概要
このResult control項目は、境界上の圧力と表面の摩擦力を積分することにより、シミュレーションの過程で力とモーメントを計算することができます。境界を選択して、その境界上の全体的な力とモーメントを計算することができます。
これは、シミュレーションツリーのResult controlの下に追加することができます。
Center of rotation (回転中心)は 一般的に構造物の質量中心に定義されます。シミュレーションプロジェクトによっては、回転中心を異なる座標で定義すると便利な場合があります。例えば、部品が特定の点で地面に取り付けられている場合、結果のモーメントを得るためにこの点の座標を使用することができます。
Write control (書込み間隔)は 、力とモーメントの値を出力/書込む頻度を制御します。値は、出力間の 時間ステップ数で指定します。
力とモーメントの値は、ソルバーログに表示されます。プロットはシミュレーションの実行中に更新されます。下図は、力とモーメントのプロットの例です:
また、力とモーメントの値の代わりに 力とモーメントの係数 を計算することもできます。前述のパラメータに加えて、揚力、抗力、ピッチ方向、自由流の速度の大きさ、参照面積、参照長さを指定する必要があります。結果は、シミュレーションログとプロットで見ることができます。
Multiphaseソルバーにおける力の計算
Multiphase 解析タイプでは、その名前が示すように、密度の異なる2つの流体と流れ領域での相互作用をモデル化します。これは、一方の流体に対して0 、他方の流体に対して1の値をとるPhase fraction (相の割合)\(\phi\) を計算に導入することで行われます。
場合によっては、相互作用する物体に対する両方の流体または片方だけの総荷重を計算することに関心があるかもしれません。例えば、下図に示すような水面を航行するボートのシミュレーションでは、水と空気の両方、または一方だけがボートに及ぼす正味の抗力を計算することができます。
この累積力を計算する手順と、Phase fraction (相の割合)を使用して力を分離する方法を以下でご覧ください。
前提条件
結果をローカルでポスト処理するには、ParaViewがコンピュータにインストールされている必要があります。お使いのオペレーティングシステムに応じて、適切なバージョンのParaViewを こちらから ダウンロードできます。
手順
ステップ1: 結果をダウンロードして開く
SimScaleプラットフォームでシミュレーションが完了すると、結果をローカルシステムにダウンロードできます。この方法の詳細については、 こちらの記事を参照してください。デフォルトでは、ParaViewはデータセット全体を読み込みます。しかし、現在関心があるのは、身体の特定の面にかかる力を計算することだけです。したがって、ケースを開く前に、これらの面のリストを作成してください。
- ParaViewで新しいセッションを開始します。
- File - Openを クリックし、 case.foamを選択してOK を押します。
- Propertiesタブのメッシュ領域 セクション(図参照)で、力を計算する必要がある面のみを選択します。
- Apply をクリックします。これでケースがParaViewにロードされるはずです。
- 時間ナビゲーションパネルから、力を計算する時間ステップに移動します。
ステップ2: 法線の生成
ParaViewは、パイプライン内のオブジェクトに適用される一連のフィルターとして機能します。
- パイプラインブラウザで' case.foam を選択します。これにより、フィルタのアクティブオブジェクトが設定されます。
- filters をクリックし、リストから Generate Surface Normalsを選択します。パイプラインに GenerateSurfaceNormals1という 新しいオブジェクトが作成されます。
- いくつかのパラメータを使って、このフィルタの結果を調整することができます。詳しい説明は こちら をご覧ください。最終決定したら、Apply をクリックします。ParaViewが結果を計算し、自動的に GenerateSurfaceNormals 1を新しいアクティブオブジェクトとして設定します。
ステップ3: 力の計算
ステップ2では、対象面の法線を計算しました。これらの法線はそれぞれの面の面積に応じてスケーリングされます。これらの面の圧力データがすでにあるので、各面の正味の力を簡単に計算することができます。
- Filters 'をクリックし、Calculator を選びます。パイプラインに新しいオブジェクト Calculator1が 作成されます。
- 必要であれば、 Result Array Nameを 'Forces'などの適切な名前に変更します。
- 力は、\(prgh . \vec{n}\) として計算されます。\(prgh\) は静圧、\(\vec {n}\) は表面法線です。何を計算したいかによります:
- 両方の相に起因する力を合計するには、テキストボックスに "p_rgh * Normals" と入力します。
- 一方の相のみによる力の場合は
- "p_rgh * Normals * alpha.phase1 "と入力します(\(\phi\) = 1)。
- 「p_rgh * Normals * (1 - alpha.phase1)」は、\(\phi\) = 0 に対応する相に入力します。
- Applyをクリックします。これで、各面で力の値が利用できるようになりました。
たとえば、下図では、 alpha.phase1 によってボートに発生する力を計算しています:
| 注意 |
| 密度を入力として必要としない理由は、静圧がすでに分かっているからです。したがって、力を計算するには、面積を乗じるだけで十分です。 |
ステップ4: 面上の力の積分
ステップ3の結果は各面に局所的なものです。すべての面の正味の力を得るには、この結果を積分する必要があります。
- Filters をクリックし、Integrate Variablesを選択します。
- Applyをクリックします。
スプレッドシートビューが開きます。 Forces タブには、3つの座標方向の正味の力の値(単位: ニュートン)が表示されます。