使いこなさない、使えるCAEのブログ -22ページ目

三角で 良好な偏微分を実施するには…

CAEは 物理量の差を距離で割る⇒それを直交三方向実施 ができれば◎ですが(3次元の場合)…
正三角形のイメージ ⇒ 直角付近に情報なく⇒ 直交成分の合成度合いが強くなる 
三角系統で解く場合 I-J-K直角のテトラ四面体が良い気がします(最近よく見かけますが)

そして、写像変換で計算。(アイソパラメトリック要素理論)
内挿関数・形状関数は、たまたま見た文献がそれだったのですが、、
・物理量分布を示す二次内挿関数は、点では物理量が合うが、内部でも合うと考え難い
・二次式の係数計算で距離(座標)の二乗が効く(大した問題じゃなさしう)
・内挿関数を、XやYで偏微分した分布関数が、係数を共有して完全に独立せず影響し合う(そもそも分布関数は理論無視で勝手に作った関数)

・内挿関数はメッシュ次第で変動大 (メッシュ変動をうまく吸収しているとも思えない)
・1次要素と2次要素で解が違うのに、2次要素でOKいう そもそもそこが変
色々念入りに駄目で、かなり悪い気が… 三角も、四角同様に写像変換による手段が良いような
探せば論文があるのだと思いますが。    直交格子利用した差分法有限体積法FEMと、
直角三角形並べ写像変換計算するFEM 計算プロセスは全同一化しそうです。  並べ方により
直角のテトラ(四面体)要素も、点が直線的に並び、完全直交の各種解法と同一化しそうな気配
(テトラの場合、スタッガード千鳥配列かも、直方体構成する要素増加で、格子配列も可能?)

三角系統要素を使う場合、その理想形は書籍に書いてない点も問題。 事例は正三角イメージが
多い気がしますが、写像変換用いて、I-J-Kを直角とするのが良い思います。テトラは
メッシュ増えますし、中間点使うタイプの要素は、点と点接近して細かいメッシュで
エラー出やすいですし、尖ってこじんまりしてなく、隣の要素が食い込み、分布形成に不利。
四辺形・六面体が遥かに推奨。その理想は長方形直方体で、そちらは判り良いですが。
四角も三角も、直角近い角度の箇所を作り、そこを利用して偏微分。それしかない筈。
大規模計算は、正三角が目立ちますが、それで直交計算たる偏微分がどうかいう?


昔に私が最初に、例題みながら解析した時、解析対象は簡単な四角なのに
例題は、三角に近い歪んだ四角メッシュ。 例題真似てさっぱり×。簡単に四角で切ったら
『アレッ!』  あっさり完。 当初、例題みながら

『何で、シンプルなメッシュで解析せんのだろう』 
『簡単なメッシュじゃ駄目な理由がある筈。FEMは、厄介』

(最初だけ)悩んだ記憶があります。何も知らぬと、そんなもの。
実際は。簡単シンプルな方が、高速に解けて良好。

偏微分を2度行う計算は厄介で・・・

偏微分を2度行う計算は厄介で、スキル・テクニックの類で
そう簡単に対応できませんので注意です。デジタル技術花開く今日
CAEは蚊帳の外&そして飛躍できない感   その理由でもありますが
幾何偏微分を二度実施しますと 組合せで xx,yy,zz,xy,yz,zx 沢山出てきまして大変で
テンソルに関ってきます。 解は出てきますが、直交性なしでは、実は随分どうにもならない
細かいメッシュなら高精度みたいな簡単な話でなく、甘い考えは捨てた方が良い思いますが…
流体も厄介ですが、アッセンブリ(大規模&非(不)連続的)構造解析が、より厄介かも 

2度偏微分を行う分野は、随分厄介 うまく行かない時が問題で
流体ですと、乱流モデル (相変化や対流など色々ですが) なのか メッシュなのか
構造ですと、モデル化(諸設定) なのか メッシュなのか 原因不明的状況に陥りますので、
メッシュは、疑義のない良いものが必須 ⇒ それが簡単ならCAEももっと飛躍可能いう…
構造解析の場合、大規簿事例は、(大雑把な)陽解法などに遍在気味で。

2度偏微分を行う計算=高難度。その難儀さを
捻り鉢巻、ガリガリ悪戦苦闘、人が補って解決 (実際できん事が多いのが構造アセンブリ) 
なんて定量評価術として (一時的には仕方なしとしても、最終形としては) 論外。 
欠陥放置 頑張れば夢叶う。そんな、無責任的専門家に騙されぬよう注意。
または 知らぬ間に騙し人になる罠に注意 
  CAEに限りませんが

知らぬ間に騙し人になる=研究基礎でありがち。 研究でバッチリ、実用で問題勃発
前職はそれで研究所が潰れました。×ρ×)
 特に、メカは、理屈と実際の乖離が起こり易く
問題・想定外が起こり易く、基礎重視=実は失敗しがち。(教科書に記載すべき)
教科書も、かなり問題で、(例えば)偏微分が合成的計算で誤差を伴う、その詳細未記載
固定条件等のモデル化で、モデル想定が非現実化する事も未記載。 
偏微分に伴う誤差は、数式だけ見ていては気付きにくく、幾何の位置関係の留意が必須。
色々罠があり注意! 


CAE全般は、皆が(簡単に電卓的に)使える、堅実なものをどう創るか? そこが課題に思います
具現化すべく、方策書いた教科書類がないのは、マズイ思いますが。長所は強調しかし、
(想定外が起こりやすい等) 短所には極力触れない&伝えない。 そんな体質も問題。

CAEに限りませんが、IT業界や学術学問教育分野の、悪式慣習に注意。
煽り人や騙し人にならぬよう また騙され人にもならぬように 良い子は十分注意!! 

それも教科書に書いておく必要性  現実は、部外者、専門家 双方で
『 偏微分やメッシュ依存問題はない 』 『 簡単にできる 』 『 結果は現実どおり 』
万能的に考える勘違い人が多い  短所に触れず価値大きく見せる、煽る体質が招いた?
理論整備され、出来るよう虚飾粉飾気味。しかし、偏微分を解く万能的方法なし。騙されに注意。 
低マッハ数の圧縮流とか減衰とか、解けん訳ですから十分注意を…。
 
学術学問教育全般ですが、学ぶと逆に思考停止誘発され、話に引用増えたり、独創喪失したり
常識の逆。非常識路線・革新嫌う抵抗派になったり、勉学が招く悪いリスク注意。 
染まった技術者=革新めざす設計で使えんいう。 組織丸ごとお荷物=割と多い残念的定番パタ-ン
コツコツ努力 ⇒ (意外と)社会や組織の抵抗勢になりがち。 教科書に書いておくべき。

挙動が内挿関数に支配されてしまうので、注意みたいな

偏微分は、X-Y-Z軸に沿った物理量勾配。離散点群が直交関係にないと、基本的に、
解けないのですが、なので、私は三角系統メッシュはノーマークでしたが…
直交性の必然は、物理量挙動が不明な場合の話で、例えば、A*X*X+B*X*Y
Xで偏微分すれば、2*A*X+B*Y みたいな具合に 式そのものが判っていれば、式を偏微分
代入すれば、偏微分計算解が出てきます。式が100㌫完全に合っていれば、それでOK… 
そこまで合ってなくても、メッシュ増やせばOK?


理論に無関係な)仮定式を立てて、それを偏微分⇒色々代入すれば、直交気にせず解が出る
仮定式は、節点数(10個)に合わせた関数。その係数は要素毎に、節点にて物理量が合うよう
10個の連立式解いて出す。節点において物理量が合っていれば、関数Φは妥当であり
形状関数を使えば、それができる。  そしてΦを、(式自体を)偏微分すればOK。

みたいなのが内挿関数を使う場合のテトラ要素。 他の要素と随分違ってて注意で、いいますか
手法が、随分変則いうか反則いうか、かなり衝撃的内容。衝撃受ける私が間違っている?
(偏微分前の)変位を(勝手な)数式(Φ)に当てはめてOK? 
調べますと、三角や四面体も、写像変換で計算する手段がある模様。そちらが、良さそうな気配。
下記は、ⅰ-直交と ⅱ-写像と ⅲ-内挿関数を使う方法の比較です


内挿関数を使う方法は、物理量挙動を支配する関数たるΦを、予め用意するので。
悪く言えば結果を用意するようなもの。冴えた結果は出ない思うのですが。 
三角系統は、写像変換での偏微分⇒回転角が大きい 内挿関数⇒人工的制御 双方苦しい。
特に内挿関数を使う方法は 次数等の関数の特徴が、結果に影響を与えてしまう

結局、偏微分=直角直線付近にデータがないと困難。無理に解消しようとすると落とし穴に…  
完全直交以外は、細工合成でしか解けない&努力勉学での解決は難しい。それが偏微分
万年解消されず今に至る偏微分の罠に注意。っと、書籍に書いておいて欲しいが全然書いてないッ! 

メッシュ問題は、本来は、勉学でかなりの部分解消可能。 しかし、書籍は、メッシュ依存たる
離散化誤差の詳細は未記載。流体の適合格子のように、四辺形・六面体前提の分野は極一部。
現CAE自体、デローニ法でのテトラメッシュ前提。 実態情報得にくい問題があります。結果、
四辺形・六面体は変則とみなし、本流テトラでないと…上司・専門家・指導者に怒られる 
取引先が納得しない
 なんて結構あり。昔は逆でしたが。(誤差実態詳細が教科書未記載なため起こる)
内挿関数で分布を制御。構造計算は、係数みると、τとσが影響し合う風で…ウーム。 
変な状況に陥ると衰退道。誤った解析で設計に打撃与えるとジリ貧。逆は逆ですが。

三角もξーη-(ζ) X-Y-(Z) 写像変換すれば、場を制御する内挿関数不要。マシっぽいです。
45-90度二等辺三角テトラ要素を良く見ますが、要素系I-J-Kが直角なら良好なのかも知れません
テトラはソフトにより解析精度差異ありそうですが、写像か内挿関数かの差かもしれません。
(××社の結果はネ~ 悪口聞く原因がそれかも)

構造解析の難関は偏微分。 接合・接触・継接ぎ部にて、良好に偏微分できるモデルが必須
万能な良いモデル化法&解法がない=CAE普及阻む要因。努力教育不足等は本質でなく注意 
簡単なモデルには十分。その場合、モデルにて、固定部等が非現実的にならぬように注意
固定箇所が理想化され、解析モデルが非現実的と、教科書に書いてない!
(メッシュ依存)偏微分の誤差  モデルに置換える誤差 構造解析はダブルで注意