fledgling-cae-engineer’s diary

駆け出しCAE技術者のノート

衝突試験とCAE。ダイハツ不正認証に対するものづくり太郎のツイートから学ぶCAEの現状

時事ネタ

ダイハツの不正認証

 

 

ダイハツとトヨタが2023年4月28日に、ダイハツ工業が生産するトヨタブランドの車両で認証申請時の不正行為があったと公表しました。

不正行為のあった車両は、ヤリスエイティブ（トヨタ）、アジア（ブロドゥア）、アギヤ（トヨタ、未発売）だそうです。

その不正行為というのは、これらの車両モデルで、国連法規「UN-R95」と中東の法規「GSO」に準拠した側面衝突試験を実施する際に、量産時の仕様にない変更を車両に施していたというものです。

具体的には、車両のドアトリム（ドア内側の樹脂製パネル）にスリット（切り込み）加工を施していたそうです。

ちなみにこの衝突試験は、車両に対し側方から衝突用の台車を50km/hで衝突させた際に、ダミー人形に生じる傷害値や脱出性を評価する試験だそうです。

 

この発表に対して、ものづくり系YouTuber　ものづくり太郎さんが次のツイートをしました。

 

このツイートには、CAEに対するコメントが多数寄せられていたので、

それらを見て、衝突試験とCAEの現状を学びたいと思います。

 

 

引用リツイート

 

 

 

感想

 

引用リツイートを見ると、自動車業界の方が多そうですが、そうでない方もいらっしゃるようですね。いろんな意見が聞けるのは面白いです。

 

CAEと聞くとメカをイメージしますが、アパレル関係でもよく使われているみたいですね。一昨年オリンピックが開催されたとき、「ユニフォームの開発にシミュレーションが...」というニュースをテレビでちらっと見たような気がします。

 

新人教育の時にベテラン社員から「CAEは実験結果を再現できると思い込んでいる人がいるから、気を付けろ。」ってご忠告いただいたことがありました。そのときは、私もそう思い込んでいたので、意味がよくわからなかったのですが、いまはよくわかります。

 

シミュレーションの結果は、パラメータ次第なところがあるので、いかようにもできますよね。技術者倫理観が試される仕事だなぁと、つくづく感じます。

 

シミュレーションと実験結果が完全に一致するのは、理想的ですが、実際にはそう簡単にはいかないことが多いですよね。引用リツートにも書かれていますが、現実の物理現象を再現するためには、現物を何度も確認して、モデルの細部を作り込んだり、試験装置を見直したり、とにかく手間がかかります。

 

「CAE舐めてんのか。」←これには笑いました。でも、本当にみんなもCAEやってみなさいと思っています。

 

 

最後に要約

 

  1. CAD/CAE/CAMやMBDなどのデジタル開発は、自動車はもちろん、航空機、鉄道車両、スニーカーなどの広範な設計に適用されている。
  2. CAEを実際に経験したことのない人（コンサル、役員など）は、「CAEシミュレーションはあっているあっていない、とかいう議論のフェーズは当の昔に終わった。」と考えているが、そんなことはない。
  3. デジタルエンジニアリングの不正防止は、投資効率が悪い。それよりも、実機試験の結果が期待通りでなかった場合に、現場が揉み消すのを抑止する組織開発が必要。
  4. 実験とシミュレーションの結果が合うと大喜びする。そのぐらい、正しい試験をするのも、正しいシミュレーションをするのも難しいので、実機試験は必要。
  5. CAE舐めてんのか。

 

 

参考

ダイハツの認証不正、トヨタ社長「×を○に修正するより根が深い」：品質不正問題 - MONOist

不合格時の設計変更を恐れたか、ダイハツ衝突試験不正の「動機」 | 日経クロステック（xTECH）

ダイハツ、側面衝突試験の認証申請での不正行為に関する記者会見 「試験に1回で合格したかったのではないか」と奥平社長 - Car Watch

［問題16］ポアソン比の大きい材料と小さい材料

固体2級：固体力学の基礎

問題

4つの材料（アルミニウム、コンクリート、ゴム、コルク）をポアソン比の大きい順に並べたものとして適切なものはどれか。

 

  • アルミニウム＞コンクリート＞コルク＞ゴム
  • コンクリート＞アルミニウム＞ゴム＞コルク
  • コルク＞ゴム＞アルミニウム＞コンクリート
  • コルク＞アルミニウム＞コンクリート＞ゴム
  • ゴム＞コルク＞アルミニウム＞コンクリート
  • ゴム＞コルク＞コンクリート＞アルミニウム
  • ゴム＞アルミニウム＞コンクリート＞コルク

 

考え方

代表的な材料のポアソン比は暗記しましょう。

 

ゴム（ポアソン比：約0.49）

アルミニウム（ポアソン比：約0.33）

コンクリート（ポアソン比：約0.2）

コルク（ポアソン比：約0.05）

 

ゴムは、応力を受けると分子鎖が伸びます。このとき、縦方向の変形（伸び）と横方向の変形（縮み）が同程度であることから、ポアソン比は大きくなります。

 

アルミニウムなどの金属のポアソン比は0.3程度です。例外は金で、ポアソン比は0.44とかなり大きいようです。

 

コンクリートは、セメント（接着剤）、骨材（砂や砂利）、水の混合物で構成されています。コンクリートの大部分は骨材で占めており、比較的高い剛性を持っています。これにより、圧縮方向の寸法変化が抑制されています。一方、セメントは骨材間を結合し、コンクリートの弾性特性に寄与します。応力を受けるとセメントが変形し、ポアソン比が小さくなるそうです。

 

したがって、正解はgでした。

 

 

 

［問題15］ラグランジュ補間関数

固体2級：数値計算法の基礎

問題

3点 (x_1, y_1)=(-1, -5)、 (x_2, y_2)=(3, 3)、 (x_3, y_3)=(1, -9)を通る2次のラグランジュ補間関数 f(x)を考える。このとき、 f(0)の値として正しいものはどれか。

  • y=3.5
  • y=4
  • y=-6.5
  • y=-9

なお、ラグランジュ補間関数は次式で与えられる。

\displaystyle  f(x)=\frac{(x-x_2)(x-x_3)}{(x_1-x_2)(x_1-x_3)}\cdot y_1+\frac{(x-x_3)(x-x_1)}{(x_1-x_3)(x_2-x_1)}\cdot y_2 + \frac{(x-x_1)(x-x_2)}{(x_3-x_1)(x_3-x_2)}\cdot y_3

 

解き方

裏技はありません。計算しましょう。

\displaystyle  f(x)=2x^2-2x-9

なので、  f(0)=-9が求まります。

 

したがって、正解はdでした。

［問題14］構造解析における境界条件

固体2級：有限要素法の実践

問題

構造解析における境界条件に関する記述の中で、最も適切なものかどれか。

  • ディリクレ境界条件は、構造物の境界上で変位が規定値になることを指定する。
  • ノイマン境界条件は、構造物の境界上で応力が規定値になることを指定する。
  • ロビン境界条件は、構造物の境界上で応力と変位の線形結合が規定値になることを指定する。
  • ディリクレ境界条件は第二種境界条件とも呼ばれている。

 

考え方

ディリクレ境界条件は境界上である変数の値が固定値になるという条件を指定するのに対し、ノイマン境界条件は境界上である変数の導関数が固定値になるという条件を指定する。

a：正しい。

b：誤り。ノイマン境界条件は、境界上である変数の導関数が規定値になるという条件を指定します。構造解析においては、境界上で応力の法線成分が規定値になる場合に用いられる。

c：誤り。ロビン境界条件は、ある変数とその導関数の線形結合が規定値になるという条件を指定します。構造解析でロビン境界条件を扱うことは、まれです。

d：誤り。ディリクレ境界条件は第一種境界条件とも呼ばれています。第二種境界条件はノイマン境界条件を指します。

 

したがって、正解はaでした。

［問題13］ディリクレ境界条件

固体2級：有限要素法の実践

問題

次のうちディリクレ境界条件でないものはどれか。

  • ファンによる強制対流をシミュレーションをする際、流入口の流速を一定とする。
  • ダムの応力をシミュレーションする際、ダムの基礎部分には土圧が働くものとする。
  • 大気中を直行する光が水面に入射すると、反射波は逆位相になる。
  • 水中ドローンをシミュレーションする際、ドローンには水圧が働くものとする。

 

考え方

ディリクレ境界条件は、境界上で変数の値が固定値になるという条件を指定します。それに対して、ノイマン境界条件は、境界上で変数の導関数がある値になるという条件を指定します。

 

a、b、dはディリクレ境界条件です。

反射波の位相が逆位相になるのは、入射波と反射波の合成波の導関数が境界上でゼロに制約されていることに由来します。したがって、ノイマン境界条件を示しています。

 

したがって、正解はcでした。

 

［問題12］死荷重と活荷重

固体2級：有限要素法の実践

問題

荷重についての記述のうち、誤りを含むものはどれか。

  • 死荷重は、建築物や構造物に作用する静的な荷重であり、一般的には一定で変化しない。
  • 構造変形は、建築物や構造物が荷重によって生じる変位やひずみのことを指す。
  • 時間によって変化する荷重は活荷重と呼ばれ、人や家具、車両などの移動によって生じる。
  • 死荷重による影響は無視できるため、建築物の強度は活荷重に基づいて計算される。

 

考え方

死荷重と活荷重の基本を問う問題です。死荷重は、建築物や構造物に作用する静的な荷重を指すのに対し、活荷重は時間によって変化する荷重をいうことを覚えておけば十分でしょう。

 

a：正しい。構造変形は、建築物や構造物が荷重で、主に建築物の自重や設備の重量などによって発生します。これらの荷重は一定で変化しないことが一般的です。

b：正しい。構造変形は、建築物や構造物が荷重によって生じる変位やひずみのことを指します。これには、死荷重と活荷重による変形が含まれます。

c：正しい。時間によって変化する荷重は活荷重と呼ばれます。これには、人の移動や家具の移動、車両の通行によって生じる変動荷重が含まれます。

d：間違い。死荷重による影響は無視できないため、建築物の強度は死荷重と活荷重の両方に基づいて計算されます。死荷重は、構造物に恒常的に作用するため、設計時に適切に考慮することが重要です。

 

したがって、正解はdでした。

 

［問題11］アイソパラメトリック要素

固体2級：有限要素法の実践

問題

アイソパラメトリック要素についての記述のうち、正しいものはどれか。

 

  • 2次元1次三角形要素には、形状を定義する節点が4あり、変位関数を定義する節点も4つある。
  • 2次元1次四角形要素には、形状を定義する節点が4あり、変位関数を定義する節点も4つある。
  • 2次元2次三角形要素には、形状を定義する節点が4あり、変位関数を定義する節点も4つある。
  • 2次元2次四角形要素には、形状を定義する節点が6あり、変位関数を定義する節点も6つある。

 

考え方

アイソパラメトリック要素では、形状関数と変位関数に同じ基底関数を使用するため、形状を定義する節点数と変位を定義する節点の数は等しくなります。ただし、節点の数は、要素タイプと次数に依存します。

 

a：不正解。2次元1次三角形要素の場合、形状と変位関数を定義する節点は3つです。

b：正解。2次元1次四角形要素の場合、形状と変位関数を定義する節点は4つです。

c：不正解。2次元2次三角形要素の場合、形状と変位関数を定義する節点は6つです。

d：不正解。2次元2次四角形要素の場合、形状と変位関数を定義する節点は8つ（セレンディピティ要素）または9つ（ラグランジュ要素）です。

 

したがって、正解はbです。