流体力学要素では、流れの詳細を考慮せずに、固体に対する流体の相互作用をシミュレートできます。スロッシングなどの流体のモーションは考慮されないため、これらの要素は流体量が多い場合に適しています。流体とソリッドの練成解析は通常、静水圧力荷重を使用して行われますが、流力要素を使用することにより、移動する流体の慣性が考慮されるため、流体ソリッド練成解析の表現精度が大幅に向上します。
流体力学要素では、せん断応力が無視可能であること、ひずみエネルギーが体積ひずみのみに依存することが想定されます。
U = 0.5*K*ε v 2
K は体積弾性率、ε v は体積ひずみです。これにより、通常の静水時の弾性応答は、P = K*ε v として表されます。
3D 流体力学要素が持つことのできるジオメトリック形状は、ブリック(8 つの角の節点 、6 つの 4 辺形側面)、ピラミッド(5 つの角の節点、1 つの 4 辺形側面、4 つの 3 角形側面)、 4 面体(4 つの角の節点、4 つの 3 角形側面)です。中間節点は大規模な流体モーションを詳細に表現する場合に必要になります。
3D 流体力学要素のサーフェス番号の決定
流体パーツのサーフェス番号に荷重を適用する場合、一部のモデルは同一サーフェス番号にロードされるサーフェス上のラインが足りないことがあります。この状態では次のような現象が起こります。CAD ソリッド モデルから作成されたモデルの場合、その CAD モデルのサーフェスと一致する面はすべて、線のサーフェス番号にかかわらず荷重を受けます。手動で作成されたモデルや、元の CAD パーツとの関連付けを解除するように変更されたパーツでは、面の輪郭線となる 4 つのラインの内の 3 つ(4 節点領域)または 3 つのラインの内の 2 つ(3 節点領域)に共通するサーフェス番号によって、その面のサーフェス番号が決まります。
次に、このパーツの 3D 流体力学要素に使用する積分オーダを[積分オーダ]ドロップダウン ボックスで選択します。長方形の要素の場合は、[第 2 オーダ]オプションを選択します。中程度に変形した要素の場合は、[第 3 オーダ]を選択します。過度に変形した要素には、[第 4 オーダ]を選択します。要素剛性の定式化にかかる計算時間は、積分オーダの 3 乗に比例して増大します。このため、許容できる結果が導かれる積分オーダのうち最も次数の小さいものを使用した方が、処理時間を短縮できます。
このパーツの 3D 流体力学要素にアクティブな中間節点を追加する場合、[中間節点]ドロップダウン ボックスの[含む]オプションを選択します。このオプションを選択した場合、3D 流体力学要素に各エッジの中点で定義した節点が追加されます。(CAD ソリッド モデルのメッシュでは、中間節点は、メッシュ作成前に選択したオプションに応じて、CAD サーフェスのオリジナルの曲率に従います。変更される自作のモデルおよび CAD モデルでは、中間節点はコーナー節点間の中間に置かれます。)これにより、8 節点3D 流力要素が 20 節点 3D 流力要素に変わります。中間節点を伴う要素は、より正確に計算された勾配となります。要素に中間節点が含まれる場合、処理時間が長くなります。メッシュが十分に小さい場合は、中間節点を追加しても正確度がそれほど向上しないこともあります。