OS-T：1600 圧電ハーベスターアセンブリの流体-構造相互作用解析

本チュートリアルの目的は、流体-構造相互作用解析、すなわち、OptiStruct非線形過渡解析をAcuSolve流体動解析と連成させて行う方法を示すことにあります。

開始する前に、このチュートリアルで使用するファイルを作業ディレクトリにコピーします。
本チュートリアルでは、圧電ベースの流体エネルギーハーベスターを使用する可能性を探ります。このようなハーベスターは、安定した均等な流れに使用可能であるという点で、自励式かつ自律的です。このコンフィギュレーションは、圧電片持ち梁、および、渦の離脱と急速な増大により生じる持続的な空力弾性構造振動を増進させる円筒形の先端ボディ（構造モデル）から成ります。ハーベスターの構造おより空力特性は、圧電梁の振幅と振動数および流体フローを変化させます。流体フローを用いた圧電エネルギーハーベスティングは、３つの異なる動的システム（流体、構造および関連する電気回路）の相互作用を伴います。
注: 本チュートリアルは、流体および構造領域のスタディのみに限られます。

pfsi_energy_harvester_model_intro
図 1. 問題のモデル
Figure 2は、本チュートリアルに使用される流体構造モデルを表しています： 梁の寸法はFigure 1とFigure 2とのとおりです。

pfsi_beam_with_various_layers
図 2. 梁の各層

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

  1. HyperMeshを起動します。
    User Profilesダイアログが現れます。
  2. OptiStructを選択し、OKをクリックします。
    これで、ユーザープロファイルが読み込まれます。ユーザープロファイルには、適切なテンプレート、マクロメニュー、インポートリーダーが含まれており、OptiStructモデルの生成に関連したもののみにHyperMeshの機能を絞っています。

モデルの読み込み

  1. File > Import > Solver Deckをクリックします。
    Importタブがタブメニューに追加されます。
  2. File typeにOptiStructを選択します。
  3. Filesアイコンfiles_panelを選択します。
    Select OptiStruct Fileブラウザが開きます。
  4. 自身の作業ディレクトリに保存したSlab.femファイルを選択します。
  5. Openをクリックします。
  6. Import、続いてCloseをクリックし、Importタブを閉じます。

モデルのセットアップ

セットセグメントの作成

  1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Set Segmentを選択します。
  2. NameにFSI_Interaction_Surfと入力します。
  3. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
  4. Card Imageに、ドロップダウンメニューからSURFを選択します。
  5. Elementsに0 elements > elementsをクリックし、梁のすべての面をピックします。

    os_1600_surf
    図 3. 梁の前面以外のすべての面
  6. addをクリックし、セットセグメントにフェイスを追加します。
  7. returnをクリックし、パネルから抜けます。

非線形パラメータの定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
  2. NemeにNLPARMと入力します。
  3. Config typeに、ドロップダウンメニューからNonlinear Parametersを選択します。
  4. TypeのデフォルトはNLPARMです。
  5. 図 4に示された値を入力します。
    詳細については、NLPARMバルクデータエントリをご参照ください。

    os_1600_nlparm
    図 4.

過渡時間ステップパラメータの定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターテンプレートがエンティティエディターに表示されます。
  2. NemeにTSTEPと入力します。
  3. Card Imageに、TSTEPを選択します。
  4. TSTEP NUMに、1と入力します。
  5. 図 5に示された値を入力します。
    詳細については、NLPARMバルクデータエントリをご参照ください。

    os_1600_tstep
    図 5.

非線形解析の増分結果出力の定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Step Inputsを選択します。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にNLOUT101と入力してproceedをクリックします。
  3. Config typeに、ドロップダウンメニューからOutput Parametersを選択します。
  4. TypeのデフォルトはNLOUTです。
  5. 図 6に示された値を入力します。
    詳細については、NLPARMバルクデータエントリをご参照ください。

    os_1600_nlout
    図 6.

流体-構造相互作用パラメータの定義

  1. Modelブラウザ内で右クリックし、Create > Load Collectorを選択します。
    デフォルトの荷重コレクターテンプレートがエンティティエディターに表示されます。
  2. Curve editorウィンドウが表示されます。Newをクリックし、Name=にFSI100と入力してproceedをクリックします。
  3. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
  4. Card Imageに、ドロップダウンメニューからFSIを選択します。
  5. ELSETのSURFIDで、FSI_Interaction_Surfを選択します。
  6. 図 7に示された値を入力します。
    詳細については、NLPARMバルクデータエントリをご参照ください。


    図 7.

出力コントロールパラメータの定義

  1. Analysisページからcontrol cardsをクリックします。
  2. GLOBAL_OUTPUT_REQUESTをクリックします。
  3. DISPLACEMENT、ELFORCE、OLOAD、STRESS、STRAINで、OptionにYesを設定し、returnをクリックします。
  4. PARAMをクリックします。
  5. LGDISPを選択し、LGDISP_V1に1 を入力します。
  6. returnを２回クリックし、メインメニューに進みます。

非線形過渡解析サブケースの生成

  1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Load Stepを選択します。
  2. NemeにFSIと入力します。
  3. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
  4. Analysis typeには、Non-linear transientを選択します。
  5. Load Collectorを入力 / 選択します。

    os_1600_load_collector
    図 8.

Submit the Job

  1. From the Analysis page, click the OptiStruct panel.

    OS_1000_13_17
    図 9. Accessing the OptiStruct Panel
  2. Click save as.
  3. In the Save As dialog, specify location to write the OptiStruct model file and enter Slab for filename.
    For OptiStruct input decks, .fem is the recommended extension.
  4. Click Save.
    The input file field displays the filename and location specified in the Save As dialog.
  5. Set the export options toggle to all.
  6. Set the run options toggle to analysis.
  7. Set the memory options toggle to memory default.
  8. Click OptiStruct to launch the OptiStruct job.
If the job is successful, new results files should be in the directory where the Slab.fem was written. The Slab.out file is a good place to look for error messages that could help debug the input deck if any errors are present.

AcuSolveジョブのサブミット

  1. AcuSolve入力ファイル（slab_dcfsi.inp）をテキストエディタで開きます。
  2. EXTERNAL_CODEブロック内のsocket_hostパラメータを自身のマシンのhostnameに変更し、ファイルを保存します。

    os_1600_acusolve_command
    図 10.
  3. AcuSolve Cmd Promptアプリケーションを開きます。
  4. コマンドacuRun-pb slab_dcfsi -np 8を入力します。


    図 11.
ジョブが成功した場合、 HyperMeshが起動されたディレクトリに新しい結果ファイルが確認できます。何らかのエラーがある場合、Slab.outファイルは入力データのデバッグを手助けするエラーメッセージを探すのに良い場所です。
そのディレクトリに書かれるデフォルトのファイルは:
cci.txt
モデルの進行に関する情報を含みます。結合の確立、初期外部コードハンドシェイク、およびエクスチェンジ / スタガーと連動した後続のタイムステップに関したログ。
Slab.html
問題の定式と解析結果のサマリーに関する解析のHTMLレポート。
.out
シミュレーション開始前のモデルチェックと実行結果のいくつかの基礎的情報を与えるASCIIベースの出力ファイル。
Slab.stat
解析のプロセスの間のそれぞれのステップでのCPU情報を提供するプロセスの要約。
Slab.h3d
圧縮されたHyperViewバイナリ結果ファイル。

結果の表示

HyperViewを使用して、Displacement contour at 1.0をプロットします。


図 12.