<磁場-伝熱解析の連成>

# 2003年1月9日 # No.4421 # ハッピー #
> コイルに一定電圧をかけたときのコイル付近の温度分布をANSYSで
> やろうと思うのですが境界条件などよくわかりません.
by 鈴木さん

問題が漠然としていてよく分からないのですが、
一定電圧の直流ですか?
とすると、単に定常のジュール熱で発熱するだけでしょうから、
磁場場解析は不要で、軸対称の熱伝導解析でコイルにジュール熱に相当する内部発熱を与えれば良いと思いますが、勘違いかも。
それとも交流?　の場合は、誘導加熱として磁場-熱伝導の連成が必要でしょう。
ただし、入力は電流密度の振幅と周波数でしょう。


# 2003年1月10日 # No.4441 # ハッピー #
> 具体的に言いますと,チューブにエナメル線を巻いてコイル状に,
> チューブの中に水と永久磁石を入れて密閉した状態を作ります.
> そんでコイルに一定の直流電圧をかけて磁石を往復運動させる装置
> を考えてます.そのとき,ある位置まで来たら電流を切り返して
> 行います.
> ここでコイルに電圧をかけたときの温度分布を見たいわけです.
> あと永久磁石の吸引力を求めたいのですが,水はどのようにモデル
> を作ればよいでしょうか?
by 鈴木さん

何のために水があるんでしょう?　
単なる直流コイルでも、かなり発熱するものなんですか?
水は、この場合はソリッドも要素で熱伝導率を普通に与えれば良いように思えるのですが。


# 2003年1月9日 # No.4449 # Thu #
> 水の熱伝導率はいくらですか?教えてください.
1.4×10-3 cal/cm.sec.deg　だと思いました。
空気の23倍だそうです。


# 2003年1月11日 # No.4479 # ハッピー #
> 人工心臓に必要な圧が解析より得られればよいと思います.
by 鈴木さん

コンサルの話題にも関係しますけど、掲示板ではあなたの「現場」が見えません。
私も含め皆さんは、鈴木さんの問題がまだまだ理解できていない状況ではありませんか。
ですから、鈴木さんが持っておられる仮説を書いて見られたら如何でしょう?
(1)どういう物理現象によって、どこに熱が発生するのか?
(2)その現象は、何に依存するから、それをどうすれば発熱を抑えられるのか。
(3)その対策を検討する上で、考慮しなければならない、或いは無視できる因子は何か
を明確にした、次の段階として「解析」があります。
解析は仮説を検証するための道具ですから、まず仮説ありきですネ
渦電流の影響を無視できるかどうかも含めて的確な仮説を立てられるのは現場にいる鈴木さんだけですヨ
(編集担当：Happy 2003/09/29)

<脳磁気解析>

# 2002年7月9日 # No.3303 # よし☆彡 #
昔,PCに繋がる脳磁気センサー買おうと悩んだことがあります.(笑)


# 2002年7月15日 # No.3324 # ハッピー #
私が絡んでいたのはSQUIDと呼ばれる、超微弱磁気センサーです。
脳神経の活動=シナプスが発する電流で引き起こされる磁場を数十カ所で計測し、逆問題を解くことで、脳のどの部分が働いているかを調べます。
事例→http://www.qent.med.kyushu-u.ac.jp/sinkei.html
破壊力学で亀裂位置の同定に逆問題手法が使われますが、まさか、お医者さんから逆問題を聞くとは、と当時驚きました。
(編集担当：Happy 2002/11/10)

<電磁場解析で回転する導体の速度を変化させるには?>

# 2002年7月2日 # No.3280 # たけし #
皆様、はじめまして。
私は今ANSYSを使って三次元磁場解析(SOLID117)を行おうとしている者ですが、一つどうしてもわからない部分が出てしまったので質問させてください。
解析の中で導体を回転振動させる必要があるのですが、この回転振動させる方法がわからないので困っています。
回転自体はReal Constantsで設定できることがわかったので、これでHarmonic解析を行えばよいのかなと最初思ったのですが、ANSYSのHelpを読んだところHarmonic解析でも速度は一定のままだそうなので、この方法では無理なことがわかりました。
もしお分かりの方がいましたら、ぜひご回答をよろしくお願いします。


# 2002年7月3日 # No.3281 # チャーリー #
はじめまして、ANSYSわからないのと、詳しい方の回答がこれに続くと願って(笑)
動解析は周期境界といって、周波数毎の応答を解くことになります。
おそらく時刻歴応答のことかと、、、、境界条件を時間ステップで入力し、
それ毎に解きます。
回転は、軸の自由度の設定とrotationの境界で加えることができると思います。
もしかすると右ねじの法則ですか?(笑)
解決済みでしたらすみません。


# 2002年7月4日 # No.3285 # たけし #
早速のご回答、ありがとうございます。
私が行ったのは要素に速度の自由度を与えて、回転の角速度を決めるというやり方ですが、上記の方法はこれとは異なるものでしょうか?
時刻暦応答は私も考えたのですが、いずれにしても速度を正弦的に変化させる方法が未だにわからないです。
速度を電流のように荷重として与えることができれば、周波数解析で正弦的に変化させることもできるかなと思ったのですが…。
> もしかすると右ねじの法則ですか?(笑)
実は渦電流解析をやろうとしています。
一定の角速度で渦電流を計算するところまでは、一応できるようになったのですが…。


# 2002年7月4日 # No.3287 # チャーリー #
> 速度を電流のように荷重として与えることができれば、
> 周波数解析で正弦的に変化させることもできるかなと思ったのですが…。

角速度を時間積分すると変位角、角速度を微分すると、角加速度
正弦は、位相以外と係数以外変わらないので、Harmonic(周波数)解析でしたら周波数一周期の、最大応答物理量なり平均をもとめるのと思うのですが
ソルバ内か、プリで境界をどれを入力するかは、時間(周期的)な制約があるか、 オプションを求められるととおもいます。



# 2002年7月6日 # No.3295 # ハッピー #
> 実は渦電流解析をやろうとしています。
> 一定の角速度で渦電流を計算するところまでは、
> 一応できるようになったのですが…。
byたけしさん
電磁場において速度による渦電流項は、Je=σ(V×B)(VクロスB)で表されますね。
　(フレミングの右手の法則)
速度ベクトルと、磁束密度ベクトルの外積の方向に渦電流が生じる。
Bは未知数です。Vは既定値の場合が多いです。
ですから、速度と言っても動力学の速度とは異質のもですね、たぶん。
「回転の角速度W」を与えることは出来る...ということは、ANSYSは内部で、V=rWで各位置の半径rを使って速度Vを求めているものと思います。
ANSYSのリアルコンスタント(定数)を正弦波状に変化させるには、私のANSYS知識ではAPDL(マクロ)を使って、Doループを回すのがてっとり早いと思います。
Doループの内部で、W=W0×sin(at)として、tをDoカウンターに関連付ける。
違うかな?

#因みにローレンツ力は、F=J×B(左手の法則)で、Jに上のJeを代入すると、FはVと逆向きになります。つまり、磁場中を運動する物体には抵抗力が作用します。



# 2002年7月8日 # No.3297 # よし☆彡 #
> ですから、速度と言っても動力学の速度とは異質のもですね、たぶん。
>byハッピーさん
この速度は動力学的な意味を持つと思いますが,FEM上で空間固定か物質固定
という違いがあるという理解で良いですか?



# 2002年7月8日 # No.3298 # たけし #
ご回答ありがとうございます。
今現在もいろいろと試行錯誤中ですが、
> ANSYSのリアルコンスタント(定数)を正弦波状に変化させるには、
> 私のANSYS知識では
> APDL(マクロ)を使って、Doループを回すのがてっとり早いと思います。
> Doループの内部で、W=W0×sin(at)として、
> tをDoカウンターに関連付ける。
> 違うかな?

ハッピーさんのこの方法を試してみようと思います。
(まずはAPDLについて勉強しなくては…)

話は逸れますが、皆様はANSYSについてはどのような文献で勉強されているのでしょうか?
工学解析入門とCYBERNETのマニュアルを今は使っているのですが、磁場解析についてはそれほど詳しい部分まで載っていないように思います。
市販の文献は数が少ないようですし…。



# 2002年7月8日 # No.3301 # ハッピー #
> この速度は動力学的な意味を持つと思いますが,
エネルギーの意味で全てつながっています。
積極的に活用するのが回生ブレーキ、ECB(EddyCurrentBrake)
など。電磁力関連のダイナミクスシンポジウムが機械学会、
電機学会のまさに学際連成で、毎年開かれてます。
ECBでも電磁場、熱伝導、動力学と、頭がパニクります。

> FEM上で空間固定か物質固定という違いがある
何れの解き方もあると思いますが今回の場合は
空間固定と思っています。違っていたらすみません。


# 2002年7月9日 # No.3303 # よし☆彡 #
> エネルギーの意味で全てつながっています。
> by ハッピーさん

ということは,場が違うという意味ですね.たぶん
(編集担当：Happy 2002/11/10)

<Marcの静磁場解析は大丈夫?>

# 2002年1月11日 # No.2551 # c #
静磁場解析で使った事がある方、いらっしゃいますか?
MSC社のサイトで見ると技術情報が載ってますけど、実際に使うには解を信頼してはいけない(=使えない)という話を聞いたのですが。


# 2002年1月12日 # No.2571 # ハッピー #
こんばんは。私はMarcの電磁場解析を使っていませんが...
磁場解析は磁気ベクトルポテンシャルAを未知数としますが、これは応力解析の変位Uに相当します。
つまり変位型FEMです。Aを微分したのが磁束密度B、磁界強度がHでそれぞれ歪みεと応力σに対応し、Hookの法則、σ=Eεに相当する構成式は、H=νB。
因みに、Aの微分はRotationと呼ばれる形式です。
こう見ると分かりますように、応力解析と磁場解析に式の上で大きな差はありません。
また理論式と実際の現象の一致性という意味では、マクロな材料力学よりMaxwell方程式の方が恐らく優れている。
ですから一般論としては静磁場解析の方が応力解析より実現象に対する精度は期待できると思います。

ただ静磁場解析ではポテンシャル解の唯一性を保証するクーロンゲージ条件というのがあって、
Marcはペナルティ法を使ってこの条件を導入しています。
マニュアルではペナルティ数のデフォルトが10000となっています。
ところが、磁場の世界では、ヤング率に相当するνが磁性体と非磁性体とでは、4桁以上の差があるんです。この辺が悪さをしている可能性があるのかどうか.....
疑うより、理論解のある問題でご自分で確かめた方がよいでしょう。
どういう意味で「使えない」と言っているのかも把握して置いた方が良いと思いますよ。

#因みに、実際の所FEMではゲージ条件を付与しなくても解けることが証明されています。

#私が電磁場解析FEMを自作したときはゲージを付与してませんが問題なく、且つバッチり解けました。
10年ちょい前、Marcが電磁場解析機能を導入した際の説明会では、ペナルティ数が解に及ぼす影響が必ずしも小さくなかったという記憶があります。
一昔前の情報なので当てにならないかも知れません。
まぁ一般論として、自分の問題で自分で確かめるのが一番でしょうね

#ペナルティ数に関しては実用大事典を参照下さい。


# 2002年1月16日 # No.2607 # c #
> まぁ一般論として、自分の問題で自分で確かめるのが一番でしょうね
By ハッピーさん

その自分の問題に適用して良いかの事前確認をしたかったんですが、取り合えず、理論解の判明している例題が載っている書籍を探してみます。
因みに、使わない方が良いというのは、MSC社さんのサポートの方からの情報です。


# 2002年1月17日 # No.2612 # チャーリー #

音響系で、音響解析ITEMもありますが
defultでは、専用ソルバーほどの期待はしないでとMSCさんに似たような
ことをいわれましたが、そんなニュアンスではないでしょうか?
現実にできないことはないし、
専用磁場解析ソフトでもポテンシャル問題は、実務で活用するのにも
解がころころ変わるのでかなり骨を折ります。(笑)


# 2002年1月19日 # No.2627 # ハッピー #
私の印象では、磁場解析は応力解析以上にソフト間の中味の差は小さかったと思います。
低減積分やアワグラスコントロールなんてありませんし。
自作ソフトでも市販ソフトとほぼ完全に一致する解が得られていました。
ただ、先に書きましたゲージの問題があるのでMarcはよく分かりません。
「ポテンシャル問題は解がころころ変わる」とおっしゃるのは、どのような状況でしょう?
渦電流問題で浸透深さのメッシュ分割が解に大きく影響するのは確かにありますが。


# 2002年1月21日 # No.2640 # チャーリー #
私の印象では、FEM、BEM代表のソルバーもありますし、
中身の差は構造解析以上にある感触です。

> ただ、先に書きましたゲージの問題があるのでMarcはよく分かりません。
> 「ポテンシャル問題は解がころころ変わる」とおっしゃるのは、どのような状況でしょう?
> 渦電流問題で浸透深さのメッシュ分割が解に大きく影響するのは確かにありますが。

m***もBEMを採用しているようですので、実際の形状がちょっと変わったedgeの部分など
などは、職人芸的なMESHになってしまいそうな気がしてます。


# 2002年1月21日 # No.2644 # ハッピー #
そういう意味では確かにバラエティーが富んでいます。
空間を解く必要がありまた時間依存問題が多いため、少しでも解析規模を小さくするためにある程度問題に特化した解析法の必要性が生じますね
私自身、FEM、BEM、磁気モーメント法、電流ベクトル法と問題に応じて作り分けていました。
同じFEM、BAMでも何を未知数にするかで、さらに分かれますし。

#私は比較的ソフトが多い(Marcも)A-Φ法FEMソフトの範囲で「差が小さい」と書きました。
　誤解を招いたかもしれません、スミマセン。
(編集担当：Happy 2002/03/10)

＜電気伝導解析（電場解析）＞

#　No.1727 # 2001年8月10日 # コッパ #
ところで，電気伝導解析の出来るソフトを教えていただけませんでしょうか？


#　No.1728 # 2001年8月10日 # デビルマン #
どのツールをお使いなのかわかりませんが、簡単なものであれば通常の構造解析ソフトの熱伝導モジュールで対応できませんか？
たしか熱伝導の基礎式が
Ｑ＝（Ａ／Ｌ）λ・ΔＴ
ですので、熱伝導率を電気伝導率に、温度差を電圧にそれぞれ置き換えて計算すれば良いと思います。


#　No.1730 # 2001年8月10日 # ハッピー #
そうですね、電場と温度場は何れもポアソン方程式ですから、そのまま使えますね。
アース線を熱伝達係数でモデル化することも可能？
(編集担当：Happy 2001/12/24)

＜国内で入手可能な電磁場解析ソフト＞

#　No.128 # 1998年7月8日 # 小林 篤央 #
岡山大学の藤原先生が発表された論文から引用しました。ご参考まで・・・
（1997年12月3日；日本応用磁気学会；＜電磁界解析の実際＞より）

ソフト名 　 　　　　　　開発国 　　　　　国内問合わせ先
1 MAGNet 　　　　　　　　　米 　　　　アドバンスド・テクノロジー
2 MAXwell EMSSEMAS 米 　　　　アンソフトコーポレーションジャパン
3 MAFIA 　　　　　　　デンマーク（？） エー・イー・ティー・ジャパン
4 IESシリーズ 　　　カナダ（？） 　　エス・イー・ティー
5 ELF/MAGIC 　　　　日本 　　　　　　エルフ
6 TOSCAELEKTRAOPERA-2d 英国 　　　　　　極東貿易
7 EDDY3D-MJEDDYCUFF 日本 　　　　　　サイエンスソリューソンンズ
8 ASSYS/Emag 　　　　　米 　　　　　　サイバネットシステム
9 MAGNAシリーズ 　　　　 日本 　　　　　　ＣＲＣ総合研究所
10 ＦＬＥＤＹ 　　　　 日本 　　　　　　新日本製鉄
11 ＪＭＡＧ－Ｗｏｒｋｓ 日本 　　　　　　日本総合研究所
12 PHOTO-EDDYシリーズ 日本 　　　　　　フォトン
13 PHOTO-MAGシリーズ 日本 　　　　　　フォトン
14 PHOTO-VOLTシリーズ 日本 　　　　　　フォトン
15 PHOTO-WAVEシリーズ 日本 　　　　　　フォトン
(編集担当：Happy 2001/12/24)