トポロジー最適化
トポロジー最適化基礎
最近流行りのトポロジー最適化をやってみました。
トポロジー最適化は、設計空間のどこに材料を配置すれば、より性能の高い構造が得られるか？を探査する手法です。
といっても「トポロジー最適化やりたい！！」という意気込みは筆者には特に無く、ぼーっとworkbenchの画面を見ていたら「トポロジー最適化」という項目があったので、「え、できるの？ほんと？」と思い、じってみたら案外簡単にできた、というお話です。
自動化・パラメトリック最適化
応答曲面+最適化
製品設計では、狙いの性能を得るために、寸法や材料をいろいろ入れ替え、試作・あるいはシミュレーションをし、得られた結果から次の設計案を考える、というプロセスを繰り返します。
今回は、ANSYS Workbenchを用いて、このプロセスを実施してみました。
簡単な構造の応力計算をして、実験計画法でどのような水準を試すべきか洗い出し、得らえた結果から応答曲面を作成、応答曲面から予測される最適デザインを実際に計算してみました。
自動でパラスタ
CAEでは、設計寸法や物性値について、複数の水準を計算するパラメトリックスタディ(パラスタ)を行うことが非常に多いです。
今回は、ANSYS workbenchとANSYS Fluentを用いて、多孔質体の粘性抵抗の複数水準を計算してみました。
ANSYS Fluentの操作を自動化
ANSYS Studentの製品群の一つである流体解析ソフトウェアFluentの操作を自動化するための、ジャーナル機能を使ってみましたので、その操作を示します。
そもそも、Fluentの自動化には、TUIコマンドとジャーナルファイルによる自動化があります。
ジャーナルファイルに保存する方法は、GUI操作で押したボタンの名前を記憶するなどの、どちらかというとアナログな方法です。ですが、操作を記憶させるだけなので初歩としては使いやすいため、まずはジャーナルから始めてみるのが良いと思います。
流体解析
流体解析
Fluentにて境界条件を設定し、ガス流れを計算してみます。
(この前段として、構造の作成とメッシュ作成が必要です。)
多孔質体を含む流体計算
複数部品で構成された計算をしてみました。特に、今回は多孔質体を含むガス流れ計算をやってみます。
VOFモデルで混相流計算
混相流は、気相、固相、液相のいずれかの組み合わせからなる流れの事で、CFDでは各相を連続体と見なして相ごとに基礎方程式を解きます。
VOF法は、気液界面を追跡する、表面張力や接触角を定義して計算する。気液ともに連続的な流れであることが前提。
燃料電池の発電計算
暇すぎたので、ANSYS studentを使って、燃料電池の性能を予測するシミュレーションをやってみました。
IVカーブが描ければ嬉しいなぁくらいの軽い気持ちで、ANSYS studentのFluentを使って計算しました。
部屋温度を予測
引越しに伴い、部屋が若干広くなり、間取りも変わるのですが、一方で、広くなってエアコンの出力で事足りるのか？という妻からの問い合わせが。
「なんかそういうの専門なんでしょ？」と言われ、全然専門ではないのですが、暇だしやってみるかと思いトライしました。
流体解析の基礎
ANSYS Fluentで簡単な流体解析を一通りやってみたので、メモ的に書き残します。
カスタムフィールド関数でKを℃に変換
ANSYS Fluentの結果出力では、温度はケルビン単位で出力されます。これを馴染みのある℃に変換して表示してみます。
構造解析
構造解析の基礎
ANSYS workbenchを使い静的構造解析をやってみます。
普段どちらかというと熱流体系を専門としているので、細かい知識は不足しているかもしれません。
CAD
3D構造を作ってみる
ANSYS workbenchのジオメトリ機能(SpaceClaim)を使って、流体シミュレーションに使うための簡単な3D構造を作ってみようと思います。
複数の部品を組み合わせ
複数部品の組み合わせからなるモデルを作成してみます。
また、作成したモデルをANSYS Fluentに投入して、多孔質体を流れるガス流れを計算してみます。
要素分割
メッシュを切る
作成した三次元CADを用いて、ANSYS FluentでのCFD計算用メッシュを作成します。
環境構築
Fusion360を低スペックPCにインストール
趣味用に無料で使えると評判のFusion360。
ただ、CAD用の高性能端末を所有していない場合も使えるのか。
グラフィックボードなど搭載していない、2013年に購入した低スペックPCにFusion360をインストールして試してみました。
ANSYSの環境構築
「そうだ、解析やろう」と思い立ち、ANSYS DiscoveryLiveとANSYS Fluentをインストールしてみました。
ANSYS社の提供する解析ソフトウェアは、非商業利用向けの機能制限版であれば無償で利用できるとのことで、さっそく使ってみました。
サポート対象のあらゆるMS Windows 64ビットマシンにインストール可能のようです。
ANSYSのバージョンアップデート
久々にANSYS Fluentを起動するとエラーが表示される場合は、ライセンス期間が終了している可能性があります。
新しいバージョンをダウンロードしてきてインストールしましょう。
コメント