解析事例 構造との連成 : 正しく理解する必要がある重要なCFDアプリ Application Brief

構造との連成 : 正しく理解する必要がある重要なCFDアプリ

公開日:2017年9月

製品の設計は、競争の激化、厳しさを増す政府規制、およびより積極的なコスト目標によってその可能性が追求され、異なる物理領域との境界にも侵食しています。結果として、多くの場合、流体とその周辺構造との連成は無視できなくなっています。たとえば、流体流れによって物理構造が変形され、変形した構造が今度は流体流れに影響を及ぼし、これによって構造がさらに変形する、というような状況があります。従来の流体シミュレーションでは構造の挙動を考慮してこなかったため、シミュレーション結果は不十分で、間違いの原因になりかねないものでした。このような状況ではプロトタイプは期待どおりに実行されず、さらに時間とコストを投じて追加のプロトタイプを再設計し、構築する必要がありました。

ANSYSを使用することで、流体と構造の連成は簡単に予測できるようになるため、エンジニアは複雑な製品の挙動を最高の忠実度で最適化することができます。この解析事例では、流体と構造の境界面の正確なシミュレーションによって、エンジニアリングチームがどのように製品挙動をより深く理解できるようになるかについて説明します。構造との連成は、ユーザーが正しく理解する必要がある重要な CFD (Computational Fluid Dynamics、計算流体力学)アプリケーションの1つです。

目次
  1. ANSYSには、製品設計を最適化するために必要なだけ掘り下げることを可能にする柔軟性がある
  2. 既知の剛体の運動をシミュレーションする剛体運動
  3. ソリッド構造に対する流体の影響を判断する片方向FSI
  4. 双方向 FSI では構造上に流体によって加えられた荷重と、その結果の構造の変形が流体に与える影響を計算
  5. ANSYS では、流体と構造の両方で使用可能な最も幅広いモデルを持つ非常に高精度なソルバーを提供
  6. ANSYS では、統合プラットフォーム、並列処理、世界規模のサポート、およびトレーニングを提供
  7. 流体 - 構造連成を正確にシミュレーションすることで、より良い製品を設計可能

ANSYS には、製品設計を最適化するために必要なだけ掘り下げることを可能にする柔軟性がある

ANSYSで解析する製品は、多くの場合、流体と構造の連成の影響を受ける環境で使用されます。構造に対する流体の影響や、変形した構造によって生じ得る流体への影響を理解するには、流体と構造のシミュレーションをFSI(Fluid-Structure Interaction、流体 - 構造連成)と呼ばれるシミュレーションタイプで連成する必要があります。FSIは、流体流れが1つまたは複数のソリッドボディと連成し、圧力荷重または熱荷重が発生する場合に生じます。通常、これらの荷重が構造を移動または変形し、流体流れはこの移動または変形の影響を受けます。ANSYSでは、必要最低限の時間で正確な結果を得るために、これらの連成をどの程度シミュレーションするか、幅広い選択肢から選択できます。

既知の剛体の運動をシミュレーションする剛体運動

構造の動きが既知の場合は、流体シミュレーションに境界条件として適用できます。剛体運動のアプローチは最も簡単に設定できる連成方法であり、また計算リソースも最低限で済みます。ただし、このアプローチを使用できるのは剛体の動きが既知である場合のみです。ゼロ方向FSIの問題は、スムージング、レイヤリング、およびリメッシングが含まれるANSYS CFDダイナミックメッシュスキームで解析することができます。ゼロ方向FSIで解析可能な問題の一般的な例には、バルブ、ピストンとシリンダ、攪拌装置、波動発生器、およびヘリコプターのローターなどが含まれます。

ソリッド構造に対する流体の影響を判断する片方向FSI

流体と構造がより密接に連成されている適用分野では、その応力と変形を評価するために、圧力と、場合によっては流体流れによって生成された熱が構造に適用されます。この場合、構造の変形は、流体流れへの影響を計算する必要がないほど小さいものとみなされます。ANSYSでは…

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