerで計算した試験体モデルの溶接後の残留ひずみを、長さや方向の異なる製品モデルの溶接線に簡単にマッピングして全体の変形を予測することができます。

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摩擦攪拌接合解析:Friction Stir Welding (FSW)

Virfac FSW (Friction Stir Welding)は、摩擦攪拌接合を対象とした解析機能です。
ツール周りの攪拌現象を計算する機能とツール周辺の発熱量を用いた接合変形を計算する機能の2つの計算機能により構成されています。

ツールの回転速度および接合速度だけで、ツール周りの攪拌状態から接合性および発熱量を予測できます。予測した発熱量から熱変形や残留応力の予測ができる摩擦攪拌接合の完全なシミュレーターです。FSWの課題である、内部欠陥の抑制・入熱状態の評価・ツール反力の低減などへの活用が期待できます。

  • 塑性流動の計算
    完全なシミュレーター
    接合条件から発熱量を計算し、予測した発熱量を入力して熱変形計算を行います。ツール周辺の挙動だけでなく、FSW接合における製品変形や残留応力の評価も可能です。
  • ツール周りの材料攪拌の予測
    ツール周りの材料攪拌の予測
    ツール周りの塑性流動計算を行うことで、発生する応力や温度分布の予測が可能になります。内部の状態を把握することで、接合条件の最適化に役立てることができます。

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金属積層造形解析:Additive Manufacturing(iAM)

Virfac Additive Manufacturing(iAM)は、金属積層造形を対象とした解析機能です。
GPUソルバーBarracudaを搭載しており、高速な温度分布予測が可能です。成形品の配置変更やそれにともなうサポートの変更に対し、造形前の温度分布変化を予測することで造形条件に問題がないか確認できます。

また、日本語画面で造形機に入力するSTLファイルから条件設定が簡単に行えます。レーザーのスキャン方向による影響を考慮したMESO解析機能(微小領域の熱弾塑性計算)と、その結果から取得した固有ひずみによる変形予測機能を搭載しています。SLM造形のスキャン方向やレーザー照射条件を考慮した変形予測にも対応しています。

  • STLファイルの読み込み
    STLファイルの読み込み
    STLファイルを直接読み込むことで、造形機における形状をそのまま解析モデルとして利用できます。
  • 全積層レイヤーをモデル化可能
    全積層レイヤーをモデル化可能
    数千層になる積層レイヤーをすべてモデル化して、プロセス中の温度分布を詳細に確認します。
  • 高精度な温度予測結果
    高精度な温度予測結果
    1100層にわたって実機での計測温度結果とよい一致を示す温度分布を予測します。
  • 冷却管の配置検討
    冷却管の配置検討
    生産効率の向上のため、射出成形解析金型で用いられる複雑な冷却管の設計において、Moldex3Dを用いた冷却効果の予測とVirfacによる金属積層造形の造形条件の検討が可能になります。

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機械加工解析:Machining Direct

Machining Directは、残留応力を持つ素形材の機械加工時の変形予測に適した解析機能です。 鍛造品、鋳造品、プレス成形品、積層造形品、溶接接合部など加工による残留応力を持つ製品は、機械加工を行う際の肉抜きにより内部応力が解放されて変形します。この機能では、指定した加工順序に合わせて、加工により発生する変形を評価することができます。

  • 穴あけによる変形予測
    穴あけによる変形予測
    板鍛造により作成した素形材の穴あけ加工時の変形を予測します。穴あけ順序や穴あけ位置による変形の違いを予測することで、工程設計時の事前検討に利用できます。

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熱処理解析:Carbrizing Heat Treatment

Virfac Heat Treatment with Carburizingは、浸炭・熱処理を対象とした解析機能です。浸炭処理における炭素深さの評価や焼き入れによる相変態の状態を予測可能です。熱変形だけでなく、マルテンサイト変態時の膨張の影響や変態塑性ひずみを考慮したモデル化を行うことができます。

  • マルテンサイト分布
    マルテンサイト分布
    熱処理の条件の違いによる相変態の状態を予測することが可能です。また、熱ひずみ・変態ひずみを合わせて計算することで、熱処理後のひずみを評価することもできます。
  • 境界要素の自動メッシュ作成
    境界要素の自動メッシュ作成
    浸炭層の予測に不可欠な境界要素を自動的に作成することが可能です。また、内部を六面体で埋めることで要素数を抑制することも簡単な操作で可能です。

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動作環境

OS Windows 7 SP1 64bit
Windows 10 64bit
CPU Intel Xeonプロセッサ推奨
メモリ 必須:16GB、推奨:64GB
ハードディスク インストール:1.1GB、実行時:解析内容による
ディスプレイ解像度 1280×960以上
グラフィックカード OpenGL対応 VRAM 1GB以上推奨

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