ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2016.3No.353TODAY

FEA はもろ刃の剣

新日鐵住金株式会社

フェロー~CAE のより高みを目指して ~しかしながら、CAE ツールが整えられ普及するにつれて上記のような認識は薄れ、CAE ツールのブラックボックス化やこれへの妄信が起きていないかと危惧される。CAE ツールの代表である有限要素解析について次の格言がある。“Finite Element
Analysis makes a good engineer better and a poor

技術開発本部

岡村 一男

engineer dangerous”。数値シミュレーションでは対象とする現象の本質を抽出して数式化（モデル化）を行う。間違った、あるいは不十分なモデル化を行って得た FEA の結果を、「信頼できるソフトで計算した結果なので間違いない」と断言するエンジニアは論外にしても、得られた結果について何故その結果が得られたのか、モデル化に不足はなかったかを自問しないエンジニアは poor でありdangerous になりかねない。逆に、得られた結果の所以と実現象との対比においてモデル化の妥当性を吟味することで、FEA はより深い現象の理解と洞察へと誘ってくれるのである。そのためには、対象とする現象に対してどのようなモデル化をすべきか、使用するソフトでそのモデル化をどのようにして実現できるかを判断できる程度に、ソフトが保有する機能を知っておくべきである。特に材料挙動のモデル化は重要である。
市販の FEM ソフトはそれぞれ金属塑性やクリープ、損傷などについて数種類の材料モデルを備えているが全てを網羅しているわけではない。例えば、金属塑性における異方硬化や相変態を伴う場合の力学応答を表すモデルは汎用の市販ソフトには含まれておらず、繰返し塑性に関しても既存のものには問題がある。材料モデルがない場合は自ら構築すれば良い。実験での検証や市販ソフトに組込む努力が必要になるが、現象のメカニズムの解明と材料のより高度な利用につながると大いに期待できる。最近、学会において企業の若手研究者にもこのような動きが出つつある。まだまだ少数だが、実に喜ばしいことである。

日常においてほとんど認識することはないが、我々の身の回りには、その設計や製作段階において数値シミュレーションあるいはコンピュータシミュレーションを経て生まれてきたものが多い。
例えば CG では、物理法則を忠実かつ詳細に数値シミュレーションすることによって、現実にそこで起きているかのようなリアルな映像が製作される。今日では材料科学におけるナノスケールの現象から、地球物理や天体物理のスケールにわたるまで、様々な分野で数値シミュレーションによる新たな発見がなされている。工業的にも、大型構造物、自動車、スマートフォンと物の大小を問わず、設計開発段階において CAE (Computer AidedEngineering) が行われ、数値シミュレーションはそのツールとなっている。CAE が現在のように広がった理由として、製品開発に要する時間とコストの削減をもたらす利点が大きいが、数値シミュレーションを行うプログラム本体とエンジニアとの間にユーザーフレンドリーなインタフェースが整備され、CAE の実施に対する技術的なハードルが下がって利用者を増やしたことも挙げられる。このためにしばしば忘れられがちであるが、数値シミュレーション本体に高度な計算力学手法が搭載され複雑な現象までもシミュレーションできるようになったことが、実は今日の CAE の隆盛を築いた最大の要因である。数値シミュレーション結果の実験での検証やより高速・高精度な計算手法の開発などの多くの積み重ねの賜物であり、こうした努力は今なお継続が必要とされている。
1

JRCM REPORT平成２８年度予算案に係る非鉄金属関係事業について
経済産業省 製造産業局 非鉄金属課企画調整係長 沖 真知子
2015 年 12 月 24 日、 平 成 28 年 度 政 府 予 算 案

このような状況の下、2015 年 6 月、「金属素材が閣議決定いたしました。同日、当省ＨＰにおい競争力強化プラン」を策定いたしました。当該プて、平成 28 年度経済産業省予算案を公表しておりランでは技術開発戦略、国内製造基盤強化戦略、グます。来年度は一般会計で 3,371 億円、エネルギーローバル戦略を３本柱として、今後の金属素材産業対策特別会計で 8,384 億円、計 11,755 億円を計が目指すべき方向性を示しています。今後、従来の上しており、重点分野としましては下記を掲げて取組に加え、同プランの具現化を念頭に金属素材産います。

業の競争力強化を目指した取組を着実に展開して・福島・被災地の復興を加速するまいります。
非鉄金属課では、平成 28 年度予算案に係る事業

・未来投資による生産性革命
・中小企業の生産性向上・地域の付加価値創造力のにおいて、我が国の非鉄金属を含む部素材産業の国強化

際競争力強化に向け、成長分野において潜在需要の・世界と一体的に成長する高い部素材の技術開発を行うとともに、資源の有効・エネルギーミックスの実現に取り組む活用や環境負荷低減といった観点から動静脈産業の連携強化に取り組んでまいりたいと考えており

本稿では、来年度の当省予算案に係る事業の中ます。

から非鉄金属関係について、最近の非鉄金属産業の現状とともに、その内容を一部ご紹介させてい【革新的新構造材料等技術開発】

ただきます。

（平成 28 年度当初予算案額：36.5 億円）
我が国にとって部素材産業はサプライチェーン

本事業は、「未来開拓研究制度」の一環として、の中核を担い、様々な産業に高品質な素材を安定我が国が将来にわたって強みとすべき技術分野に的に供給するという点において、国内のみならずついて産学官の強力な連携の下、10 年間を目処に世界の産業に大きな影響を与える存在です。昨今行っている研究開発プロジェクトです。エネルギー

では、自動車産業や航空機産業等における素材の使用量や CO2 排出量の削減を図るため、大学やメー高強度化、軽量化、コスト低減を追求するといっカー等関係者と協働して、その効果が大きい自動たユーザーニーズの高度化や多様化を背景に、素車・航空機・鉄道車両等輸送機器の抜本的な軽量化・材間競争が激しくなると同時に、様々な素材を適低燃費化に資する構造材料等の開発を目指してい所に用いる、いわゆるマルチマテリアル化が進むます。

傾向にあります。これらの課題に答えるためには、具体的な取組としましては、潜在需要の高いチタ

従来の素材・産業の垣根を越えて、優れた技術・ン材、アルミニウム材、マグネシウム材等の構造材知見に基づいた研究・技術開発が進められる必要

料そのものの強度、加工性、耐食性等の高性能化にがあり、部素材の技術開発や共通課題への対応は、係る技術開発や、異種材料の革新的な接合技術の開日本のものづくりの競争力を維持・強化するうえ発を一体的に推進することで、実用化に向けた取組で欠かせません。

を加速させていきたいと考えています。こうした技

JRCM NEWS No.353

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現することで部素材産業の更なる競争力強化にহ঵৯৓嵣໪ਏz寄与するものと確信しています。
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Reuse（平成 28 年度予算案額：15.0 億円）

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率的なエネルギー調達の在り方は重要な課題の崟崡崮嵈峒峁峐峘೸嵆崵嵤崠嵉嵛崰ু১峼઀੧峁岝ঽ৿੤峮ક୧
一つです。それにも関わらず、１次エネルギーಉ峼ৌ଴峒峁峉੄崐崵ૼ୒峼৫৅峁峨峃岞

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೸ਗ਼૗ఌ嵣ൾ೸৅ਗ਼の約６割は未利用のまま排熱として捨てられてਛટ৯ఏいます。本事業では、製造プロセスにおける様々z ਴ਛ25ফ২岵峳਴ਛ34ফ峨峑峘10ফ৑峘হ঵峑岬峴岝౞ਹ৷ి৷੔峘୻

な環境下で排出される膨大な熱エネルギーを効೸崐崵嵓崖嵤峘చ੖嵣৚ઽ嵣ગਹ৷ૼ୒峘ણ৷峕峲峍峐岝਴ਛ42ফ২峕岴岮峐৺806ਐt‫ط‬ফ峘CO2చ੖峼৯੐峁峨峃岞
果的に削減・回収し、有効に活用することを目཮ਞ崐崵嵓崖嵤଩੖૬৹峘ৈ஍૨৲崐嵛崠嵛ൾ೸ಉ峕峲峵৅ਗ਼

的に、平成 25 年度から技術開発を行っていま૖੯‫ق‬ৌ଴঻岝ৌ଴ষನ岝ଓஃ૨ಉ‫ك‬

す。具体的には、熱の使用量を減らす技術（断ড়ে

熱、蓄熱、遮熱）、熱を変換して利用する技術（熱ઐહস੻౏ૼ୒ଢ଼஢ੌ়岝૬৹峘ৈ஍૨৲ব電変換、排熱発電）、熱を再利用する技術（ヒーNEDOড়৑੫঵ಉ೸೽ਏ૗৿峘਴಑৲トポンプ）等の各要素技術を開発し、それら技術を適材適所に組み込みシステムとして熱マঽ৿੤

図1

ネージメント手法を提案しています。（図 1）ਓ঵ৈആັ峘ৈ஍૨৲嵄崌嵑嵤ൾ೸峘଩੖ଂਚൾ೸峕峲峵৅ਗ਼

未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発イメージ（出典：経済産業省 HP）【アジア省エネルギー型資源循環制度導入実証事業【次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術（国内実証分）】

開発】（平成 28 年度予算案額：1.5 億円）（平成 28 年度予算案額：21.5 億円）

部素材のマルチマテリアル化の動きが加速する

モーター技術は自動車や家電製品等様々な分野中で、製品に含まれる材料の組成が一層複雑になで活用されており、我が国の電力消費量の 50％以ると考えられ、製品が使用済みとなった後の流れ、上がモーターにより占められています。本事業でいわゆる静脈サイドにおけるリサイクル等の対応は、次世代自動車用モーターの高効率化の実現にも困難になることが予想されます。また、環境負荷向けて、部素材・製品メーカー、大学等が、レアが低く、低廉かつ安定的な金属素材をユーザー側へアースの使用を低減する、又はレアアースを用い供給することによって製造業の更なる発展を支えない高性能磁性材料の開発、モーター鉄損の大幅ていくことが同時に求められています。

削減を可能とする新軟磁性材料を開発するとともそのための取組として、「動静脈情報ネットワーに、それら性能を最大限に活かせる高効率モーターク形成実証事業（アジア省エネルギー型資源循環制を設計・評価する取組を平成 24 年度から実施して度導入実証事業の国内実証分）」を実施します。本

います。

事業では、マルチマテリアル化への対応と再生材等本事業で開発される高効率モーターを次世代自の有効活用の両立を目指し、国内における動脈産業動車や家電製品、産業機器等各分野へ活用すること静脈産業が一体となった資源循環ネットワークとにより、省エネ化を推進するとともに、資源リの構築・実証を行います。

スクの低減を図りたいと考えています。（図 2）
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25.0੏৞‫ك‬岿島峐岮峨峃岞୤峘చ੖峼৯ਙચ჌લ岝મ峒峒峬峕岝ৈ஢ੌ়岝੫঵ಉ

その他、経済産業省では、省エネ設

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備の導入等中小企業等の省エネに向け჌લ峘ৈਙચ৲ૼ୒৫৅

た取組を支援する「中小企業等の省エz ઃ਼৻ঽ৿੤峘ฌ৿৷嵊嵤崧嵤峕ઞ৷岿島峐岮峵ใோ჌લ峘ਙચ峼

ネ・生産性革命投資促進事業（資源঱৚峵ਙચ峼੅峋峎峎岝ৈਙચ峔჌લ峘৫৅峼ষ岮峨峃岞

エネルギー庁（平成 27 年度補正予算଩௤ଷໞ჌ਙ౫મ峘৫৅

額：442.0 億円））」、「エネルギー使用z 嵊嵤崧嵤峘ளੱ峔峓峕ઞ৷岿島峵ໞ჌ਙ౫મ峙ઞ৷র峕௤ଷ‫ق‬ள௤‫ك‬

合理化等事業費者支援補助金（資源エ岶ে峂岝嵊嵤崧嵤峘஍૨岶଩ৣ峁峨峃岞ள௤峼చ੖峃峵ৗໞ჌ਙ౫મ峼

ネルギー庁（平成 28 年度予算案額：৫৅峁峨峃岞ஓ峢ણ৷峃峵峼௓ਤ峁峨峃岞঵峑岬峴岝ৈਙ峉ৈ஍૨嵊嵤峵岽峒峕峲峴岝਴੐峁峨峃岞ଲୗਓ঵ଂ ঽ৿੤ୖ03-3501-1690
ଲୗਓ঵ଂ శளসരୖ03-3501-1794515.0 億円））」や「ものづくり・商業・ৈ஍૨嵊嵤崧嵤峘৫৅

サービス新展開支援補助金（中小企業z ৗૠ჌લ嵣ໞ჌ਙ౫મ峘ਙચ峼ਈপ଒峕ে岵峅峵嵊嵤崧嵤峘ਝੑ఺峝௬੼峼ষ岮峨峃岞

庁（平成 27 年度補正予算額：1020.5億円））」等も実施してまいります。

মহ঵峑৫৅峃峵嵊嵤崧嵤峙崐崵嵓崖嵤௤ଷ峼প்చ੖峑岷岝૚ী৙峕ણ৷峃峵岽峒峕峲峴੄崐崵৲峼௓ਤḟୡ௦⮬ື㌴㧗ຠ⋡䝰䞊䝍䞊䠄᩿㠃ᅗ䠅

非鉄金属課では、これら様々な事業

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し、部素材産業の更なる競争力強化の一助となるよう効果的に活用してまい

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りたいと考えております。上記にてご⏘ᴗᶵჾ

紹介しました平成 28 年度予算案に係䠄䜶䜰䝁䞁䚸෭ⶶᗜ➼䠅

る事業等につきまして、ご相談やお‫پ‬ৈ஍૨嵊嵤崧嵤峕岴岻峵ৈਙચ჌લ峮ໞ჌ਙ౫મ峘৫৅峒ి৷੔峘୻

図2問い合わせ等ございましたら、非鉄次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開発イメージ（出典：経済産業省 HP)

金属課までご連絡をお願いします（平成 28 年度予算案に係る事業について【ナノ炭素材料実用化プロジェクト】（平成 28 年度予算案額：15.0 億円）

は、国会における承認が前提となりますことを予めナノ炭素材料（カーボンナノチューブやグラフェご了承ください）。

ン）は、軽量で電気や熱の伝導が良いなどの特長

また、当省予算案全体の枠組みや概要についてを有し、省エネ家電や輸送機器など多くの分野では、経済産業省ＨＰ（※）からご参照いただけます。の実用化が期待されています。国際的な開発競争各事業に係る概要説明資料（PR 資料）も掲載してが激化する中、我が国においては新しい高純度単おりますので、こちらもご活用いただければ幸いで層カーボンナノチューブが量産化段階に入り、今す。

後いかに実用化を図っていくかが喫緊の課題と※経済産業省 HPなっています。

平成 28 年度経済産業省関連予算案等の概要

そのため、幅広い製品の実用プロセス技術の開発・実証、高品質量産技術の確立を目指すとともに、

http://www.meti.go.jp/main/yosan/yosan_fy2016/

安全性評価のための計測技術等の基盤技術開発をindex.html

行います。
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JRCM NEWS ／第 353 号

2016 年 3 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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