熱応力解析時の各パラメーター設定について

[Anonymous]

お世話になります。

アルミのフライパンをガスコンロで加熱したときの底面の変形をシミュレーションしようとしています。

下記のチュートリアルを参照しながら行ったのですが、モデルがZ方向に移動するような結果となってしまい

加熱したときに見られる、底面が内側に反りあがるような変形が得られません。

また、変位量も実際とはかけ離れた値になってしまいます（実際には2～3mm）。

（実際の変形は、IHクッキングヒーターに対応するために

フライパン底面に貼り付けられた鉄と本体のアルミとの膨張率の差による部分も多いのですが

今の力量では扱いきれなそうだったので単純なアルミのみでシミュレーションしています。今後チャレンジ予定です。）

https://knowledge.autodesk.com/ja/search-result/caas/CloudHelp/cloudhelp/JPN/Fusion-Simulate/files/t...

熱に関しての初歩的な知識もなく、ネットで色々と単位や語句を調べながら利用している状況です。

不勉強で大変恐縮なのですがお力添えいただきたく投稿させていただきました。

熱荷重や拘束する面などの設定についてご教示いただけると大変助かります。

お忙しい中恐れ入りますが何卒よろしくお願い致します。

フライパン材質：アルミニウム

●メッシュ：1mm

●拘束：断面（XZ平面とYZ平面）

●熱荷重[熱源]：33900　W/ｍ＾2（下記①÷②×③で計算しました）

①底面積：0.031851平方ｍ

②ガスコンロ出力：27000W

③ガスコンロの熱効率：40％

フライパンの底面を選択しました。

●熱荷重[熱伝達]：4.67W/（ｍ＾2K）

ネットで検索して出てきた空気の熱伝達率を入力しました。

断面以外の全ての面を選択しました。

放熱される面と放熱される量という認識でよいのでしょうか？

[Anonymous]

@adachitech7様

お世話になっております。

お忙しい中度重なりご連絡ありがとうございます。

自身で、単純な形状で2種類シミュレーションしてからお伺いするべきところ

adachitech7様のお手を煩わしてしまい申し訳ありませんでした。

今後は安易に質問するのではなく、検証結果を自身で考察しながら試して参ります。

この度は本当にありがとうございました。

[mizuV4V5F]

@Anonymous さま

z軸の固定は任意の頂点ですので，接地面外周のyz断面でも問題ございません．

エッジ固定と頂点固定でメッシュの切り方を変えましたが，比較的一致していると思います．

アクティブメッシュリファインは目的でない部分のメッシュを細分化している場合もございますので，

解析時間を減らすためにも確認しつつ使用するのがよいかと存じます．

添付のモデルの初めの解析はいただいたモデルのままですので，解析する際はお気を付けください．

z方向の変位を計測したいとのことですが，解析結果の[検査]からプローブを付けて値を確認することができます．

差などを計算すれば目的の値が得られます．

大変失礼な確認になるかもしれませんが，質問のやりとりの中で熱源の取り扱いが気になりました．

熱源をWで与える際には，対称モデルの分割に合わせて変える必要がございます．

1/4モデルで300Wはフルモデルで1200Wです．

また，単位面積当たりで与える際には，表面積を過剰にとらないように留意する必要がございます．

参考までに，今回のフライパンですと次のように1/15モデルとすることもできます．

1/15モデルでは熱源を80W（＝1200/15）にしています．

最後に，このモデルを流用する許可をいただきたいのですが，よろしいでしょうか？

1/15モデル作成時に予期せぬ挙動を確認したため，別の質問としてフォーラムに投げようと思います．

本当に予期せぬ挙動かどうかは再度確認しますが，類似の境界条件のはずが類似の結果が得られないエラー？です．

よろしくお願いいたします．

[mizuV4V5F]

対称モデル解析時の予期せぬ挙動ですが，すでに情報がございました．

失礼いたしました，早とちりでした．

詳細は書かれていませんが，荷重や拘束が重なる箇所で起きることがあるようです．

ヘルプ | Fusion 360シミュレーションで摩擦なし、その他の荷重または拘束が合流する場所で結果が不正確になる可能性がある | Autodesk

確認のために，yz断面の対称条件，zを固定する頂点を変えて解析してみました．

①はz方向に飛んでいきましたが，熱関係や応力・ひずみは正しそうです．

②, ③は意図した結果が出力されました．

④はz方向に飛んでいき，局所的に高い応力などがあり，正しくありませんでした（熱関係は正しそうです）．

4つの解析はすべて，過剰に条件を付けたときのこのような警告が出てないのですが，一部で不正確な結果となりました．

解決策を示せずに申し訳ございませんが，皆さまもお気を付けください．

[Anonymous]

@mizuV4V5F様

お世話になっております。

お忙しい中ご連絡いただきありがとうございました。

●拘束について

自身で比較検証すればよいところをお手を煩わせてしまい申し訳ありません。

ご指導いただいたサーフェスプローブを使用しながら拘束する箇所を検討しようと思います。

●アクティブメッシュリファイン

機能と用途をあまり理解していなかったので大変助かります。

ありがとうございます。

●Z軸方向の変位の計測

サーフェスプローブの使い方がヘルプを参照してもいまいち分からず

ご返答に時間がかかってしまい申し訳ありませんでした。

拘束点は適切な位置にして、変位を計測しようと思います。

●熱源に関して

恥ずかしながら理解できておりませんでした。

ありがとうございます。

1/4に単純化した場合、熱源の値も自動的に1/4に換算されるのだと思っておりました。

「W」で値を与える場合は、1/4に単純化したら、値も1/4にして与えるということですね。

「単位面積にチェックを入れる」ことで、底面積を変えた場合や、単純化せずに1/1の場合、1/4に単純化した場合でも、

同じ値で比較できるのですね。

●流用について

各種設定で検証いただき恐れ入ります。

サーフェスプローブの使い方がヘルプを参照してもいまいち分からず

ご返答に時間がかかってしまい申し訳ありませんでした。

実際の製品とは形状や寸法がことなりますので問題ありません。

つたないモデルですがご活用いただければ幸いです。

この度はご多忙の中、初歩的な点までご指導いただきありがとうございます。

今後ともよろしくお願い致します。

[mizuV4V5F · Accepted solution]

@Anonymous さま

熱源に関して補足です．

1/1モデルから1/4モデルへ単純化するときはその通りですが，

熱源[W/m^2]でフライパン底面積を変えた場合は，再計算する必要がございます．

「単位面積のチェック」は自動的に面積で除してくれる機能ではありませんのでご注意ください．

例えば，初めの1/1モデルで熱源Q[W]，低面積A[m^2]として，熱源Q/A[W/m^2]を入れていたとします．

1/4モデルとするときには，熱源は(Q/4)/(A/4)=Q/A[W/m^2]で変わりません．

このモデルを途中から修正し，フライパン底面に接地用の凸を付けたとします．

そうしますと1/1モデルの底面積に凸の側面積B[m^2]が追加さるので，熱源はQ/(A+B)[W/mm^2]となるべきですよね．

1/1モデルで熱源Q[W]を用いる場合には，1/4モデルでQ/4[W]と計算しますが，底面積の影響は受けません．

状況に応じて使いやすい単位を選択ください．

[Anonymous]

@mizuV4V5F様

お世話になっております。

お忙しい中、度重なりご指導いただきありがとうございます。

Firefoxからなぜか開かなくなってしまい、お返事が遅くなり失礼致しました。

ご指摘の点、完全に解釈が間違えておりました。

単位が何を表しているか理解しておらず恥ずかしい限りです。

Q＝1200W、A＝4000ｍ＾２のとき、チェックボックスにチェックを入れると

Q/A[W/m^2]　×　底面積（A/4）＝300W

Q/A[W/m^2]　×　底面積（AでもA＋Bでも）＝1200W

 のイメージでした。

確かにおかしいですね。

ご指摘の点、注意しながら改めて色々と試したいと思います。

本当にありがとうございました。

[mari.shimode]

@Anonymous さん、こんにちは。コミュニティのご利用ありがとうございます。

mizuV4V5F さんからのご回答待ちかと存じますが、その後の状況はいかがでしょうか。

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