解析講座はじめてみよう!流体解析(実践編)
〜誤差との上手なつき合い方(2)モデル形状による誤差について〜

目次

はじめに

前号では、実験・解析と、実現象との間の誤差の発生要因について解説しました。今回からは解析で生じる誤差について工程別に原因と対処法を確認し、実際の解析を行う際に注意すべき点について考えていきたいと思います。
第2回はモデル形状の違いによる誤差についてです。

モデル形状による誤差とは

モデル形状による誤差の原因には、例えば以下が挙げられます。
A:形状簡略化による誤差
B:解析領域サイズによる誤差
C:モデル対称性によって生じる誤差

A:形状簡略化による誤差

形状簡略化とは、CAD形状など詳細な実形状から解析に影響の少ないネジ穴やわずかな段差、面取りを削除したり、複雑な形状を簡単な多面体で表現するなど、解析に適した形状にすることです。形状を簡略化することでメッシュを作成した際の品質を維持し、メッシュ数が無駄に増加することを抑制できるので、計算コストを低減させるために非常に重要となります。
形状を簡略化する前には、形状簡略化によって【どの程度の誤差が発生するか】の見積もり、また構造解析との連成解析などで必要な形状ではないかの確認などを行い、形状簡略化による【計算コストの低減とバランス】をみながら簡略化することが重要です。

B:解析領域サイズによる誤差: 無限の空間を有限の解析空間として模擬することが与える影響

解析を行う際には、実空間が無限あるいはそれに近い状態でも、解析空間としては有限の領域で解析を行う必要があります。そのため、解析空間が狭いと周囲の境界条件の影響によって流れを正確に再現できなくなります。
例えば流れが均一でない場所に境界条件を設定した場合、流れが変わってしまう可能性もあるので、ある程度流れが安定した場所に境界条件が来るよう解析領域を設定する必要があります。
もちろん必要以上に大きな解析空間を模擬すると計算コストが高くなりますので、【必要十分な解析空間の確保】が重要です。まずは対象物の寸法の3−5倍程度を目安に解析領域を確保し、必要に応じて領域を調整すると良いでしょう。

C:モデル対称性によって生じる誤差: 形状および境界条件が対称なモデルの解析で、解析モデルを対称モデルとすることが与える影響

流体解析では、解析領域・モデルの形状、境界条件共に対称性があったとしても流れが対称になるとは限りません。そのため流れが対称にならないモデルを対称モデルとして解析を行うと、実現象と異なる流れとなります。
そのため、対称モデルでの解析を行う場合はフルモデルとの比較を行い、【流れに対称性がない場合はフルモデルでの解析が必要】です。毎回フルモデルとの比較を行う必要はありませんが、流速を大きく変えた場合など流れ場の変化が大きくなると考えられる場合などには適宜確認を行いながら解析を進めてください。

>>次ページ:形状簡略化と解析の有効活用

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