Autodesk Simulation Mechanical/CFD におけるメッシュテクニカルトピックス オートデスクコンサルタント冠者実 Join us on Twitter: #AU2013
アジェンダ Autodesk Simulation Mechanical メッシュトピックス サーフェスが重複しているケース Simulation Mechanical で修正する方法 Fusion で修正する方法 アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース アセンブリ部品が干渉していたり 接触していないケース 面が複雑で面のオーバラップやブレンド面がうまくメッシュが切れないケース 面がオーバラップしているケース 面が複雑でブレンド面がうまくメッシュが切れないケース APPENDIX Autodesk Simulation CFD メッシュトピックス
Autodesk Simulation Mechanical メッシュトピックス
サーフェスが重複しているケース
サーフェスが重複しているケース なんらかの要因でサーフェスが重複しているケース Simulation Mechanical で修正する方法 Fusion で修正する方法
サーフェスが重複しているケースのサマリー Simulation Mechanical での修正 メッシュ作成後の 問題 タブでどこに問題があるかを確認
サーフェスが重複しているケースのサマリー 面の隙間なのかそうではないかを確認 重複の可能性を確認するには 部品の 表面 ツリーで 問題 で指摘された面を非表示にするなどして確認 複数の重複も考えられるのでその場合は非表示の作業を続ける
サーフェスが重複しているケースのサマリー 重複をなくすには CAD メッシュオプション で メッシュ作成のために抑制 を選択する メッシュ作成
サーフェスが重複しているケースのサマリー Fusion での修正 サーフェスオペレーションでソリッドを ステッチ解除 コマンドでサーフェスの集合体にする 問題の面を削除する ( 複数ある場合は複数削除 ) ポップアップの絵挿入
サーフェスが重複しているケースのサマリー 全ての面を選択して 再度 ステッチ する Simulation Mechanical を起動 メッシュが問題なく作成
アセンブリでモデルが意図した状態に なっていないケース
アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース アセンブリ部品が干渉していたり 接触していないケース Simulation Mechanical でどこが接触しているか確認 メッシュ作成後意図した状況で無い場合 Fusion で干渉部を見つけて修正したり 隙間を修正する方法
アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース Simulation Mechanical で接触を確認する方法 接触を自動作成した場合 全ての接触を選択して 選択表示 することで現状の接触部を確認できる
アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース 作成タブ レイヤコントロール で層 15 が接触部で 層 14 がエッジ 層 1 がモデルなので 層 15 を表示して確認することもできる その場合 表示は メッシュ で確認
アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース Fusion での修正 隙間がある場合は 面を選択し 押す / 引く コマンドで伸ばす先の面を選択することで隙間はなくなる
アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース 干渉部を確認するには 部品を 2 つ選択し 管理パネル / 干渉 コマンドで確認
アセンブリでモデルが意図した状態になっていないケース 干渉部をなくすには モデリングパネルで ソリッド を選択し ソリッドパネルで ブーリアン演算 を選択し ターゲット部品とツール部品を選択し オプションで 切り取り を選択 ツールを維持 で OK を押す
面が複雑で面のオーバラップやブレンド 面がうまくメッシュが切れないケース
面が複雑で面のオーバラップやブレンド面がうまくメッシュが切れないケース 面がオーバラップしているケース Simulation MechanicalでCAD 形状を手修正してメッシュ作成 Fusionでオーバラップしている形状を修正するケース 面が複雑でブレンド面がうまくメッシュが切れないケース 必要に応じてブレンド面を Fusion で削除
面がオーバラップしているケース Simulation MechanicalでCAD 形状を手修正してメッシュを作成する方法 問題の面を確認 必要に応じて不必要な面のメッシュを抑制 抑制後再メッシュ生成
面がオーバラップしているケース 問題の面の周辺をだけをメッシュ表示 作成タブ / 修正パネル / ポイント移動 で表面メッシュの頂点 ( 節点でない ) を移動
面がオーバラップしているケース 表面番号を面を選択し 問合せ で確認 確認された表面番号に 作成タブ / 作成 / ライン でラインを追加して表面メッシュを手修正
面がオーバラップしているケース 表面メッシュからソリッドメッシュを作成するコマンド ソリッドメッシュ作成 を実行してソリッドメッシュを作成
面がオーバラップしているケース Fsion でオーバラップしている形状を修正するケース ソリッドを サーフェス / ステッチ解除 で面の集合体にする オーバラップしている面を サーフェス / サーフェストリム でトリムする
面がオーバラップしているケース ある程度のトレランスを考慮して サーフェス / サーフェススティッチ を実行し サーフェスからソリッドを作成
面が複雑でブレンド面がうまくメッシュが切れないケース Simulation Mechanical でメッシュを作成したときにメッシュサイ ズを変更してもエラーになるような場合
面が複雑でブレンド面がうまくメッシュが切れないケース 必要に応じてブレンド面を Fusion で削除 Fusion で モデリング / ソリッド を指定した後 ソリッド / 削除 で問題のブレンド面を構成している全ての面を選択 削除する
面が複雑でブレンド面がうまくメッシュが切れないケース モデルを別名で保存後 Simulation Mechanical を実行して再メッシュ生成
APPENDIX 表面幾何形状を変更したときに メッシュサイズを変更 頂点移動などで表面幾何形状を変更し CAD とのリンクがなくなった形状のメッシュサイズを変更するには メッシュタブ / 表面メッシュ拡張機能 を実行し メッシュサイズをスライダ もしくは新しいサイズを入力してメッシュサイズを変更し 最後に メッシュ ボタンを押す
Autodesk Simulation CFD メッシュトピックス
はじめに 1 本資料を作成するきっかけは 多くのユーザ様では自動メッシュで解析して最初の評価をされると思いますが その精度がどのくらいの精度なのかを理解して評価資料として使ってもらう必要があると思い 熱流体解析の温度結果に焦点をあてて参考になる資料を作成しようとしたものです 2 本資料の精度は 何か実験値と比較しての絶対的精度ではなく 細メッシュが誤差が少ない結果であると仮定して 他のメッシュ分割がどの程度細メッシュの結果に対して誤差を持っているかの相対的誤差を評価したものです 3 今回調査したモデルは 1. 自然対流での定常解析で輻射がある場合とない場合 比較的結果の温度が高くなる場合 2. 強制空冷での定常解析で輻射がある場合とない場合 比較的結果の温度が低くなる場合 3. 2 のモデルで発熱量を半分にした場合 かなり温度が低くなるモデル
目的 1 実際の解析をする際に Autodesk Simulation CFD では自動メッシュを利用して解析し 評価する場合が多いと思います その際に 自動メッシュで解析した結果がどの程度の精度かを認識することを目的としました 2 つまりできるだけ短時間で設計上の参考結果が欲しい場合 輻射計算をしなければいけないのかどうか メッシュは粗い場合 どの程度の誤差を持っていそうかなどを事前に知っておくことで解析を効率よく行うことを目的としています 3 今回の調査対象は 結果の温度から輻射を考慮する場合としない場合の考察 定常解析における強制空冷と自然対流での考察
解析モデル 1 解析モデルはチュートリアルの receiver のモデルを自然対流のモデルとしてそのまま使用し 強制空冷用モデルはその receiver モデルの中の PCB を取り出し 解析しました
解析条件 1 自然対流モデル チュートリアル参照 自動メッシュ ( 粗 :16 万 171 要素 中 :59 万 8939 要素 細 :243 万 3275 要素 2 強制空冷モデル ( 通常発熱 ) 1. 材料設定 2. 境界条件 3. メッシュ 流体 : 空気 ( デフォルト ) PCB: デフォルト PCB チップ : シリコン 大きいチップ =20W 小さいチップ =10W 入口 :25 5m/s 出口 : 圧力 =0 自動メッシュ 粗 :5 万 5797 要素 中 :22 万 5090 要素 細 :81 万 7762 要素 4. 解析設定 ( 定常 ) 収束計算数 =300
解析条件 3 強制空冷モデル (1/2 発熱 ) 1. 材料設定 流体 : 空気 ( デフォルト ) PCB: デフォルトPCB チップ : シリコン 2. 境界条件 3. メッシュ 大きいチップ=10W 小さいチップ=5W 入口 :25 5m/s 出口 : 圧力 =0 自動メッシュ 粗 :5 万 5797 要素 中 :22 万 5090 要素 細 :81 万 7762 要素 4. 解析設定 ( 定常 ) 収束計算数 =300
解析結果 1 自然対流モデル 輻射考慮 輻射なし
解析結果 1 自然対流モデル 120 輻射あり温度結果 ( 測定 :A 区間,B 区間の 2 区間 ) 100 80 ( メッシュ粗 A 輻射 ) ( メッシュ細 A 輻射 ) ( メッシュ中 A 輻射 ) ( メッシュ粗 B 輻射 ) ( メッシュ細 B 輻射 ) ( メッシュ中 B 輻射 ) 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
解析結果 140 1 自然対流モデル 輻射なし温度結果 ( 測定 :A 区間,B 区間の 2 区間 ) 120 100 80 ( メッシュ粗 A) ( メッシュ細 A) ( メッシュ中 A) ( メッシュ粗 B) ( メッシュ細 B) ( メッシュ中 B) 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
解析結果 2 強制空冷モデル 輻射考慮 輻射なし 輻射考慮 1/2 発熱 輻射なし 1/2 発熱
解析結果 2-A 強制空冷モデル 輻射あり A 区間温度結果 ( 測定 :A 区間 B 区間 C 区間の 3 区間 ) 60 55 50 ( メッシュ粗 A 輻射 ) 温度 ( メッシュ中 A 輻射 ) 温度 ( メッシュ細 A 輻射 ) 温度 ( メッシュ粗 A 輻射 ) 温度熱半分 ( メッシュ中 A 輻射 ) 温度熱半分 45 ( メッシュ細 A 輻射 ) 温度熱半分 40 35 30 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
解析結果 2-A 強制空冷モデル 輻射なし A 区間温度結果 ( 測定 :A 区間 B 区間 C 区間の 3 区間 ) 65 60 55 50 ( メッシュ粗 A) 温度 ( メッシュ中 A) 温度 ( メッシュ細 A) 温度 ( メッシュ粗 A) 温度熱半分 ( メッシュ中 A) 温度熱半分 ( メッシュ細 A) 温度熱半分 45 40 35 30 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
解析結果 70 65 60 55 50 2-B 強制空冷モデル 輻射あり B 区間温度結果 ( 測定 :A 区間 B 区間 C 区間の 3 区間 ) ( メッシュ粗 B 輻射 ) 温度 ( メッシュ中 B 輻射 ) 温度 ( メッシュ細 B 輻射 ) 温度 ( メッシュ粗 B 輻射 ) 温度熱半分 ( メッシュ中 B 輻射 ) 温度熱半分 ( メッシュ細 B 輻射 ) 温度熱半分 45 40 35 30 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
解析結果 2-B 強制空冷モデル 輻射なし B 区間温度結果 ( 測定 :A 区間 B 区間 C 区間の 3 区間 ) 70 65 60 55 50 ( メッシュ粗 B) 温度 ( メッシュ中 B) 温度 ( メッシュ細 B) 温度 ( メッシュ粗 B) 温度熱半分 ( メッシュ中 B) 温度熱半分 ( メッシュ細 B) 温度熱半分 45 40 35 30 25 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
解析結果 2-C 強制空冷モデル 輻射あり C 区間温度結果 ( 測定 :A 区間 B 区間 C 区間の 3 区間 ) 70 65 60 55 ( メッシュ粗 C 輻射 ) 温度 ( メッシュ中 C 輻射 ) 温度 ( メッシュ細 C 輻射 ) 温度 ( メッシュ粗 C 輻射 ) 温度熱半分 ( メッシュ中 C 輻射 ) 温度熱半分 ( メッシュ細 C 輻射 ) 温度熱半分 50 45 40 35 30 25 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
解析結果 70 65 60 55 2-C 強制空冷モデル 輻射なし C 区間温度結果 ( 測定 :A 区間 B 区間 C 区間の 3 区間 ) ( メッシュ粗 C) 温度 ( メッシュ中 C) 温度 ( メッシュ細 C) 温度 ( メッシュ粗 C) 温度熱半分 ( メッシュ中 C) 温度熱半分 ( メッシュ細 C) 温度熱半分 50 45 40 35 30 25 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
誤差 まとめ 1 輻射の考慮あり なしでの結果への影響 環境温度と温度結果の差が 75 くらいで 13% 環境温度と温度結果の差が 35 くらいで 3.5% 環境温度と温度結果の差が 15 くらいで 2.5% 2 輻射計算 環境温度と温度結果の差が大きい場合 メッシュは細分割されていないと誤差が大きくなる 中メッシュと細メッシュの間の誤差はほぼ 5% で一定くらいである可能性がある 中くらいのメッシュを作成して 5% の誤差があると認識して評価できる可能性 温度が下がることで当然ではあるが 輻射の影響は小さくなり 環境温度と温度結果の差が 15 くらいではメッシュ数にあまり関係なく誤差が一定となる 温度差が 15 くらいではメッシュ数 輻射考慮の有無にあまり気にする必要はない 輻射ありなしの誤差 14.0% 12.0% 10.0% 8.0% 6.0% 4.0% y = 0.0093e 0.8243x 2.0% 0.0% 15 35 75 輻射ありなしの誤差 2.5% 3.5% 13.0%
まとめ 3 強制空冷モデル 環境温度との差が 35 の場合 メッシュが粗いと 9% 近くの誤差が生じるが メッシュを中くらい程度にすると誤差は 1% 以内くらいになる メッシュは中くらいで精度のある解析結果が得られる 4 計算時間 計算時間は輻射あり なしとも要素数の約 2.5 乗に比例 輻射計算を実施すると 20% くらい計算時間が長くなる 総まとめ熱流体解析の基本的な流れとして 1 自動メッシュで解析 ( 輻射オン ) 自動メッシュの場合 要素数も抑えれるので輻射の計算増 20% はあまり気にならない 2 温度結果が雰囲気温度との差で 35 以上ある場合は メッシュを中くらいにして ( メッシュ倍率 0.5) 再解析して結果には 5% 程度の誤差の可能性を認識 温度差がそれ以下の場合は そのまま評価可能 35% の誤差を小さくして結果を評価したい場合は メッシュを細 ( 更にメッシュ倍率を 0.5) にして解析する
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