Fusion - 日本語フォーラムのトピックRe: うどんを潰す様子のシミュレーション

うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Tue, 20 Sep 2022 15:06:51 GMT

「うどん潰し」の写真のように、うどんに力をかけて潰していく様子をfusion360のシミュレーションを用いて再現しようと考えています。

しかし、構造座屈のシミュレーションで試してみたところ、「うどん失敗」の写真のように右に偏って潰れてしまい、上手く再現できませんでした。

fusion360のシミュレーションを用いて、うどんが潰れる様子を再現する方法を教えて頂きたいです。

荷重は3.18N　うどんは400mm×8mm×5mm(長さ×幅×高さ)　円柱は直径11mmです。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

Bunga777 — Wed, 21 Sep 2022 06:23:01 GMT

実際にどんなデータで行ったか知りたいので、データを添付していただけると嬉しいです。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Wed, 21 Sep 2022 08:23:14 GMT

こちらがデータです。

うどんの物理マテリアルは「ゴム、シリコーン」の材質のパラメータを動かして作りました。

Fusion初心者で初歩的なミスをしているかもしれませんが、確認して頂けると幸いです。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Wed, 21 Sep 2022 13:24:27 GMT

@hedgehog3 さん、

非線形静的応力解析を使ってみました。

それっぽくなったと思うのですが、非線形のマテリアルライブラリにうどん相当の材料を追加する方法がまだよく分かっていません。動画のものはアルミを使っています。アルミのうどんです。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Thu, 22 Sep 2022 02:56:13 GMT

返信ありがとうございます。

材質をうどんに近づけるために、添付した写真1の「スタディマテリアル」の欄を「(モデルと同じ)」に設定して、モデルの「ゴム、シリコーン」のパラメータ(写真2)を調整するという方法を試しているのですが、この方法は適切でしょうか。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Thu, 22 Sep 2022 03:10:43 GMT

@hedgehog3 さん、

私もこの通りの材料を作ってお気に入りに登録して計算させてみたのですが「失敗」という結果しか返ってきませんでした。非線形の解析に使うマテリアルには何らかの制約があるのかもしれません。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

nakao-540e — Thu, 22 Sep 2022 09:14:14 GMT

面白そうなので、計算してみました。

予想と違う動きをしています。マテリアルが適用されているのか疑問ですが。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Fri, 23 Sep 2022 13:48:26 GMT

前述した方法で材質を「ゴム、シリコーン」に変更した時のシミュレーションと、アルミニウムのうどんのシミュレーションを比較してみました。

比較するとうどんの潰され具合が違っていたので、材質が変化されている様子でした。しかし、スタディマテリアルを「(モデルと同じ)」にすると解析時に警告が生じてしまうため、もしかしたら材質が正確には反映されていないかもしれません。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Fri, 23 Sep 2022 13:57:23 GMT

返信ありがとうございます。

添付して頂いたデータの構造拘束を変更したところ、うどんが横にずれなくなり、潰れるようになりました。

しかし、解析時に警告が発生してしまうため、マテリアルが正確に反映されていないかもしれません。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Fri, 23 Sep 2022 14:11:41 GMT

@hedgehog3 さん、

うどん（シリコーン）の方の変位の最大値を見ていただきたいのですが、最大値が4.166×10^-5mmとなっていますので現実の変位とは全くオーダーが違っています。ほぼ変形なしです。CAE解析では絶対値の正確性を求めても仕方がないのは理解しているのですが、ここまで変位が現実と違うとシミュレーションが全く上手くいっていないと判断した方がいいと思います。

下図は変位の表示を実際と同じスケールにしたものです。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Sat, 24 Sep 2022 03:11:58 GMT

@hedgehog3 さん、

かなり邪道ではありますが、うどんをシェル化して解析してみました。ヤング率と荷重も変えています。ここまでやってようやく現実と同じオーダーの変位になるようです。ちなみに非線形ではなく普通の静的応力解析にしてみました。

うどんの機械的性質がまったく分からないのと荷重を一桁上げてしまっているので全く邪道な解析なのですが、これでもつぶれ方の定性的な評価には用いることができるかもしれません。またきっちりと予備解析を行って実際の実験結果と相関があるようなモデルを作れたら「限定された範囲」でのある程度の数値予測ができるモデルとして成立するかもしれません。

何を評価指標にするかによってどのようなモデルを作ればいいのかが変わってくると思います。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Sat, 24 Sep 2022 03:57:53 GMT

@hedgehog3 さん、

荷重をもっと上げてみました。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Tue, 27 Sep 2022 08:44:03 GMT

返信が遅れてしまいすみません。

シェル化をしたものを静的応力解析するというその方法を用いることで、前述した方法　(スタディマテリアルの欄を「モデルと同じ」に設定して、モデルの「ゴム、シリコーン」のパラメータを調整する方法)　で材質を変更して、現実と同じシミュレーションができるという捉え方で合っていますか。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Sun, 25 Sep 2022 19:53:20 GMT

@hedgehog3 さん、

現実と同じシミュレーションはできないですね。おそらく無理です。ただ限定された範囲ではある程度の予測ができるのではないかというアイデアです。評価基準は何でしょうか？どういうことが知りたいかによって適切な解析モデルは変わってくると思います。またこれはどんなCAE解析でもそうなのですが、水準を変えた実験データに照らし合わせて相関を確認しておかないと妥当な解析モデルであるかどうかの検証ができないと思います。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Tue, 27 Sep 2022 08:44:47 GMT

うどんを3Dモデルとして再現するために、シミュレーションを通してうどんの大まかな材料特性のパラメータを知りたいと思っています。現時点では具体的な材料特性が分からないため、「縦弾性係数」「せん断弾性係数」「降伏強度」「引張強さ」のパラメータを変更させながら「うどん潰し」の写真になるべく近い状態を作り、その時のパラメータをうどんの材料特性として記録したいと考えています。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Tue, 27 Sep 2022 10:29:24 GMT

@hedgehog3 さん、

おそらくですがFusion360ではメッシュが極端に変形するような解析はできないのだと思います。何か方法はあるのかもしれませんが当方の知識ではちょっと分からないですね。なのでいくら柔らかいマテリアルを選択しても中身の詰まったソリッドボディが対象だと同じオーダーの変位は再現できないのではないでしょうか。私のアイデアはそこをシェル化したモデルでカバーしてしまうというものです（非常に邪道ですが）

今回の場合ですと、評価指標としては円柱のZ方向の変位を採用し、柔らかめのマテリアルを選択した上で基本のパラメータとしてはシェル板厚としたらどうかと思います。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Tue, 27 Sep 2022 16:23:30 GMT

@hedgehog3 さん、

シェル厚みを固定してヤング率を変化させるパターンと、ヤング率を固定してシェル厚みを変化させるパターンの2種類でトライしてみました。どちらもパラメータを変えることでうどんの潰れ方が有意に変化していますので一応は使い物になるんじゃないかと思います。ただシェル厚みを変える場合は薄くするにしたがってメッシュを細かくしていく必要がありそうですが。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Thu, 29 Sep 2022 02:38:52 GMT

2点質問があります。

1点目は、ヤング率はどこで変更することができるのかを教えて頂きたいです。

2点目は、シェル厚み0.3mmで解析を行う場合は「メッシュリファインメントの最大数」をどのくらいに設定してメッシュを細かくするのが適切なのかを教えて頂きたいです。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

adachitech7 — Thu, 29 Sep 2022 07:25:45 GMT

@hedgehog3 さん、

マテリアル→物理マテリアルを管理、からお気に入りにゴム素材をコピーして縦弾性係数を適宜変えています。

メッシュの大きさはボディを分割した上で円柱近傍だけをローカルメッシュコントロールで細かくしたらどうでしょうか。

いずれの手法を取るにしても実際のメッシュの大きさを確認しながら現実に近いような挙動になるまで細かくしていくのがいいと思います。一概にこれが正解とは言えないことが多いので。

Re: うどんを潰す様子のシミュレーション

hedgehog3 — Fri, 30 Sep 2022 08:49:56 GMT

ヤング率を[MPa]単位で変化させたいのですが、添付画像「ヤング率の単位」の赤線部のように設定画面では[GPa]になっており、更に有効桁が小数第3位までなので1[MPa]未満を調べることができません。この設定画面の単位を[MPa]に変更することはできますか。

また、ローカルメッシュコントロールでメッシュを細かくしたのにも関わらず、「メッシュを生成」を実行してもその通りに細かいメッシュが生成されませんでした。ローカルメッシュコントロールの方法の詳細を教えて頂けますと幸いです。