レストランで見かけるチョコレートファウンテン。
上から流れる溶けたチョコレートの滝でマシュマロをコーティングする様子をシミュレーションしました。

1. マシュマロという構造領域の移動を伴うCFD計算
2. VoFの手法により温めたチョコレートの自由表面(界面)を模擬
3. アニメーションでリアルに表現

技術情報

使用ツール

ANSYS Fluent 2021R1

キーワード

流体解析、自由表面、VOF、ダイナミックメッシュ、オーバーセットメッシュ、overset-mesh

詳細

解析モデル

• チョコレートファウンテン本体（半径60[mm]、1/12ケーキカットモデル）
• マシュマロ： 長さ2[cm]
• チョコレートの流量 95[g/s]

解析結果

• チョコレートと周辺領域は青いメッシュ部分
• 移動するマシュマロ領域は赤いメッシュ（オーバーセットメッシュ）

事例は以上です。

技術コラム

オーバーセットメッシュ

オーバーセットは大きな流体領域の格子と、物体側からの格子を別々に生成し、両者を重ね合わせる手法である。

一般的なCFDでは大きな運動を伴う解析を苦手としてきた。
その理由の一つは、物体の運動に伴って計算格子を変形させる必要があり、大きな移動では格子が潰れてしまうが、下図のようにオーバーセットメッシュはこの問題を回避することができる。

VOF(Volume-of-Fluid)法

界面形状を追跡するために使用されます。
複数の流体相（例：液体と気体等）が存在する場合、それらの界面を正確に捉えることが重要です。
VOF手法は、流体相の混合領域や分離領域、界面の変形や接触を追跡し、その位置や形状を解析的に計算します。

気体と液体の混相流解析のうち自由表面流れの解析手法で、界面捕獲法の一つです。
図のように、メッシュのうち液体が占める体積の割合を液体充填率Fという関数として定義し、移流方程式を解いて界面を求めていきます。

F値は0から1までの値をとり、F値が0であればそのメッシュの物性は気体（例えば空気）、F値が1であればそのメッシュの物性は液体（例えば水）として取り扱います。

JIS規格のボルトの寸法パラメータを設定するだけで自動CADモデル作成ツールを開発しました。
ツールを使った強度解析の事例です。

1. JIS規格ボルトのCADモデルを簡単に作成
2. 寸法パラメータ入力から解析実行までExcelのGUI上で完結

技術情報

使用ツール

ANSYS SpaceClaim
Mechanical APDL 2020R2
Altair HyperMesh 2019
ExcelVBA

キーワード

自動化、品質向上、生産性向上、JIS規格、ボルト、ねじ

詳細

解析モデル

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• ボルト形状をSpace Claimで自動作成

• 要素数増加を抑えながらねじ山の接触に適したメッシュを自動作成

解析結果

• 境界条件等を設定して計算を実行、結果を評価
• ANSYS Mechanicalで計算実行

事例は以上です