JP4284098B2

JP4284098B2 - Fluid analysis apparatus and fluid analysis method

Info

Publication number: JP4284098B2
Application number: JP2003112736A
Authority: JP
Inventors: 長城邵; 保小畑
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2004318567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体解析装置及び流体解析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体解析装置によって流体解析を行う場合、流体解析を行う領域、すなわち、流体解析領域を格子状に細分化することによってメッシュを作成するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、流体と固体との境界が移動したり、変形したりして、流体解析領域の形状が変化する流体と固体との連成現象について流体解析を行おうとする場合、第１の流体解析手法においては、境界の移動又は変形に伴って、メッシュを変形させるようにしている。
【０００４】
なお、前記流体と固体との連成現象は、生体工学、機械工学等の各種の分野において多く存在する。
【０００５】
図２は従来の第１の流体解析手法において要素を変形させる前のメッシュを示す図、図３は従来の第１の流体解析手法において要素を変形させた後のメッシュを示す図である。
【０００６】
図において、ＡＲ１は流体解析領域、ＡＲ２は固体領域、１１は前記流体解析領域ＡＲ１内の流体と固体領域ＡＲ２内の固体との境界、１２は前記流体解析領域ＡＲ１を細分化することによって作成されるメッシュ、１３は節点（格子点）、１４は前記メッシュ１２によって画成された要素である。
【０００７】
この場合、例えば、固体が矢印方向に移動するのに伴って、境界１１が移動し、流体解析領域ＡＲ１の形状が変化すると、境界１１の移動量に対応させて、要素１４を変形させ、境界１１の近傍の各節点１３を移動させるようにしている。したがって、メッシュ１２は、境界１１の近傍において、図２に示される状態から図３に示される状態に変化する。
【０００８】
また、流体解析領域ＡＲ１の形状の変化が、流体解析を行う前にあらかじめ予測することができる場合、時間の経過に伴って最適なメッシュを逐次使用するようにした第２の流体解析手法が提供されている。
【０００９】
図４は従来の第２の流体解析手法における所定のタイミングのメッシュを示す図、図５は従来の第２の流体解析手法における次のタイミングのメッシュを示す図である。
【００１０】
図において、ＡＲ３は流体解析領域、ＡＲ４は固体領域、１１は前記流体解析領域ＡＲ３内の流体と固体領域ＡＲ４内の固体との境界、２２、２３は前記流体解析領域ＡＲ３を細分化することによって作成されるメッシュ、１３は節点、１４は前記メッシュ２２、２３によって画成された要素である。
【００１１】
この場合、流体解析領域ＡＲ３は、例えば、エンジンのシリンダ１５によって画成され、固体領域ＡＲ４は、シリンダ１５内のピストン１６によって画成される。エンジンの回転速度があらかじめ分かっている場合、シリンダ１５内におけるピストン１６の位置は、時系列で表すことができるので、前記流体解析領域ＡＲ３の形状の変化は、流体解析を行う前にあらかじめ予測することができる。
【００１２】
そこで、時間の経過に伴って変化する流体解析領域ＡＲ３の形状に対応させて複数のメッシュを作成しておき、各メッシュを逐次使用するようにしている。例えば、ピストン１６が図４に示される位置にあるときは、メッシュ２２を使用し、ピストン１６が矢印方向に移動し、図５に示される位置にあるときは、メッシュ２３を使用する。
【００１３】
したがって、流体解析が行われている間に、時間の経過に伴って最適なメッシュを使用することができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００３−１１１９９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の流体解析装置においては、第１の流体解析手法の場合、流体解析領域ＡＲ１の形状が変化するのに伴って、ほぼ正三角形の形状を有する要素１４が偏平な二等辺三角形に変形させられるので、メッシュ１２の品質が低下してしまう。したがって、流体解析領域ＡＲ１の形状が変化するたびに、メッシュ１２の品質が低下し、流体解析の精度が低くなってしまう。また、移動する節点１３の数が多くなってしまうので、流体解析装置の処理速度が低くなってしまう。
【００１６】
このようなことから、前記第１の流体解析手法は、境界１１が微小に移動したり、微小に変形したりする場合のほかは、適用することができない。
【００１７】
また、第２の流体解析手法の場合、流体解析領域ＡＲ３の形状の変化を正確に予測することができない連成現象に対しては適用することができない。
【００１８】
ところで、流体解析領域ＡＲ３の形状が大きく変化する連成現象は、生体工学、機械工学等の幅広い分野において、例えば、心臓内における血液の流れ、水中における浮漂物の運動、エンジン内の混合気の流れ、バルブ内の油の流れ等に存在する。このような連成現象においては、流体と固体との境界１１が大きく移動したり、変形したりするだけでなく、境界１１の移動量及び変形量は、各瞬間における流体と固体との相互作用等の条件に依存する。したがって、流体解析領域ＡＲ３の形状の変化を正確に予測することができない。
【００１９】
また、図４及び５に示されるように、流体解析領域ＡＲ３の形状の変化を事前に決定してしまうと、流体解析の意義が損なわれかねない。
【００２０】
本発明は、前記従来の流体解析装置の問題点を解決して、流体解析領域の形状が大きく変化する連成現象について精度良く流体解析を行うことができる流体解析装置及び流体解析方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の流体解析装置においては、流体解析領域及びその周辺の付加領域を細分化してメッシュを作成するメッシュ作成処理手段と、流体の速度及び圧力に基づいて、流体が固体に作用する力を表す流体力を算出する流体力算出処理手段と、前記流体力及び他の力から成り、固体の外側から加わる拘束条件に基づいて固体の速度及び変位を算出する固体運動解析処理手段と、流体と固体との境目である境界を設定し、前記固体運動解析処理手段によって算出された固体の速度及び変位に基づいて前記境界を移動させ、該境界が移動した範囲のメッシュだけを、要素ごとに修正するメッシュ修正処理手段と、修正されたメッシュに基づいて流体解析を行い、流体の速度及び圧力を算出する流れ解析処理手段とを有する。
そして、流体と固体との境界の移動量がメッシュ幅の２分の１以下である場合、前記メッシュ修正処理手段は、要素の削除又は追加を行わず、移動後の境界上に節点を移動させ、固体が流体側に移動したときに、境界の移動量が、流体側に、メッシュ幅の２分の１以上、２分の３以下である場合、前記メッシュ修正処理手段は、要素を削除し、更に境界に近い節点を移動後の境界上に移動させ、流体が固体側に移動したときに、境界の移動量が、固体側に、メッシュ幅の２分の１以上、２分の３以下である場合、前記メッシュ修正処理手段は、要素を追加し、更に境界に近い節点を移動後の境界上に移動させ、流体と固体との境界の移動量が、メッシュ幅の２分の３以上である場合、前記固体運動解析処理手段は、固体運動解析処理を行う時間刻みを短くして固体運動解析処理を再び行う。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態における流体解析装置の機能ブロック図である。
【００３０】
図において、９１は流体解析領域及びその周辺の付加領域を細分化してメッシュを作成するメッシュ作成処理手段、９２は、流体の速度及び圧力に基づいて、流体が固体に作用する力を表す流体力を算出する流体力算出処理手段、９３は固体の外側から加わる拘束条件に基づいて固体の速度及び変位を算出する固体運動解析処理手段、９４は算出された固体の速度及び変位に基づいてメッシュを修正するメッシュ修正処理手段、９５は、修正されたメッシュに基づいて流体解析を行うとともに、流体の速度及び圧力を算出する流れ解析処理手段である。
【００３１】
図６は本発明の実施の形態における流体解析装置の概念図である。
【００３２】
図において、５１は図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等から成り、流体解析装置の全体の制御を行う制御部、５２は固体運動解析装置であり、該固体運動解析装置５２は、流体解析の対象となる物、すなわち、対象物と隣接する固体の運動を解析する。
【００３３】
また、５３は図示されない操作パネル、キーボード等から成る操作部、５４は図示されないＲＡＭ、ＲＯＭ等から成る記録装置、５５は流体解析の結果を表示するための出力装置であり、該出力装置５５は図示されないディスプレイ等を備える。
【００３４】
次に、前記構成の流体解析装置の動作について説明する。
【００３５】
図７は本発明の実施の形態における流体解析装置の動作を示すフローチャート、図８は本発明の実施の形態におけるメッシュの第１の状態を示す図、図９は本発明の実施の形態におけるメッシュの第２の状態を示す図、図１０は本発明の実施の形態におけるメッシュの第３の状態を示す図、図１１は本発明の実施の形態におけるメッシュの第４の状態を示す図である。
【００３６】
まず、操作者が操作部５３（図６）を操作して、初期境界条件として流体解析を開始する時刻、すなわち、流体解析開始時刻、最初の流体の速度（以下「初期流速」という。）、最初の流体の圧力（以下「初期圧力」という。）を入力すると、制御部５１のメッシュ作成処理手段９１（図１）は、メッシュ作成処理を行い、図８に示されるように、流体解析開始時刻におけるすべての領域ＡＲ１１を格子状に細分化して、メッシュ２４を作成する。
【００３７】
図８〜１１において、ＡＲ１２は流体解析領域、ＡＲ１３は固体領域、３１は前記流体解析領域ＡＲ１２内の流体と固体領域ＡＲ１３内の固体との境界、３２は前記流体解析領域ＡＲ１２に作成されるメッシュ部、１３は節点、１４はメッシュ２４によって画成された要素である。
【００３８】
なお、この場合、流体解析領域ＡＲ１２の形状の変化に備えて、流体解析の全過程において流体が占め得る他の領域を付加領域ＡＲ１４（図８においては、境界３１より外方の所定の環状の領域）とし、該付加領域ＡＲ１４にも、メッシュ２４を作成し、メッシュ部３３を作成しておく。
【００３９】
次に、制御部５１の流体力算出処理手段９２は、流体力算出処理（ユーザルーチン）を行い、前記初期流速及び初期圧力を読み込み、該初期流速及び初期圧力に基づいて流体が固体に作用する力を表す流体力を算出する。
【００４０】
続いて、前記制御部５１の固体運動解析処理手段９３は、固体運動解析処理（ユーザルーチン）を行い、固体の運動方程式に基づいて、固体の外側から加わる拘束条件、例えば、前記流体力、スプリング力、電磁力等に基づいて、固体の加速度、並びに一つの時間刻みが進んだ時刻、すなわち、第１ループ目の時刻における固体の速度及び変位（移動量）を算出する。なお、前記時間刻みは、境界３１の移動速度が高いほど短く、境界３１の移動速度が低いほど長く設定される。
【００４１】
次に、境界３１の形状及び位置が変化して、流体解析領域ＡＲ１２の形状が変化すると、制御部５１のメッシュ修正処理手段９４は、メッシュ修正処理（ユーザルーチン）を行い、流体解析領域ＡＲ１２の形状の変化に対応させて前時刻におけるメッシュ２４を修正する。
【００４２】
例えば、図９に示されるように、境界３１が流体解析領域ＡＲ１２を小さくするように内側に向けて変形した場合には、前記メッシュ修正処理手段９４の図示されない要素削除処理手段は、要素削除処理を行い、変形に伴って、一部が境界３１より外側に出た要素ｅ１〜ｅ１２を削除して、流体解析の対象から外す。また、境界３１が流体解析領域ＡＲ１２を大きくするように外側に向けて変形した場合には、前記メッシュ修正処理手段９４の図示されない要素追加処理手段は、要素追加処理を行い、変形に伴って、一部が境界３１より内側に入った要素ｅ２１〜ｅ２８を追加して流体解析の対象とする。その結果、図８に示される節点ｆ１は、図９において削除される。
【００４３】
ところで、要素ｅ１〜ｅ１２を流体解析の対象から外すことによって、図１０示されるように、帯状の領域Ｑ１、Ｑ２が形成され、流体解析の対象となる要素と各領域Ｑ１、Ｑ２との間に境界線Ｌ１、Ｌ２が形成される。また、要素ｅ２１〜ｅ２８を流体解析の対象とすることによって、追加された要素ｅ２１〜ｅ２８の外周縁に境界線Ｌ３、Ｌ４が形成される。
【００４４】
そこで、前記メッシュ修正処理手段９４の図示されない節点移動処理手段は、節点移動処理を行い、要素ｅ１〜ｅ１２を流体解析の対象から外すことによって形成された境界線Ｌ１、Ｌ２と前記境界３１とが重なるかどうかを判断し、重ならない場合、前記境界線Ｌ１、Ｌ２上の各節点を境界３１上に移動させて、境界線Ｌ１、Ｌ２と前記境界３１とを重ならせる。また、前記節点移動処理手段は、所定の要素を流体解析の対象とすることによって形成された境界線Ｌ３、Ｌ４と前記境界３１とが重なるかどうかを判断し、重ならない場合、前記境界線Ｌ３、Ｌ４上の各節点を境界３１上に移動させて、境界線Ｌ３、Ｌ４と前記境界３１とを重ならせる。
【００４５】
その結果、図１０に示される節点ｆ２〜ｆ５は、図１１に示される位置に移動する。
【００４６】
そして、このように要素１４を削除したり、追加したりすることによって、メッシュ２４の品質が低下すると、前記節点移動処理手段は、メッシュ２４の品質が低下した付近の節点を移動させてメッシュ２４の品質を向上させる。
【００４７】
このようにして、新しいメッシュ２４が作成されると、制御部５１の流れ解析処理手段９５は、流れ解析処理を行い、固体の速度及び変位に基づいて算出された境界３１の移動速度に基づいて、非定常流れの流体解析を行う。その結果、前記流れ解析処理手段９５は、流体解析の結果に基づいて、次の時刻における流体の速度及び圧力を算出する。
【００４８】
そして、前記流体力算出処理手段９２は、再び流体力算出処理を行い、前記流体の速度及び圧力を受け取り、次の時刻における流体力を算出する。
【００４９】
続いて、前記制御部５１は終了時間を超えたかどうかを判断し、超えない場合、前記固体運動解析処理手段９３は、再び固体運動解析処理を行い、固体の加速度、並びに一つの時間刻みが進んだ時刻、すなわち、第２ループ目の時刻における固体の速度及び変位を算出する。
【００５０】
このようにして、流体力算出処理、固体運動解析処理、メッシュ修正処理及び流れ解析処理を繰り返し、終了時間を超えると、処理を終了する。
【００５１】
このように、固体運動解析処理において、固体の速度及び変位が算出され、該固体の速度及び変位に基づいて、要素１４が削除されたり、追加されたりするので、流体解析領域ＡＲ１２の形状が大きく変化する連成現象についても、メッシュ２４の品質を低下させることなく、精度良く流体解析を行うことができる。
【００５２】
また、要素１４が削除されたり、追加されたりした後、境界３１の形状に合わせて節点１３が移動させられるので、メッシュ２４の品質を低下させることなく、一層精度良く流体解析を行うことができる。
【００５３】
そして、境界３１の形状に合わせて移動する節点１３の数を少なくすることができるので、流体解析装置の処理速度を高くすることができる。
【００５４】
しかも、各時刻において固体運動解析処理が行われるので、流体解析をリアルタイムに行うことができる。
【００５５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１すべての領域ＡＲ１１を細分化してメッシュ２４を作成する。
ステップＳ２初期流速及び初期圧力を読み込む。
ステップＳ３流体力算出処理を行う。
ステップＳ４固体運動解析処理を行う。
ステップＳ５流体解析領域ＡＲ１２の形状を受け取る。
ステップＳ６メッシュ修正処理を行う。
ステップＳ７流れ解析処理を行う。
ステップＳ８流体力算出処理を行う。
ステップＳ９終了時間を超えたかどうかを判断する。終了時間を超えた場合は処理を終了し、超えていない場合はステップＳ４に戻る。
【００５６】
ところで、車両用の自動変速機の油圧回路においては、バルブが使用され、該バルブ内をスプールが進退自在に配設されるようになっている。そこで、前記流体解析装置を、油とスプールとの連成問題に適用した例について説明する。
【００５７】
図１２は本発明の実施の形態におけるバルブの概念図である。
【００５８】
図において、６１はバルブ、６２は該バルブ６１内を進退（図において左右方向に移動）自在に配設されたスプール、６３は該スプール６２の一端に配設され、スプール６２を矢印Ｘ方向に向けて所定の付勢力、すなわち、スプリング荷重Ｆｓで付勢する付勢部材としてのスプリング、６４は、前記スプール６２の他端側に形成され、所定の信号油圧が供給され、スプール６２を矢印Ｙ方向に向けて流体力の水平成分Ｆｆで付勢する信号油室である。前記スプール６２に、信号油室６４側からスプリング６３側にかけて、ランドｇ１〜ｇ４が形成される。
【００５９】
そして、前記バルブ６１にポートｐ１〜ｐ３が形成され、該ポートｐ１〜ｐ３に油路Ｌ−１〜Ｌ−３が接続される。
【００６０】
この場合、制御部５１（図６）の流れ解析処理手段９５（図１）として、市販の流体解析ソフトである「Ｓｔａｒ−ＣＤＶｅｒｓｉｏｎ３．１５（株式会社ＣＤ−ＡｄａｐｃｏＪａｐａｎ製）」を使用した。
【００６１】
この場合、前記スプール６２は、スプリング６３に加わるスプリング荷重Ｆｓ、及び信号油室６４に加わる水平成分Ｆｆを受けて、固体として矢印Ｘ、Ｙ方向に移動させられ、振動させられる。そこで、固定運動解析処理において、スプール６２の質量をｍとし、スプール６２の加速度をαとしたとき、前記スプリング荷重Ｆｓ及び水平成分Ｆｆをスプール運動方程式（１）に代入すると、
ｍ・α＝Ｆｆ＋Ｆｓ ……（１）
を得ることができる。なお、前記水平成分Ｆｆは、流体力算出処理において所定の時刻における流体としての油の速度及び圧力に基づいて算出される。また、前記スプリング荷重Ｆｓは、スプリング６３のばね常数、及びスプール６２の位置（ストローク）に基づいて算出される。
【００６２】
前記スプール運動方程式（１）を５次精度のルンゲ・クッタ法によって積分すると、次の時刻におけるスプール６２の速度を算出することができるだけでなく、スプール６２のストロークを算出することができる。その結果、次の時刻におけるスプール６２の位置を算出することができる。
【００６３】
このようにして、次の時刻におけるスプール６２の位置が算出されると、該位置に対応させてメッシュ２４（図１１）を修正し、その後、流れ解析処理を行うと、次の時刻における油の速度及び圧力を算出することができる。続いて、次の時刻における油の速度及び圧力に基づいて、流体力を算出し、該流体力に基づいてスプール６２の固定運動解析処理を行う。
【００６４】
ところで、前記構成のバルブ６１において、図示されない油ポンプから油が矢印方向に油路Ｌ−１及びポートｐ１を介して供給されると、スプール６２の位置によって、ポートｐ２から油路Ｌ−２に矢印方向に排出される油、及びポートｐ３から油路Ｌ−３に矢印方向に排出される油の量が制御される。そして、スプール６２の運動に伴って、信号油室６４の体積が変化すると、信号油室６４によって画成される流体解析領域ＡＲ２１と、ランドｇ１によって画成される固体領域ＡＲ２２との間の境界７１が移動し、流体解析領域ＡＲ２１の形状が変化する。なお、バルブ６１の内周面とスプール６２の外周面との間において、ランドｇ２、ｇ３間に形成される領域ＡＲ２３、及びランドｇ３、ｇ４間に形成される領域ＡＲ２４はスプール６２と共に移動する。
【００６５】
次に、流体解析領域ＡＲ２１におけるメッシュ修正処理の動作について説明する。
【００６６】
図１３は本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第１の図、図１４は本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第２の図、図１５は本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第３の図、図１６は本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第４の図である。
【００６７】
図１３に示される所定の時刻のメッシュ７２を、次の時刻に対応させて修正する場合、例えば、スプール６２がメッシュ幅の２分の１以下の距離ｄ１だけ左方に移動すると、図１４に示されるように、節点移動処理手段は、境界７１上にあった節点ｆ１１〜ｆ１５をスプール６２と共に新しい境界７３上に移動させる。
【００６８】
また、例えば、スプール６２がメッシュ幅の２分の１以上であり、２分の３以下の距離ｄ２だけ左方に移動すると、図１５に示されるように、節点移動処理手段は、現時刻でスプール６２と接触する要素を流体解析の対象から外し、残る右側の節点ｆ２１〜ｆ２５を境界７４上に移動させる。
【００６９】
なお、例えば、スプール６２がメッシュ幅の２分の３以上の距離を移動する場合には、時間刻みを短くしてスプール６２の運動を再び計算する。
【００７０】
また、例えば、スプール６２が右方に移動する場合には、前記節点移動処理手段は、境界７１上の節点ｆ１１〜ｆ１５を右方に移動させたり、前記要素追加処理手段は、要素を追加したりする。
【００７１】
そして、領域ＡＲ２３、ＡＲ２４（図１２）のメッシュ７５はスプール６２と同じ移動量だけ移動させられる。
【００７２】
このように、流体解析を行うことによって、実験によっては測定するのが困難なスプール６２の位置の時間的な変化のデータを取得したり、油の圧力、流量等の時間的な変化のデータを取得したりすることができる。したがって、流体解析の解析結果に基づいて、スプール６２の諸元、ランドｇ３に形成されるバズフラットの形状、ノッチの形状、オリフィス等が、スプール６２の振動特性等に与える影響を詳細に検討することができる。
【００７３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、流体解析装置においては、流体解析領域及びその周辺の付加領域を細分化してメッシュを作成するメッシュ作成処理手段と、流体の速度及び圧力に基づいて、流体が固体に作用する力を表す流体力を算出する流体力算出処理手段と、前記流体力及び他の力から成り、固体の外側から加わる拘束条件に基づいて固体の速度及び変位を算出する固体運動解析処理手段と、流体と固体との境目である境界を設定し、前記固体運動解析処理手段によって算出された固体の速度及び変位に基づいて前記境界を移動させ、該境界が移動した範囲のメッシュだけを、要素ごとに修正するメッシュ修正処理手段と、修正されたメッシュに基づいて流体解析を行い、流体の速度及び圧力を算出する流れ解析処理手段とを有する。
そして、流体と固体との境界の移動量がメッシュ幅の２分の１以下である場合、前記メッシュ修正処理手段は、要素の削除又は追加を行わず、移動後の境界上に節点を移動させ、固体が流体側に移動したときに、境界の移動量が、流体側に、メッシュ幅の２分の１以上、２分の３以下である場合、前記メッシュ修正処理手段は、要素を削除し、更に境界に近い節点を移動後の境界上に移動させ、流体が固体側に移動したときに、境界の移動量が、固体側に、メッシュ幅の２分の１以上、２分の３以下である場合、前記メッシュ修正処理手段は、要素を追加し、更に境界に近い節点を移動後の境界上に移動させ、流体と固体との境界の移動量が、メッシュ幅の２分の３以上である場合、前記固体運動解析処理手段は、固体運動解析処理を行う時間刻みを短くして固体運動解析処理を再び行う。
【００７５】
この場合、固体の外側から加わる拘束条件に基づいて固体の速度及び変位が算出され、算出された固体の速度及び変位に基づいてメッシュが修正されるので、流体解析領域の形状が大きく変化する連成現象についても、メッシュの品質を低下させることなく、精度良く流体解析を行うことができる。
【００７６】
しかも、各時刻において固体運動解析処理が行われるので、流体解析をリアルタイムに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における流体解析装置の機能ブロック図である。
【図２】従来の第１の流体解析手法において要素を変形させる前のメッシュを示す図である。
【図３】従来の第１の流体解析手法において要素を変形させた後のメッシュを示す図である。
【図４】従来の第２の流体解析手法における所定のタイミングのメッシュを示す図である。
【図５】従来の第２の流体解析手法における次のタイミングのメッシュを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における流体解析装置の概念図である。
【図７】本発明の実施の形態における流体解析装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態におけるメッシュの第１の状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるメッシュの第２の状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるメッシュの第３の状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるメッシュの第４の状態を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態におけるバルブの概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第１の図である。
【図１４】本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第２の図である。
【図１５】本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第３の図である。
【図１６】本発明の実施の形態におけるメッシュ修正処理の動作を示す第４の図である。
【符号の説明】
１３、ｆ１〜ｆ５、ｆ１１〜ｆ１５、ｆ２１〜ｆ２５節点
１４、ｅ１〜ｅ１２、ｅ２１〜ｅ２８要素
２４、７２、７５メッシュ
３１、７１、７３、７４境界
６２スプール
９１メッシュ作成処理手段
９２流体力算出処理手段
９３固体運動解析処理手段
９４メッシュ修正処理手段
９５流れ解析処理手段
ＡＲ１２、ＡＲ２１流体解析領域
ＡＲ１４付加領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid analysis apparatus and a fluid analysis method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, when fluid analysis is performed by a fluid analysis device, a mesh is created by subdividing a fluid analysis region, that is, a fluid analysis region into a lattice shape (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
When the boundary between the fluid and the solid is moved or deformed and the fluid analysis is to be performed on the coupled phenomenon between the fluid and the solid in which the shape of the fluid analysis region changes, the first fluid analysis method is used. In, the mesh is deformed as the boundary moves or deforms.
[0004]
Note that there are many coupled phenomena between the fluid and the solid in various fields such as bioengineering and mechanical engineering.
[0005]
FIG. 2 is a diagram showing a mesh before the element is deformed in the conventional first fluid analysis method, and FIG. 3 is a diagram showing the mesh after the element is deformed in the conventional first fluid analysis method.
[0006]
In the figure, AR1 is a fluid analysis region, AR2 is a solid region, 11 is a boundary between a fluid in the fluid analysis region AR1 and a solid in the solid region AR2, and 12 is created by subdividing the fluid analysis region AR1. 13 is a node (lattice point), and 14 is an element defined by the mesh 12.
[0007]
In this case, for example, when the boundary 11 moves and the shape of the fluid analysis area AR1 changes as the solid moves in the direction of the arrow, the element 14 is deformed in accordance with the amount of movement of the boundary 11, and the boundary Each node 13 near 11 is moved. Therefore, the mesh 12 changes from the state shown in FIG. 2 to the state shown in FIG. 3 in the vicinity of the boundary 11.
[0008]
In addition, when a change in the shape of the fluid analysis area AR1 can be predicted in advance before performing the fluid analysis, a second fluid analysis method is provided in which an optimal mesh is sequentially used as time passes. Has been.
[0009]
FIG. 4 is a diagram showing a mesh at a predetermined timing in the second conventional fluid analysis method, and FIG. 5 is a diagram showing a mesh at the next timing in the second conventional fluid analysis method.
[0010]
In the figure, AR3 is a fluid analysis region, AR4 is a solid region, 11 is a boundary between a fluid in the fluid analysis region AR3 and a solid in the solid region AR4, and 22 and 23 are subdivided into the fluid analysis region AR3. The created mesh, 13 is a node, and 14 is an element defined by the meshes 22 and 23.
[0011]
In this case, for example, the fluid analysis area AR3 is defined by the cylinder 15 of the engine, and the solid area AR4 is defined by the piston 16 in the cylinder 15. When the rotational speed of the engine is known in advance, the position of the piston 16 in the cylinder 15 can be expressed in time series, so that the change in the shape of the fluid analysis area AR3 is predicted in advance before performing the fluid analysis. be able to.
[0012]
Therefore, a plurality of meshes are created corresponding to the shape of the fluid analysis region AR3 that changes with the passage of time, and each mesh is used sequentially. For example, when the piston 16 is in the position shown in FIG. 4, the mesh 22 is used, and when the piston 16 moves in the direction of the arrow and is in the position shown in FIG. 5, the mesh 23 is used.
[0013]
Therefore, an optimal mesh can be used as time passes while fluid analysis is performed.
[0014]
[Patent Document 1]
JP 2003-11199 A
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fluid analysis device, in the first fluid analysis method, the element 14 having a substantially equilateral triangle shape becomes a flat isosceles triangle as the shape of the fluid analysis region AR1 changes. Since it is deformed, the quality of the mesh 12 is degraded. Therefore, every time the shape of the fluid analysis region AR1 changes, the quality of the mesh 12 is lowered, and the accuracy of the fluid analysis is lowered. In addition, since the number of moving nodes 13 increases, the processing speed of the fluid analysis device decreases.
[0016]
For this reason, the first fluid analysis method cannot be applied except when the boundary 11 is moved slightly or deformed.
[0017]
Further, the second fluid analysis method cannot be applied to a coupled phenomenon in which a change in the shape of the fluid analysis region AR3 cannot be accurately predicted.
[0018]
By the way, coupled phenomena in which the shape of the fluid analysis area AR3 changes greatly include, for example, the flow of blood in the heart, the movement of floating objects in the water, and the mixture in the engine in a wide range of fields such as bioengineering and mechanical engineering. Present in the flow, oil flow in the valve, etc. In such a coupled phenomenon, not only does the boundary 11 between the fluid and the solid greatly move or deform, but also the amount of movement and deformation of the boundary 11 depends on the interaction between the fluid and the solid at each moment. It depends on the conditions such as. Therefore, a change in the shape of the fluid analysis area AR3 cannot be accurately predicted.
[0019]
Also, as shown in FIGS. 4 and 5, if the change in the shape of the fluid analysis area AR3 is determined in advance, the significance of the fluid analysis may be impaired.
[0020]
The present invention provides a fluid analysis apparatus and a fluid analysis method capable of solving a problem of the conventional fluid analysis apparatus and accurately performing fluid analysis on a coupled phenomenon in which the shape of the fluid analysis region changes greatly. For the purpose.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the fluid analysis device of the present invention, the fluid acts on the solid based on the mesh creation processing means for creating a mesh by subdividing the fluid analysis region and the additional region around it, and the velocity and pressure of the fluid. A fluid force calculation processing means for calculating a fluid force representing a force, a solid motion analysis processing means for calculating the velocity and displacement of the solid based on a constraint condition applied from the outside of the solid, the fluid force and other forces, A boundary that is a boundary between the fluid and the solid is set, the boundary is moved based on the velocity and displacement of the solid calculated by the solid motion analysis processing means, and only the mesh in the range in which the boundary moves is included for each element. And a flow analysis processing means for performing fluid analysis based on the corrected mesh and calculating fluid velocity and pressure.
When the movement amount of the boundary between the fluid and the solid is less than half of the mesh width, the mesh correction processing means moves the node on the boundary after the movement without deleting or adding the element. When the solid moves to the fluid side, if the moving amount of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width and not more than 3/2 on the fluid side, the mesh correction processing means deletes the element. Further, when the node closer to the boundary is moved onto the boundary after the movement, and the fluid moves to the solid side, the amount of movement of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width on the solid side and not more than 3/2 The mesh correction processing means adds an element, moves a node close to the boundary onto the moved boundary, and the amount of movement of the boundary between the fluid and the solid is more than three-half of the mesh width. When the solid motion analysis processing means performs the solid motion analysis processing, Performed again solid kinetic analysis a shorter increments.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a functional block diagram of a fluid analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0030]
In the figure, 91 is a mesh creation processing means for creating a mesh by subdividing the fluid analysis region and the surrounding additional region, and 92 is a fluid force representing the force of the fluid acting on the solid based on the fluid velocity and pressure. Fluid force calculation processing means 93 for calculating the solid motion analysis processing means 93 for calculating the velocity and displacement of the solid based on the constraint condition applied from the outside of the solid, and 94 for the mesh based on the calculated velocity and displacement of the solid. A mesh correction processing means 95 for correction is a flow analysis processing means for performing fluid analysis based on the corrected mesh and calculating the velocity and pressure of the fluid.
[0031]
FIG. 6 is a conceptual diagram of the fluid analyzing apparatus in the embodiment of the present invention.
[0032]
In the figure, 51 is composed of a CPU, MPU, etc., not shown, and controls the whole fluid analysis device, 52 is a solid motion analysis device, and the solid motion analysis device 52 is an object to be subjected to fluid analysis. That is, the motion of the solid adjacent to the object is analyzed.
[0033]
Reference numeral 53 denotes an operation panel (not shown), an operation unit including a keyboard, 54 is a recording device including RAM, ROM, etc. (not shown), and 55 is an output device for displaying the result of fluid analysis. A display or the like not shown is provided.
[0034]
Next, the operation of the fluid analyzing apparatus having the above configuration will be described.
[0035]
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the fluid analyzing apparatus in the embodiment of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing a first state of the mesh in the embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a mesh in the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing a third state of the mesh in the embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing a fourth state of the mesh in the embodiment of the present invention. .
[0036]
First, the operator operates the operation unit 53 (FIG. 6) to start fluid analysis as an initial boundary condition, that is, fluid analysis start time, initial fluid velocity (hereinafter referred to as “initial flow velocity”), When the pressure of the first fluid (hereinafter referred to as “initial pressure”) is input, the mesh creation processing means 91 (FIG. 1) of the control unit 51 performs the mesh creation processing and starts the fluid analysis as shown in FIG. All areas AR11 at the time are subdivided into a lattice shape to create a mesh 24.
[0037]
8 to 11, AR12 is a fluid analysis region, AR13 is a solid region, 31 is a boundary between a fluid in the fluid analysis region AR12 and a solid in the solid region AR13, and 32 is a mesh created in the fluid analysis region AR12. Part 13 is a node, and 14 is an element defined by a mesh 24.
[0038]
In this case, in preparation for a change in the shape of the fluid analysis area AR12, another area that the fluid can occupy in the whole process of the fluid analysis is defined as an additional area AR14 (in FIG. 8, a predetermined annular shape outside the boundary 31). The mesh 24 is created in the additional area AR14, and the mesh portion 33 is created.
[0039]
Next, the fluid force calculation processing unit 92 of the control unit 51 performs a fluid force calculation process (user routine), reads the initial flow velocity and the initial pressure, and the fluid acts on the solid based on the initial flow velocity and the initial pressure. The fluid force representing the force is calculated.
[0040]
Subsequently, the solid motion analysis processing means 93 of the control unit 51 performs solid motion analysis processing (user routine), and based on the solid motion equation, the constraint condition applied from the outside of the solid, for example, the fluid force, the spring Based on the force, electromagnetic force, and the like, the acceleration of the solid and the time at which one time step advances, that is, the speed and displacement (movement amount) of the solid at the time of the first loop are calculated. The time increment is set shorter as the moving speed of the boundary 31 is higher and longer as the moving speed of the boundary 31 is lower.
[0041]
Next, when the shape and position of the boundary 31 change and the shape of the fluid analysis area AR12 changes, the mesh correction processing means 94 of the control unit 51 performs a mesh correction process (user routine), and the fluid analysis area AR12 The mesh 24 at the previous time is corrected in accordance with the change in shape.
[0042]
For example, as shown in FIG. 9, when the boundary 31 is deformed inward so as to reduce the fluid analysis region AR12, the element deletion processing unit (not shown) of the mesh correction processing unit 94 performs element deletion processing. The elements e1 to e12, some of which are outside the boundary 31 with the deformation, are deleted and removed from the fluid analysis target. Further, when the boundary 31 is deformed outward so as to enlarge the fluid analysis area AR12, the element addition processing means (not shown) of the mesh correction processing means 94 performs element addition processing. Elements e21 to e28, a part of which is inside the boundary 31, are added to be subjected to fluid analysis. As a result, the node f1 shown in FIG. 8 is deleted in FIG.
[0043]
By the way, by removing the elements e1 to e12 from the target of the fluid analysis, as shown in FIG. 10, strip-shaped regions Q1 and Q2 are formed, and between the target element of the fluid analysis and each of the regions Q1 and Q2. The boundary lines L1 and L2 are formed. Further, by making the elements e21 to e28 the subject of fluid analysis, boundary lines L3 and L4 are formed on the outer peripheral edges of the added elements e21 to e28.
[0044]
Therefore, the node movement processing means (not shown) of the mesh correction processing means 94 performs the node movement processing, and the boundary lines L1 and L2 formed by removing the elements e1 to e12 from the target of the fluid analysis and the boundary 31 are connected. It is determined whether or not they overlap. If they do not overlap, the nodes on the boundary lines L1 and L2 are moved onto the boundary 31 so that the boundary lines L1 and L2 overlap the boundary 31. The node movement processing means determines whether or not the boundary lines L3 and L4 formed by setting a predetermined element as a target of fluid analysis and the boundary 31 overlap, and if not, the boundary line L3 , The nodes on L4 are moved onto the boundary 31, and the boundary lines L3, L4 and the boundary 31 are overlapped.
[0045]
As a result, the nodes f2 to f5 shown in FIG. 10 move to the positions shown in FIG.
[0046]
Then, when the quality of the mesh 24 is lowered by deleting or adding the element 14 in this way, the node movement processing means moves the nodes near the lowered quality of the mesh 24 to move the mesh 24. Improve the quality.
[0047]
Thus, when the new mesh 24 is created, the flow analysis processing means 95 of the control unit 51 performs the flow analysis processing, and based on the moving speed of the boundary 31 calculated based on the solid velocity and displacement. Analyze fluid of unsteady flow. As a result, the flow analysis processing means 95 calculates the velocity and pressure of the fluid at the next time based on the result of the fluid analysis.
[0048]
The fluid force calculation processing unit 92 performs the fluid force calculation process again, receives the fluid velocity and pressure, and calculates the fluid force at the next time.
[0049]
Subsequently, the control unit 51 determines whether or not the end time has been exceeded. If not, the solid motion analysis processing means 93 performs the solid motion analysis processing again, and the acceleration of the solid and one time step are advanced. The velocity and displacement of the solid at the actual time, that is, the time of the second loop are calculated.
[0050]
In this manner, the fluid force calculation process, the solid motion analysis process, the mesh correction process, and the flow analysis process are repeated, and the process ends when the end time is exceeded.
[0051]
Thus, in the solid motion analysis process, the velocity and displacement of the solid are calculated, and the element 14 is deleted or added based on the velocity and displacement of the solid, so that the shape of the fluid analysis region AR12 is large. With respect to the changing coupled phenomenon, the fluid analysis can be performed with high accuracy without degrading the quality of the mesh 24.
[0052]
Further, since the node 13 is moved in accordance with the shape of the boundary 31 after the element 14 is deleted or added, the fluid analysis can be performed with higher accuracy without degrading the quality of the mesh 24. .
[0053]
And since the number of the nodes 13 which move according to the shape of the boundary 31 can be reduced, the processing speed of the fluid analyzing apparatus can be increased.
[0054]
Moreover, since the solid motion analysis process is performed at each time, the fluid analysis can be performed in real time.
[0055]
Next, a flowchart will be described.
Step S1 All areas AR11 are subdivided to create a mesh 24.
Step S2 Read initial flow velocity and initial pressure.
Step S3 A fluid force calculation process is performed.
Step S4 A solid motion analysis process is performed.
Step S5: The shape of the fluid analysis area AR12 is received.
Step S6: A mesh correction process is performed.
Step S7: Flow analysis processing is performed.
Step S8: Fluid force calculation processing is performed.
Step S9: It is determined whether the end time has been exceeded. If the end time has been exceeded, the process ends. If not, the process returns to step S4.
[0056]
By the way, in a hydraulic circuit of an automatic transmission for a vehicle, a valve is used, and a spool is disposed in the valve so as to freely advance and retract. Therefore, an example in which the fluid analyzing apparatus is applied to the coupled problem of oil and spool will be described.
[0057]
FIG. 12 is a conceptual diagram of a valve in the embodiment of the present invention.
[0058]
In the figure, 61 is a valve, 62 is a spool that can be freely moved forward and backward (moved in the left and right direction in the figure), 63 is disposed at one end of the spool 62, and the spool 62 is moved in the direction of arrow X. A spring 64 as a biasing member that biases at a predetermined biasing force, that is, a spring load Fs, is formed on the other end side of the spool 62 and is supplied with a predetermined signal oil pressure. This is a signal oil chamber that is biased by a horizontal component Ff of fluid force toward the direction. Lands g1 to g4 are formed on the spool 62 from the signal oil chamber 64 side to the spring 63 side.
[0059]
Ports p1 to p3 are formed in the valve 61, and oil passages L-1 to L-3 are connected to the ports p1 to p3.
[0060]
In this case, “Star-CD Version 3.15 (manufactured by CD-Adapco Japan Co., Ltd.)” which is a commercially available fluid analysis software was used as the flow analysis processing means 95 (FIG. 1) of the control unit 51 (FIG. 6). .
[0061]
In this case, the spool 62 receives the spring load Fs applied to the spring 63 and the horizontal component Ff applied to the signal oil chamber 64, and is moved and vibrated in the directions of the arrows X and Y as a solid. Therefore, in the fixed motion analysis processing, when the mass of the spool 62 is m and the acceleration of the spool 62 is α, the spring load Fs and the horizontal component Ff are substituted into the spool motion equation (1).
m · α = Ff + Fs (1)
Can be obtained. The horizontal component Ff is calculated based on the speed and pressure of oil as a fluid at a predetermined time in the fluid force calculation process. The spring load Fs is calculated based on the spring constant of the spring 63 and the position (stroke) of the spool 62.
[0062]
When the spool motion equation (1) is integrated by the Runge-Kutta method with fifth-order accuracy, not only the speed of the spool 62 at the next time can be calculated, but also the stroke of the spool 62 can be calculated. As a result, the position of the spool 62 at the next time can be calculated.
[0063]
When the position of the spool 62 at the next time is calculated in this way, the mesh 24 (FIG. 11) is corrected corresponding to the position, and then the flow analysis process is performed. Speed and pressure can be calculated. Subsequently, the fluid force is calculated based on the speed and pressure of the oil at the next time, and the fixed motion analysis process of the spool 62 is performed based on the fluid force.
[0064]
By the way, in the valve 61 configured as described above, when oil is supplied from an oil pump (not shown) in the direction of the arrow through the oil passage L-1 and the port p1, the port 62 changes from the port p2 to the oil passage L-2 depending on the position of the spool 62. The amount of oil discharged in the arrow direction and the amount of oil discharged from the port p3 to the oil passage L-3 in the arrow direction are controlled. When the volume of the signal oil chamber 64 changes as the spool 62 moves, the boundary between the fluid analysis area AR21 defined by the signal oil chamber 64 and the solid area AR22 defined by the land g1. 71 moves and the shape of the fluid analysis region AR21 changes. Note that the area AR23 formed between the lands g2 and g3 and the area AR24 formed between the lands g3 and g4 move together with the spool 62 between the inner peripheral surface of the valve 61 and the outer peripheral surface of the spool 62.
[0065]
Next, the operation of the mesh correction process in the fluid analysis region AR21 will be described.
[0066]
13 is a first diagram showing the operation of the mesh correction processing according to the embodiment of the present invention, FIG. 14 is a second diagram showing the operation of the mesh correction processing according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 16 is a fourth diagram showing the operation of the mesh correction processing according to the embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a third diagram showing the operation of the mesh correction processing according to the embodiment.
[0067]
When the mesh 72 at a predetermined time shown in FIG. 13 is corrected to correspond to the next time, for example, when the spool 62 moves to the left by a distance d1 that is half or less of the mesh width, FIG. As shown, the node movement processing means moves the nodes f11 to f15 on the boundary 71 to the new boundary 73 together with the spool 62.
[0068]
Further, for example, when the spool 62 is more than half of the mesh width and moves to the left by a distance d2 that is less than or equal to three-half, as shown in FIG. The element in contact with the spool 62 is removed from the target of the fluid analysis, and the remaining right nodes f21 to f25 are moved onto the boundary 74.
[0069]
For example, when the spool 62 moves a distance of more than three-half of the mesh width, the motion of the spool 62 is calculated again with the time increment shortened.
[0070]
Also, for example, when the spool 62 moves to the right, the node movement processing means moves the nodes f11 to f15 on the boundary 71 to the right, or the element addition processing means adds an element. Or
[0071]
Then, the mesh 75 in the areas AR23 and AR24 (FIG. 12) is moved by the same movement amount as the spool 62.
[0072]
As described above, by performing the fluid analysis, it is possible to obtain data on temporal changes in the position of the spool 62, which is difficult to measure by experiments, and on data on temporal changes in the oil pressure, flow rate, and the like. Or get it. Therefore, based on the analysis result of the fluid analysis, the influence of the specifications of the spool 62, the shape of the buzz flat formed on the land g3, the shape of the notch, the orifice, and the like on the vibration characteristics of the spool 62 is examined in detail. be able to.
[0073]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
[0074]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the fluid analysis device, the fluid analysis region and the surrounding additional region are subdivided to create a mesh, and the mesh creation processing means, based on the fluid velocity and pressure. The fluid force calculation processing means for calculating the fluid force representing the force acting on the solid and the fluid force and other forces, and the velocity and displacement of the solid are calculated based on the constraint condition applied from the outside of the solid. A solid motion analysis processing means that sets a boundary that is a boundary between the fluid and the solid, the boundary is moved based on the velocity and displacement of the solid calculated by the solid motion analysis processing means, and the boundary moves Mesh correction processing means for correcting only the mesh in the range for each element, and flow analysis processing means for performing fluid analysis based on the corrected mesh and calculating fluid velocity and pressure Having.
When the movement amount of the boundary between the fluid and the solid is less than half of the mesh width, the mesh correction processing means moves the node on the boundary after the movement without deleting or adding the element. When the solid moves to the fluid side, if the moving amount of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width and not more than 3/2 on the fluid side, the mesh correction processing means deletes the element. Further, when the node closer to the boundary is moved onto the boundary after the movement, and the fluid moves to the solid side, the amount of movement of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width on the solid side and not more than 3/2 The mesh correction processing means adds an element, moves a node close to the boundary onto the moved boundary, and the amount of movement of the boundary between the fluid and the solid is more than three-half of the mesh width. When the solid motion analysis processing means performs the solid motion analysis processing, Performed again solid kinetic analysis a shorter increments.
[0075]
In this case, the velocity and displacement of the solid are calculated based on the constraint condition applied from the outside of the solid, and the mesh is corrected based on the calculated velocity and displacement of the solid. As for the formation phenomenon, fluid analysis can be performed with high accuracy without degrading the quality of the mesh.
[0076]
Moreover, since the solid motion analysis process is performed at each time, the fluid analysis can be performed in real time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram of a fluid analyzing apparatus in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a mesh before an element is deformed in the first conventional fluid analysis technique.
FIG. 3 is a diagram showing a mesh after an element is deformed in the first conventional fluid analysis technique.
FIG. 4 is a diagram showing a mesh at a predetermined timing in the second conventional fluid analysis method.
FIG. 5 is a diagram showing a mesh at the next timing in the second conventional fluid analysis method.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a fluid analyzing apparatus in an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation of the fluid analyzing apparatus in the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a first state of a mesh in the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a second state of the mesh in the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a third state of the mesh in the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a fourth state of the mesh in the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a conceptual diagram of a valve in the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a first diagram illustrating an operation of mesh correction processing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a second diagram showing an operation of mesh correction processing in the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a third diagram illustrating an operation of mesh correction processing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a fourth diagram showing an operation of mesh correction processing in the embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
13, f1-f5, f11-f15, f21-f25
14, e1 to e12, e21 to e28 elements
24, 72, 75 mesh
31, 71, 73, 74 boundary
62 spool
91 Mesh creation processing means
92 Fluid force calculation processing means
93 Solid motion analysis processing means
94 Mesh correction processing means
95 Flow analysis processing means
AR12, AR21 Fluid analysis area
AR14 additional area

Claims

Mesh creation processing means for creating a mesh by subdividing the fluid analysis region and the surrounding additional region, and fluid force calculation processing for calculating a fluid force representing the force acting on the solid based on the fluid velocity and pressure And a solid motion analysis processing means for calculating the velocity and displacement of the solid based on the constraint condition applied from the outside of the solid consisting of the fluid force and other forces, and setting a boundary that is a boundary between the fluid and the solid A mesh correction processing means for moving the boundary based on the velocity and displacement of the solid calculated by the solid motion analysis processing means, and correcting only the mesh in the range in which the boundary has moved, for each element; perform fluid analysis based on the mesh, which has a flow analysis processing means for calculating the velocity and pressure of the fluid, the amount of movement of the boundary between the fluid and the solid is half the mesh width If it is less, the mesh correction processing unit does not perform the deletion or addition of elements, to move the nodes on the boundary after the movement, when the solid is moved to the fluid side, the moving amount of the boundary, the fluid-side When the mesh width is not less than 1/2 and not more than 2/3 of the mesh width, the mesh correction processing means deletes the element, moves the node closer to the boundary to the boundary after the movement, and the fluid is solid. When moving to the side, when the amount of movement of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width and not more than 3/2 of the mesh width on the solid side, the mesh correction processing means adds an element and further adds to the boundary When the movement of the boundary between the fluid and the solid is moved to a boundary between the fluid and the solid by moving a nearby node on the boundary after the movement, the solid motion analysis processing means performs a time for performing the solid motion analysis processing. It is characterized by shortening the step and performing solid motion analysis processing again. Fluid analysis device that.

The fluid analysis apparatus according to claim 1, wherein the solid motion analysis processing unit calculates the velocity and displacement of the solid based on a solid motion equation.

The mesh generation processing means subdivides the fluid analysis area and the surrounding additional area to create a mesh, and the fluid force calculation processing means generates a flow representing the force acting on the solid based on the velocity and pressure of the fluid. The physical force is calculated, and the solid motion analysis processing means calculates the velocity and displacement of the solid based on the constraint condition applied from the outside of the solid consisting of the fluid force and other forces, and the mesh correction processing means calculates the fluid and the solid. Set the boundary that is the boundary between, and move the boundary based on the velocity and displacement of the solid calculated by the solid motion analysis processing means, to correct only the mesh of the range in which the boundary moved for each element, the flow analysis processing unit performs a fluid analysis based on the modified mesh, to calculate the velocity and pressure of the fluid, the movement of the boundary between the fluid and the solid If There is less than half the mesh width, the mesh correction processing unit does not perform the deletion or addition of elements, to move the nodes on the boundary after the movement, when the solid is moved to the fluid side, When the amount of movement of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width and not more than 2/3 of the mesh width on the fluid side, the mesh correction processing means deletes the element and further moves the node closer to the boundary When the fluid moves to the solid side when the fluid moves to the solid side, if the amount of movement of the boundary is not less than 1/2 of the mesh width and not more than 2/3 of the mesh width, the mesh correction processing means, When an element is added and a node closer to the boundary is moved onto the boundary after the movement, and the amount of movement of the boundary between the fluid and the solid is more than 3/2 of the mesh width, the solid motion analysis processing means , Solid motion analysis processing by shortening the time step for performing solid motion analysis processing Fluid analysis method and performing again.