ニュートンワークス株式会社

NewtonSuite製品情報

＝ シール＆流体潤滑 ＝

eSeal

－ 設計者向けゴムシール解析ツール －
◎ 概要

NewtonSuite-eSeal（イーシール）は、接触、ゴム（材料非線形）、大変形など、解析専任者でないと解析出来なかったゴムシールの接触圧を求める計算を2次元モデル（軸対称/平面ひずみ）に限定する事で、設計者でも簡単にADINAで解析を行えるようしたプリ・ポストです。

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◎ 目的
  • ゴムシールとウェザーストリップの完全分析を数分で完了
  • 組立条件のばらつきを考慮
設計の初期段階でより多くのことを知ることで、工程を短縮し時間とコストを節約できます。
 
 

 

◎ 機能

eSealはシール設計に特化した操作の簡単なGUI、形状の変更前および変更後の結果比較が簡単に行えるポスト機能を持っています。ADINAのプリ・ポスト操作は不要です。

 ◎ 断面形状のIGESファイルのインポートと解析条件の設定

  • エッジのメッシュ分割数設定
  • 接触条件の設定
  • 拘束条件の設定
  • 荷重条件の設定
  • 材料データの指定 
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◎ eSeal側でADINAの計算を実行

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◎ eSeal側での主なポスト処理

  • 応力、ひずみ、変位etc…の表示
  • グラフ機能（節点位置と接触圧分布の関係、変位と反力の関係 etc…）
  • 複数結果の比較
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RSCalc

－ ラジアルシール弾性流体潤滑プログラム －
◎ 概要

NewtonSuite-RSCalc（アールエスカルク）は、ニュートンワークスが独自に開発したラジアルシールのしゅう動時または回転時の弾性流体潤滑／流体潤滑を計算するプログラムです。FEM計算などから求まるシール構造の接触力分布、潤滑面の変形形状や剛性から流体膜厚、せん断応力、予測漏れ量などのシール特性を計算します。

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◎ 目的
  • 摺動抵抗や漏れ量などのシール特性の評価 
  • シール形状の設計
シールの漏れや摩耗の問題では、軸やシールのミクロな表面粗さが関係することも多いため、定量的な漏れの評価は数値計算にとっては難しい問題です。本プログラムは往復運動シールと回転運動シールについての表面粗さを考慮した数値計算手法を提供します。
 
◎ 計算モード

RSCalcには次の計算モードが用意されており、目的の計算に合わせて利用できます。

  • ＩＨＬモード ： しゅう動シール問題のためのレイノルズ方程式の逆計算手法
  • ＦＨＬモード ： しゅう動シール問題の潤滑圧力とシール面変形の双方向連成計算手
  • ＲＨＬモード ： 回転シール問題のための流動潤滑計算
◎ 標準ツール

RSCalcには次の標準ツールが用意されており、RSCalcの利用を助けます。

  • RSCalc - ADINAインターフェース
    シール剛性に必要な情報をADINAを用いて自動計算／自動結果抽出するためのRSCalc利用支援プログラムです。
  • ASP-μ/RSP
    面粗さ測定データからRSCalcの入力に必要な面粗さ特性を算出するプログラムです。
◎ IHLモードの計算手法

IHL(Inverse Hydro Lubrication Method)は、シール面の接触圧力と流体圧が釣り合うように潤滑膜が形成されるとの考えに基づいた計算手法です。IHLでは、シール面の接触圧分布および流体特性を与えて、シール特性を瞬時に算出します。

◎ IHLモードの入力
  • 接触力分布rscalc-ihl-img-01
  • 接触状態のシール面の形状
  • 粘度
  • 相対すべり速度
  • 圧力粘度係数（Barasの式）
  • 軸直径
  • 流入出の圧力境界
 
◎ IHLモードの出力
  • h0　 ：流路幅基準rscalc-ihl-img-02
  • hmin ：最小流路幅
  • h (x) ：流路幅形状
  • p (x) ：流路全体圧力分布
  • τ(x) ：せん断応力分布
  • Q 　：もれ量
 
◎ IHLモードの結果表示機能
  • 複数結果の表示
  • グラフの任意領域の拡大
  • グラフデータファイル出力
  • 画像ファイル出力
  • プリンタ出力
◎ FHLモードの計算手法

FHL(Forward iterative method of Hydro Lubrication)は、レイノルズ方程式の計算とシール変形の計算を反復して圧力と流路幅を求める計算プログラムです。解法は、ニュートンラプソン法による一体型解法を用いた強連成手法で行います。面粗さを考慮して、シール面の境界潤滑/混合潤滑/流体潤滑の状態を表現しながらシール特性を求めます。計算の過程で潤滑圧により弾性接触圧が変化しますので、シール面の変形を計算するためにシール面の剛性情報が必要です。

◎ FHLモードの入力
  • 接触力分布rscalc-fhl-img-01
  • シールの等価ヤング率／ポアソン比
  • 粘度／圧力粘度係数（Barasの式）
  • 相対すべり速度／流入出の圧力境界
  • 軸直径
  • 両面の面粗さ（二乗平均粗さ、粗さ密度など）
  • FEM計算情報からシール剛性の算出
◎ FHLモードの出力
  • h (x) ：シール面の流路幅
  • pf(x) ：流体圧分布
  • pc(x) ：Greenwood ＆ Williamson の接触圧分布
  • τf(x) ：流体潤滑によるせん断応力分布
  • τc(x) ：弾性接触によるせん断応力分布
  • Q：もれ量
  • 軸のしゅう動抵抗
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◎ FHLモードの結果表示機能
  • 複数結果の表示
  • グラフの任意領域の拡大
  • グラフデータファイル出力
  • 画像ファイル出力
  • プリンタ出力
◎ RHLモードの計算手法

RHL(Rotational Hydro Lubrication)は、回転シールの流体潤滑を計算します。このモードでは、膜厚みを定義して指定した回転速度における圧力分布、回転抵抗、漏れ量などのシール特性を求めます。膜厚みの設定は、４タイプの関数、測定データなどによるユーザーの直接指定、FEMによる接触計算で求めたシール潤滑面の座標情報から定義することができます。

◎ RHLモードの入力
  • 粘度/キャビテーション圧力/軸直径rscalc-rhl-img-01
  • 回転速度(固定速度または速度変化)
  • 境界圧力(流体側と環境側)
  • 膜厚入力
    －関数タイプ
    －直交格子データ(ユーザー直接指定)
    －直交座標系( x,y,z)点群情報(z:膜厚方向)
    －円筒座標系(r,θ,z))点群情報(r:膜厚方向)
◎ RHLモードの出力
  • 3Dグラフとコンタ/等高線図

    －h(x,y)： 入力膜厚
    －p(x,y)： 流体圧力
    －F(x,y)： キャビテーション領域
    －τ(x,y)： せん断応力
    －dp/dxとdp/dy：　圧力勾配
  • ベクトル図
    ー平均流速
  • 1回転あたりの漏れ量
  • 平均圧力、平均せん断応力、回転抵抗トルク
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◎ RHLモードの結果表示機能
  • 複数結果の表示
  • グラフの任意領域の拡大
  • グラフデータファイル出力
  • 画像ファイル出力
  • プリンタ出力

OilFilm

－ 流体潤滑計算プログラム －
◎ 概要

NewtonSuite-OilFilm（オイルフィルム）は、ニュートンワークスが独自に開発した薄膜の流体潤滑を計算するプログラムです。
対象とする機械要素の油膜部の接触力分布と表面粗さから3次元の計算モデル(油膜モデル)を作成し、相対すべり速度がある薄い油膜に対してキャビテーションおよび表面粗さを考慮したレイノルズ方程式を解きます。

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◎ 目的
  • 摩擦係数(ストライベック曲線)や摺動抵抗の評価
  • 油膜の設計
本プログラムは混合～流体潤滑状態の薄い油膜に対してのキャビテーションおよび表面粗さを考慮した数値計算手法を提供します。

◎ 計算モード

OilFilmには次の計算モードが用意されており、目的の計算に合わせて利用できます。

  • 並進すべりモード ： 潤滑面が並進運動する場合のくさび効果によるレイノルズ式を計算
  • 回転すべりモード ： 潤滑面が回転運動する場合のくさび効果によるレイノルズ式を計算
◎ 標準ツール

OilFilmには次の標準ツールが用意されており、OilFilmの利用を助けます。

  • ASP-μ/RSP
    面粗さ測定データからRSCalcの入力に必要な面粗さ特性を算出するプログラムです。
◎ 並進すべりモードの計算手法

潤滑面が並進方向にすべることで発生する流体圧力をレイノルズ方程式にもとづいて計算します。任意の位置の膜厚データから計算モデルを簡単に作成でき、さらに膜厚修正機能を用いて様々な膜厚における潤滑特性を計算することができます。
代表的な適用範囲には、以下のようなすべり面の流体潤滑問題への適用が可能です。

  • ジャーナルベアリングの油膜圧力oilfilm-ts-img-01
  • 潤滑すべり面の抵抗
  • しゅう動面形状と油膜圧力の関係
  • しゅう動面の面粗さと油膜圧力の関係
  • 潤滑における漏れ量の算出
  • 表面テクスチャーによるしゅう動面の圧力生成
◎ 並進すべりモードの入力
  • 膜厚データ（x,y,h）
  • 粗さ特性（二乗平均粗さ,凹凸アスペクト比）
  • 粘度
  • キャビテーション圧力
  • すべり速度変化（上下面それぞれ2方向定義可）
  • 圧力境界条件（周囲圧力,周期境界）
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◎ 並進すべりモードの出力
  • 膜厚分布: p(x,y)
  • 粘性せん断応力分布: τ(x,y)
  • 圧力勾配: dp/dx,dp/dy
  • 流速ベクトル: vx,vy
  • キャビテーション領域: F(x,y)
  • その他
    －境界面の流量
    －平均圧力
    －平均せん断応力
    －せん断力(せん断抵抗)
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◎ 並進すべりモードの結果表示機能
  • 3Dグラフプロット
  • コンタ、ラインコンタプロット
  • 2Dグラフプロット
  • 流速ベクトルプロット
  • 複数結果の表示
  • グラフの任意領域の拡大
  • グラフデータファイル出力
  • 画像ファイル出力
  • プリンタ出力

 

◎ 回転すべりモードの計算手法

回転すべりモードは、垂直軸を中心にすべり面が回転した時に生じる流体圧力を計算します。任意の位置の膜厚データから計算モデルを簡単に作成でき、さらに膜厚修正機能を用いて様々な膜厚における潤滑特性を計算することができます。
代表的な適用範囲には、以下のようなすべり面の流体潤滑問題への適用が可能です。

  • スラスト面に生成される油膜圧力oilfilm-rs-img-01
  • 潤滑状態における回転面に作用するトルク抵抗
  • スラスト面形状と潤滑特性
  • スラスト面の面粗さと油膜圧力の関係
  • 表面テクスチャによる回転面の圧力生成
◎ 回転すべりモードの入力
  • 流体粘度
  • キャビテーション圧力
  • 膜厚データ:h(x,y) 任意位置で入力可
  • 上下回転面の回転速度
  • 圧力境界(周囲指定圧力または周期圧力境界
  • 面粗さ: 二乗平均粗さ、凹凸アスペクト比
  • FEM計算情報などからのシール剛性算出
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◎ 回転すべりモードの出力
  • 圧力分布:p(r,θ)
  • 粘性せん断応力分布: τ(r,θ)
  • 圧力勾配: dp/dr,dp/dθ
  • 流速ベクトル: vx,vy
  • キャビテーション領域: F(r,θ)
  • その他
    －流量
    －平均圧力
    －平均せん断応力
    －せん断力(せん断抵抗)
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◎ 回転すべりモードの結果表示機能
  • 3Dグラフプロット
  • コンタ、ラインコンタプロット
  • 2Dグラフプロット
  • 流速ベクトルプロット
  • 複数結果の表示
  • グラフの任意領域の拡大
  • グラフデータファイル出力
  • 画像ファイル出力
  • プリンタ出力

ASP-μ

－ 表面粗さ解析プログラム －
◎ 概要

NewtonSuite-ASP-μ（エーエスピーミュー）は、表面粗さを解析するプログラムです。表面粗さの計測データから表面性状を分析し、表面の特性および計測データを接触面として接触解析を行い接触状態を詳細に解析します。
ASP-μには表面性状解析（RSP）と、凹凸面接触解析（CA）の2つの操作モードがあり、表面性状解析ではデータ補正、性状パラメータ、FFT分析、パワースペクトル、粗さ面の人工生成などを分析します。凹凸面接触解析では接触解析モデル作成、接触圧力分布、接触面積(弾性および塑性接触域)、接触熱抵抗計算、各種グラフおよびコンタ表示をサポートしています。

※RSPは、Rough Surface Properties
※CAは、Contact Analysis of rough surface

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◎ 目的
コネクターや電子基板などの接触電気抵抗やミクロな金属接触問題、摩耗問題や材料開発のサポートツールとして利用できます。

◎ 計算モード

ASP-μには次の解析モードが用意されています。

  • 表面性状解析 （RSP） ： 表面粗さ計測データから表面粗さの粗さパラメータを算出
  • 凹凸面接触解析（CA） ： 表面性状解析で用いた粗さデータを利用してミクロな面の接触特性を計算
◎ 表面性状解析モードの計算手法

表面性状解析モード（RSP）は、粗さ測定データ（2Dおよび3Dデータ）を読込み、Ra:平均粗さ、Rq:二乗平均粗さ、Rku:尖り度、Rsk:偏り度など粗さに関する代表的な性状パラメータを算出します。
この他にも入力粗さのノイズリダクション、FFT、補正（円筒面、傾斜面→平面）などの修正や分析機能をサポートしています。 また、出力された表面性状特性データは NewtonSuite-RSCalc および NewtonSuite-OilFilm の入力粗さパラメータとして利用できます。 ASP-μのこのモードは、RSCalc および OilFilmの標準機能にもなっています。

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◎ RSPの機能
  • 2方向の粗さデータから統計的に等しい3D粗さ面の生成asp-rsp-img-02
  • 測定不能データの自動補正
  • 円筒面→平面 / 傾斜面→平面 への入力粗さ面補正
  • バンドパスフィルタ補正
  • Ra , Rq , Rsk , Rku など
  • 凹凸高さの頻度分布
  • 凹凸の負荷面積比グラフ
  • FFT分析
  • 粗さの自己相関
  • FlowFactor のための凹凸アスペクト比の算出
  • 凹凸等価半径の簡易計算
  • パワースペクトル分析
  • 粗さ面の人工生成
《相関比を用いる方法、自己アフィン特性を用いる方法》
  • Hurst指数
  • 接触面積

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◎ 凹凸面接触解析モードの計算手法

凹凸面接触解析モード（CA）は、現実のミクロな粗さ面を用いて接触解析を行い、接触状態を知ることを目的としています。
真実接触面積や凹凸面の変形、ローカルな接触状態を計算し、表面性状分析モードによる表面性状の情報からさらに詳細な粗さの影響の一端を知ることができます。解析モデルは表面性状解析で用いた粗さデータを入力するため、表面性状解析～凹凸面接触解析までシームレスに作業することができます。

◎ 凹凸面接触解析モードから得られる情報
  • 接触領域および真実接触面積asp-ca-img-01
  • 接触表面上のすべり領域およびその面積
  • 接触表面上の固着領域およびその面積
  • 接触表面上の弾性変形接触領域およびその面積
  • 接触表面上の塑性変形接触領域およびその面積
  • 接触面圧分布,接触表面上の摩擦応力（接線応力）
  • 接触表面上の垂直変位,水平変位,局所すべり量
 
◎ 計算機能
  • 初期条件チェック解析asp-ca-img-02
  • 摩擦なしの垂直接触解析
  • 摩擦を考慮した垂直接触解析
  • 摩擦を考慮した接線接触解析
  • 対応する接触面
  • 滑らかな面－滑らかな面
  • 粗い面－滑らかな面
  • 粗い面－粗い面
  • 粗い面の断面カット修正
◎ 計算モード
  • 単一ペア（解析面領域指定可）接触解析
  • 接触面分割（マルチペア）接触解析
  • 接触面連続移動解析
  • その他の機能
  • 複数荷重の連続計算
  • 粗さの高さ断面を複数指定
◎ ポスト機能
  • 接触面の変形図（コンタ表示）asp-ca-img-03
  • 接触圧/せん断応力のグラフ（コンタ表示）
  • 隙間距離のグラフ（コンタ表示）
  • 接触/非接触領域のコンタ表示
  • 非接触/弾性接触/塑性接触領域のコンタ表示
  • 結果サマリー（接触面積/塑性接触面積/接触面積比など）
  • その他多数の表示機能
  • 接触熱抵抗計算
◎ 接触熱抵抗計算とは

接触熱抵抗算出では、真実接触点と空隙部での伝導によって接触熱流が生じると考えます。
接触突起部の熱抵抗は、一般に他の抵抗に比べはるかに小さいため無視できるものとします。

 

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