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2015年6月15日 (月)

CFD関連書レビュー 機械工学便覧 基礎編a4 流体工学

機械工学便覧のレビューって何だ、という話もありますがι(´Д`υ)

便覧というのは、わからないとき辞書的に引くイメージを持っている人も多いかもしれませんが、

-流体分野のことが一通り、偏り無しでに出ている
-細かい式の導出は省略して、結論中心の構成になっている

ので、例えば構造解析やっていた人が、一通り流体の世界を知るにはよい本かもしれません。

もちろん、流体力学を勉強し始めのときは、この本読んでも中身はあまり理解できないでしょう。
ただし、仕事や研究で知らない語句出てきたときに、その単語がどっかで見たことあると思うだけで、その先の理解が進む進度が結構異なるのではないかと思います。

機械学会のCAE技術者試験を目指す人にもよいのではないでしょうか。

2015年6月11日 (木)

CFD関連書レビュー エンジニアの流体力学

CFD関連書とタイトルに書きましたが、完全に流体力学の本です(^-^;

流体力学の教科書、簡単なものから、難しいものまで各種そろっています。

また扱う範囲も、静止流体力学から、ベルヌーイ式、NS式、乱流理論と幅広く、どこまで扱うかは著者の先生の感覚しだい、という感じです。

しかし、社会人になってから流体力学が必要になった(幸運な?)方は、

まずは全体の概要をつかみたい、それにはちょうどよい本かなと思っています。




静止流体からベルヌーイ式、管水路流れ、流体抵抗、そしてシミュレーションまで、重要部分を「さらり」とまとめた教科書です。

付録含めても160ページ足らずで、Δや∇のような記号もあまりでてこないですし、そもそも数式より流体にかかわる現象をどう理解するか、ということに重きをおいている感じがして、初心者には読みやすいです。
(中級者以上の方は物足りないかもしれませんが)

実際、この教科書に説明されている現象、実際仕事で起きているので、私は非常に助かりました。

2015年6月 7日 (日)

「なぶら」と∇

ツイッターで∇についてつぶやいたら、なぶら、という名前のお店からリツイートされました(笑)。

なぶら、という言葉、いわゆる海鮮居酒屋とか鮮魚店の看板でよく見る言葉なのですが、
正直意味わからなかったので、調べてみたところ、
小さい魚の群れにそれを食べる大きな魚が現れて、小さな魚があわてて逃げ出すため水面が泡立つように小さく乱れることらしいですね

(釣りする際のポイントになるようです。)

大きな魚が小さい魚の群れの真ん中に現れて、小さい魚が八方に逃げる様子の絵を思い浮かべると、∇と意味が一致しないわけでもないかも…



それはともかく、div、rot、∇、Δ、gradなど、CFDの教科書読むとたくさん見慣れない記号が出てくるわけで、それらがわからないと教科書がさっぱりわからなくなります。

私も数学の記号はΣとかも含めてあまり好きではないのですが

CFDの教科書読む上でわからなくなったら、記号を使わない偏微分の形で一回書き出してみます。

式は長くなりますが、そうしたほうが、理解はしやすくなるはずです。

また、書き出しているうちに、だんだん意味を捉える感覚がつくので、そうなったら書き出さなくてもよくなるはずです(たぶん…)

ちなみに私は、なるべくdiv、rot、∇、Δ、grad等を使わない教科書やWEB記事を見るようにしています

特にWEB上の資料などは、これらをなるべく使わずに説明している方が式だけでなく全体的にもわかりやすいことが多いような気がします。

たぶん本当に式や理論を理解している方が書いている場合が多いのでしょうね。

div、rot、∇、Δ、grad等を多く使う資料は、数学屋さんが書かれていて、数学より物理的意味を理解したい場合は適さない記事、の場合も多くありますが、その一方何か記号使ってごまかしてないか、というWEB資料も少なくないような気がします…

2015年6月 4日 (木)

NS式とはなんぞや??

当然ナビエ・ストークス式のことです…

私もさすがにナビエ・ストーク式くらいは知っていたのだけど、
以前WEBの大学の授業資料を眺めていると、NS式とやたら書いてあって、
「何だ、やたら出てくるNS式って?」
と思わずググってしまったわけで…

略称を知らなかったというわけですが、
まあ本当にわかっていれば資料の中身を読めばわかるはずなので、
当時そこまで理解していなかったという話です(^^;)

というわけで、もう一度最初から流体力学の教科書読んでみたわけです。
今はWEB上に大学授業の資料もたくさん上がっていて参考になるのですが、結構式の展開などを端折っているものが多いので、

やはり教科書1冊くらいは買ったほうがよいと思います。
1冊読めばいいといいつつ、私は図書館で何冊か見たのですが
(こうなってくると趣味の世界…)
最初に読むなら、日本機械学会の
JSME テキストシリーズ 流体力学
がよいかなと思います。
ナビエ・ストーク式までの基礎の部分まで割りと平易に書かれているので、教科書にしては読みやすいです。
また、Δや∇であまり表記せずに式を書いてくれるので、初心者には助かります…


流体力学もベルヌーイの式やNS式あたりまでは多少見た目の式が難しくても、
大体は
運動方程式(もしくは力のつりあい式)

エネルギー保存則
のどちらかの話をしているので
本質はどちらかだと思えば、結構読めるはずです…

ところでΔや∇の記号はCFDを学ぶ上で必須になるのですが、その話はまた次回以降に…

2015年6月 3日 (水)

CFDの教科書とFEMの教科書の第一印象の話

うまず、CFDの教科書を開いてみたが…
なぜ、多くの教科書は偏微分方程式の話から始まるのだろう?

図書館とか大きい本屋さん行くと、
CFDとか計算流体力学とか流れの計算といったタイトルの本がたくさん並んでいます。

しかしその多くの本は最初に楕円型だの双曲線型だのの偏微分方程式の説明が書いてあります…
(一部ベクトルとテンソルの話から入るものもあったと思います)
とにかく数学の話から入ります。

構造系シミュレーションやっている人が流体シミュレーションの勉強始めようとすると、
たいていの人は最初の偏微分方程式の説明で挫折しているような気がします…
(テンソルを見るとさらに挫折します)

有限要素法の入門の本を見てみると、実際の構造の問題を

トラス、はり→三角形要素→四角形要素→…

のように(高卒程度+αくらいの数学を使って)簡単な1次元問題から解きながら進めていく感じの本も多いので、

話がまだわかりやすいと感じます。
(CFDと同じように数学から入るものもありますが…)


私が最初に学ぶのに使った有限要素法の本

書評はまた後でやろうかなと思ってますが、
戸川先生の本は絶版状態なので復活してほしいものです。


話は戻って、ところが、CFDの教科書は一見流体とは何の関係もない
(実際はものすごく関係があるのだけど、それは教科書読み進めないとわからない)
微分方程式の話から入るので、いきなりつかみどころがなくなってしまう感じです…

とはいってもここで止まるわけには行かないので、

流体力学の本の中でCFDを説明しているところを探せば、先に進めるのではないか、と考えて、流体力学の本を復習の意味も含めて見てみることにしました。

2015年6月 2日 (火)

構造CAE屋さんがCFDを学び始めてみたが…

 私はCFDソフトの開発者でもないし、流体現象の研究者でもありません。

設計や生産現場で流体が原因らしい問題を、
市販の商用ソフトを使って、原因はこうなんじゃないの、
こうすればよくなるのではないの、ということを提案して、
たいていは大体当たるので
依頼者に解析結果の結論どおりでしたよ、CAEすごいですね!
といわせる微妙なお仕事をしています…

アカデミック方面の方にはそれじゃダメだ、との御指摘を受けますが、
まあたいていのメーカー内のCAE技術者と呼ばれている人は同じ感じではないでしょうか(と信じていますが)

ちなみに私はあまりCAE技術者という言葉はあまり好きではないので、
シミュレーションを使った評価方法の研究開発技術者

と言うようにしていますが。

それはともかく、仕事に役立たせるために勉強するにしても、目標がないとキリがなくなってしまうので、まずはどのあたりを到達目標にするかを決めることにしました。

仕事上、本格的なプログラムを開発することはまずないので、あまり深くやってもしょうがないのですが、
ユーザーとして商用ソフトを使う以上、商用ソフトの中でいったい何が計算されているのかぐらいはざっくり理解しておきたい…

そこで思い出したのが以前有限要素法を勉強したときは、2次元の簡単なプログラムを作成して、ソフト(ソルバー)が何やっているのか大枠理解できたことです。

そこでCFDでも同じように

2次元で一番基礎的なアルゴリズムでよいので、プログラムを作くることを目標にしたわけです。

 

2015年6月 1日 (月)

CFDの勉強を始めるのに、入門用の本はあるか?

タイトルの質問の私の答えは…

どうやらなさそうである…

構造解析FEMにはここ数年、いわいるCAEソフトを使っているいる人向けの
(有限要素法プログラムまでは作らない人向けの)
入門書が出ています。

このブログで取り上げたものでは
http://tsunodako.cocolog-nifty.com/blog/2013/01/fem-b497.html

http://tsunodako.cocolog-nifty.com/blog/2013/02/post-8b56.html

あと、書評として取り上げていませんが、

なども入門者にはよい本だと思っています。

しかし、CFDとなると、ソフトウェアから流体はじめるような人向けの入門書は見当たらない…

このことからも、前回書いたとおりCFDの世界はやはりきちんと流体やそれに関係する数学を学んでから来なさいということのようです。

もっとも私が有限要素法を始めたときも初心者用の本は無く、ベンダーのマニュアルと計算力学の大御所が書いた本を解読していくような日々でしたが。

そういえば、とある構造解析の大御所の先生が、ある入門者用の構造解析CAEの本を見て、「有限要素法の成れの果て」と言っていたという話も聞きました(^^;)。

お手軽入門者本からはじめるのがよいのか、
難しい本を解読するのからはじめるのか、
どちらがいいかということをブログに書き出すと、また一ヶ月くらいかかりそうなので、
その話は後にします。

話がそれてしまいましたが、とにかくCFDはお手軽入門書は無いようなので、
そんな中、私がどのようにCFDを勉強して行ったかを少し書いていこうと思います。

2015年5月28日 (木)

CAEとFEMとCFD…その2

前回はCAEが一般化して勉強会も盛んだけど、メーカーの技術者にとっては数値解析法の中身よりもっと大事なことがあるような気がする、なんてことを書きました。

今回は前回触れなかったCFDについてなのですが、最近CFDがCAEから乖離(?)している場面を見ることがあります。

例えば、
「CAEはやっと設計が使えるようになってきたけど、CFDはうちの会社のレベルじゃ無理だな」
とか…

この場合のCAEは応力解析を指すのだと思いますが、CFDはCAEに入れてもらえないほど難しいようです(笑)。

応力解析はパッケージ化が進歩して、解析ソフトウェアの中身がブラックボックスでも結構実際の設計現場で使えるようになってきたのに対して、CFDソフトはそこまで進んでいないようですね。

まあ、層流に限った解析や乱流でも定常でk-εモデルに絞ることによって、お手軽流体解析を実現しているソフトもあり、まあざっくりとした結果を得るには使えるみたいです。

しかし、設計開発の問題はざっくりで済ませられないことも多く、そういう点流体解析はたとえシンプルなモデルでも、課題によって解析手法を大きく変えなければならない場合もあるようです。

どうやら応力解析(≒最近CAEとかFEMと呼ばれるもの)と違って、現時点で流体解析を行うには流体力学や数値計算の知識が必要な感じですね。

そう考えると、研究者にとっては研究課題がたくさんあって面白い分野であることは間違いないと思いますし、その一方設計開発の現場では、実物の結果見ながら計算手法を探らなければならないまだまだ手ごわいツールなのかな、という感じです。

2015年5月27日 (水)

CAEとFEMとCFD…

久々にここも更新してみようと思う。

が、まずはどうでもよい話。

何かここ数年CAEのステータスが下がってきているような気がする。

下がってきているといっても、決して悪い意味ではなく、一般化(ある特定の職業の人だけですが)してきている、ということなのかな。

昔は仕事でCAEやっていますといえば、わかる人にはへーすごいね、ということだったのだが、最近はふーん、という感じでしょうか。

また、FEMという言葉、これはもちろん有限要素法というどちらかというと数学的な言葉であるのですが、特にメーカーなんかではFEMとCAE、ほぼ同義語で使われている場合も多かったりする。

ところで、最近の若い人、とやかく言う人もいるのですが、私は昔に比べてずいぶんまじめになってきているのではないかと思っている。

メーカーでCAEが広がっているので、ほぼ同義語のFEMをきちんと勉強して設計開発に役立てよう、という人も多いようで、CAE関連の勉強会はどこも盛況のようだ。

決して悪いことではないのだけど、ソフトウェアを開発する人でもない限り、あまりその勉強にのめりこむべきではないとも思う。

あなたが機械設計するものに

ヤング率

降伏応力

の知識はたぶん必要でしょう。しかし、

仮想仕事の原理

アイソパラメトリック要素の形状関数

までは必要なのでしょうか…

という話です。

それよりも、実際物を見たり作ったりするほうが何倍も重要な気がするのですが、

工場が海外移転したりでそういう機会も減ってきている昨今、ウムーという感じです…

勉強するのは結構なことだと思うけど、講習会出るだけとか教科書読むだけにとどまってしまう「安易な勉強」はなかなか世の中に役に立ちにくいもののようです…

2013年2月22日 (金)

FEM関連書レビュー 「図解 設計技術者のための 有限要素法はじめの一歩」

今回はキャドラボ栗崎さんの本
「図解 設計技術者のための 有限要素法はじめの一歩」
(栗崎 彰 著 講談社 2012年)
です。

それではまず勝手な採点

FEMソフト開発者向き・・・★
ベンダーサポートエンジニア、コンサルタント向き・・・★
CAEエンジニア向き・・・★★★
設計開発技術者向き・・・★★★
難易度:初級

一言まとめ:初心者向きノウハウ本

ベンダーセミナーや他の有限要素法の本では初心者が理解するのが難しいところや、初心者が陥りやすい罠の部分について特に詳しく書いています。

初めの部分に書いていますが、実際の製品の解析を始める前に最短最速で必要最低限をカバーできるようになっています。

それだけに逆を言ってしまえば、この本単独でFEMを理解する、には少し内容的に不足していますが、とりあえずベンダーのセミナー受けて、FEMソフトでCAE始めたけど、なんかうまく行かないな、という方にはいい本です。

立場別で私の見解を言うと、
-設計開発者でたまにしかCAEを使わないという方は、ベンダーのセミナーのほかにこの本を読んでおいて、気になるところがあれば他の参考書も見てみる、という使い方をすればよいと思います。
-CAEユーザー専任者は、この本のみでは不足ですし、逆にこの本くらいのことは当たり前として知っていて欲しいです。
-CAEベンダー担当者は、もう少し難しい本でマスターしましょう、と言う意味であえて星を減らしました。
という感じでしょうか。

この著者が言われている、「正しい解析には座学が必要」というのは、それは間違っていないと思いますが、何を持って正しい解析とするのか、また何の座学がどこまで必要なのか、というのはキチンと考えておくことが非常に重要です。
そのあたりの議論が世の中欠けていて、CAEがいまひとつ浸透していかない理由になっているような気もします。。。特に「正しい解析」を突き詰めると、CAEの世界を越えて「設計開発とは何か」まで考えないといけないと思っています。
それについてはまたいつかどっかでブログに書きます。たぶん。

 

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