OS-HM-T:5005 線形定常熱伝導解析の結果

チュートリアルレベル：中級本チュートリアルでは、スチールパイプの熱伝導解析を実行します。

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。
パイプの内面の温度は60℃です。パイプの外表面は外気にさらされ、その温度は20℃です。パイプ内部の温度分布は、線形定常熱伝導と熱伝達の解法で解いて求めることができます。
図 1. モデルのレビュー


以下の演習が含まれます：
  • 熱材料とプロパティの作成
  • 熱境界条件の作成とモデルへの適用
  • OptiStructへのジョブのサブミット
  • HyperViewでの結果のポスト処理

Launch HyperWorks

  1. Launch Altair HyperWorks.
  2. In the New Session window, select HyperMesh from the list of tools.
  3. For Profile, select OptiStruct.
  4. Click Create Session.
    図 2. Create New Session


    This loads the user profile, including the appropriate template, menus, and functionalities of HyperMesh relevant for generating models for OptiStruct.

Import the Model

  1. On the menu bar, select File > Import > Solver Deck.
  2. In the Import File window, navigate to and select thermal.fem you saved to your working directory.
  3. Click Open.
  4. In the Solver Import Options dialog, ensure the Reader is set to OptiStruct.
    図 3. Solver Import Options


  5. Accept the default settings and click Import.

モデルのセットアップ

熱材料プロパティの作成

  1. Model Browserで右クリックしてCreate > Materialを選択します。
    デフォルトのMAT1材料がCreate Material ウィンドウに表示されます。
  2. Nameにsteelと入力します。
  3. MAT4の横のチェックボックスを選択します。
    材料情報エリアのMAT1の下にMAT4カードイメージが表示されます。MAT1カードは等方性構造材料を定義します。MAT4カードは一定値の熱材料に用いられます。MAT4にはMAT1と同じ材料IDを用います。
  4. Create Materialウィンドウで、以下のスチールの材料の値を入力します：
    1. [E] Young’s modulus = 2.1 x 1011 Pa
    2. [NU] Poisson’s ratio = 0.3
    3. [RHO] Material density = 7.9 x 103 Kg/m3
    4. [A] Thermal expansion coefficient = 1 x 10-5 / °C
    5. [K] Thermal conductivity = 73W / (m * °C)
    6. [H] Heat transfer coefficient = 40W / m2 °C
    図 4. 材料のEntity Editor


  5. Closeをクリックします。
    温度と構造両方の特性を持つ材料、steelが新規に作成されました。
  6. Model Browserで右クリックしてCreate > Propertyを選択します。
    デフォルトのPSHELLプロパティがCreate Material ウィンドウに表示されます。
  7. NameにSolidsと入力します。
  8. Card Imageに、ドロップダウンメニューからPSOLIDを選択します。
  9. Materialに、Unspecifiedをクリックします。
  10. をクリックします。
  11. Advanced Selectionウィンドウで、steelを選択し、OKをクリックします。
  12. Closeをクリックします。
    ソリッドのスチールパイプのプロパティが3D PSOLIDとして生成されました、材料情報はこのプロパティに関連付けられています。
    図 5. 材料SteelをプロパティSolidに割り当て


材料とプロパティの既存の構造への関連付け

材料とプロパティが定義されたら、それらを構造と関連付ける必要があります。

  1. Model Browserで、Componentsをダブルクリックし、Componentブラウザを開きます。
  2. pipeコンポーネントをクリックします。
    コンポーネントテンプレートがEntity Editorに表示されます。
  3. Propertyに、Unspecifiedをクリックします。
  4. をクリックします。
  5. Advanced Selectionウィンドウで、solidを選択し、OKをクリックします。
    図 6. 材料とプロパティの割り当て


荷重と境界条件の付与

この演習では温度境涯条件がモデルに付与され、事前定義されたコレクターspc_tempに保存されます。事前定義された節点4679は雰囲気温度に用いられます。事前定義された節点セットnode_tempは、パイプの内面の節点から成っています。

パイプの内面の温度の生成

  1. Analyzeリボンで、 Constraintsを選択します。
    図 7. 拘束の追加


  2. Entityにを選択します。
  3. Advanced Selectionウィンドウで、ドロップダウンメニューからBy Setを選択します。
  4. node_tempを選択し、OKをクリックします。
    図 8. アドバンスト選択メニュー


  5. DOF1、DOF2、DOF3、DOF4、DOF5、DOF6のチェックボックスを非選択にします。
  6. Load TypesにSPCを選択します。
  7. CreateとCloseをクリックします。
    これで内側の節点に温度0.0が付与されています。次のステップでは温度の値を60に更新します。
    図 9. 拘束の作成


  8. Model BrowserのLoadsで、SPCをダブルクリックします。
  9. Selectを右クリックし、context menuからAllを選択します。
  10. Dに、60.0と入力します。
    図 10. 温度の更新


環境温度の生成

  1. Model Browserで、Load Collectorsをダブルクリックします。
  2. ブラウザタブでspc_tempを右クリックし、context menuからMake Currentを選択します。
    図 11. spc_temp荷重コレクターを現在のコレクターに設定


  3. Analyzeリボンで、 Constraintsを選択します。
  4. Entityにを選択します。
  5. Advanced Selectionウィンドウで、ドロップダウンメニューからBy IDを選択します。
  6. テキストボックスに4679と入力し、OKをクリックします。
    節点4679がハイライトされます。
    図 12. アドバンスト選択メニュー


  7. DOF1、DOF2、DOF3、DOF4、DOF5、DOF6のチェックボックスを非選択にします。
  8. CreateとCloseをクリックします。
  9. Loadsの下のModel Browserで、SPCをダブルクリックします。
  10. load (ID 505)を選択します。
  11. Dに、20.0と入力します。
    図 13. 環境温度の更新


熱対流面の作成

  1. Analyzeリボンで、 Convectionを選択します。
    図 14. 対流の選択


  2. TypeにドロップダウンメニューからConvectionを選択します。
  3. ELSETIDで、 > Createを選択します。
    図 15. ELSETIDの作成


  4. Elementsに、ドロップダウンメニューからFacesを選択します。
  5. 図 16に示されるように、外表面を選択します。
    図 16. フェイスの選択


  6. PCONIDで > Createを選択します。
  7. Materialでをクリックし、Advanced Selectionを開きます。
  8. Steelを選択します。
  9. TA1に、をクリックします。
  10. Advanced Selectionダイアログで、ドロップダウンメニューからBy IDを選択し、ID4679を入力します。
    図 17. 対流の作成


  11. Closeをクリックします。

熱伝導荷重ステップの生成

OptiStruct定常熱伝導荷重ステップが、荷重コレクターspc_tempの温度境界条件を参照して生成されます。熱伝導解析の勾配、流束、温度出力要求も行われます。

  1. Model Browserで右クリックしてCreate > Load Stepを選択します。
  2. Nameにheat_transferと入力します。
  3. Analysis typeに、ドロップダウンメニューからHeat transfer (steady state)を選択します。
  4. SPCのをクリックしてAdvanced Selectionを開きます。
  5. spc_tempを選択し、OKをクリックします。
  6. Outputのチェックボックスを選択します。
  7. Outputの下の、FLUXとTHERMALのチェックボックスを選択します。
  8. 両出力とも、FORMATはH3Dを選択します。
  9. 両出力とも、OPTIONはALLを選択します。
  10. Closeをクリックします。

Submit the Job

Run OptiStruct.

  1. From the Analyze ribbon, click Run OptiStruct Solver.
    図 18. Select Run OptiStruct Solver


    A browser window opens.
  2. Select the directory where you want to write the OptiStruct model file.
  3. For File name, enter thermal_complete.
    The .fem filename extension is the recommended extension for Bulk Data Format input decks.
  4. Click Save.
  5. Click Export.
  6. For run options, toggle analysis.
  7. Click Run.
    If the job is successful, you should see new results files in the directory in which thermal_complete.fem was run. The thermal_complete.out file is a good place to look for error messages that could help debug the input deck if any errors are present.

熱伝導解析結果の表示

HyperWorks Solver Viewウィンドウに"Process completed successfully"メッセージが表示されます。

  1. HyperWorks Solver Viewウィンドウで、HyperViewをクリックします。
    HyperViewが起動され、結果が読み込まれます。モデルファイルと結果ファイルが正しく読み込まれたことを示すメッセージウィンドウが表示されます。
  2. 表示されたら、Closeをクリックし、メッセージウィンドウを閉じます。
  3. Contourをクリックします。
    図 19.
  4. Result typeの下の1つ目のプルダウンメニューで、Grid Temperatures (s)を選択します。
  5. Applyをクリックします。
    節点温度のコンタープロットが生成されます。コンターを得るには、Edit Legend機能を用いる必要があるかもしれません。
  6. Result typeの下の1つ目のプルダウンメニューで、Element Fluxes (V)を選択します。
  7. Applyをクリックします。
    熱流束のコンタープロットが作成されます。コンターを得るには、Edit Legend機能を用いる必要があるかもしれません。
    図 20. 節点温度のコンタープロット


    図 21. 要素流束のコンタープロット