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例題７ 対称条件を用いた解析例
本例題について
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熱応力解析の例題2を4分の1モデルで解析した事例です。
上図は「対称モデルの全体モデル表示」を使用して全体モデルとして結果を表示しています。
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熱伝導解析（Watt）で温度分布を解析し、応力解析（Galileo）では
その温度分布を到達温度とする熱荷重を考慮した解析を行います。
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変形の状態や変位分布、応力分布を解析結果として見ることができます。
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表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
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プロジェクトファイルを取得（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
mm |
解析条件
熱伝導解析[Watt]と応力解析[Galileo]との連成解析を行います。
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項目 |
条件 |
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熱伝導解析[Watt] |
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熱伝導解析(Watt)の種類 |
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解析オプション |
なし※ |
※熱荷重オプションは熱伝導-応力連成設定時は自動的にチェックが入っています。
ステップ/熱荷重タブの設定を以下のように行っています。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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ステップ/熱荷重※ |
基準温度 |
25[deg] |
※到達温度としては自動的に熱伝導解析の結果が使用されます。
モデル図
熱応力解析の例題2を4分の1の形状にしたモデルです。
対称面はYZ平面とZX平面です。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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0/Solid |
VOL1 |
006_ガラスエポキシ※ |
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1/Solid |
VOL2 |
001_アルミナ※ |
※材料データベースを利用
VOL2での発熱量を以下のように設定しています。
4分の1モデルですので、発熱量は全体モデルの4分の1の0.25Wを設定します。
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ボディ属性名 |
タブ |
設定 |
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VOL2 |
発熱量 |
0.25[W] |
境界条件
YZ平面とZX平面のトポロジに「対称面」の境界条件を設定します。
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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BC1/Face |
熱 |
熱伝達・対流 |
熱伝達係数： 17.26 [W/m2/deg] 室温： 25 [deg] |
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BC2/Face |
熱 |
熱伝達・対流 |
熱伝達係数： 27.3 [W/m2/deg] 室温： 25 [deg] |
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SymmetricPlane_X/Face |
対称/不連続 |
対称 |
対称面 |
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SymmetricPlane_Y/Face |
対称/不連続 |
対称 |
対称面 |
強制対流の熱伝達係数は以下の式にて算出しています。
h = 3.86 × （V/L）0.5×C [W/m2/deg]
ただし、
風速 V = 1[m/s]
基板（VOL1)の上下面： 代表長 L =0.05、C=1 → h=17.26
発熱体（VOL2）の上面： 代表長 L =0.02、L'=0.015、C＝1※ → h=27.3
※
発熱体の縁端部における速度境界層の厚みδは
δ=0.0182×（L’/V)0.5= 2.3[mm]
と算出されます。発熱体の厚み2[mm]と大差がないためC=１としています。
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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BC1/Face |
熱 |
放熱・環境輻射 |
熱伝達係数： 17.26 [W/m2/deg] 室温： 25 [deg] |
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BC2/Face |
熱 |
放熱・環境輻射 |
熱伝達係数： 27.3 [W/m2/deg] 室温： 25 [deg] |
この境界条件を元に熱伝導解析が実行されて、得られた温度分布を到達温度とする
応力解析が引き続いて実行されます。
解析結果
まず、熱伝導解析の結果として温度分布を示します。
ひき続いて、応力解析の結果として変位ベクトル図を示します。
全体モデルである熱応力解析例題2と同様の解析結果が得られることがわかります。