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システムの応答が複数の物理場による相互作用を受けるとき、マルチフィジクス問題が必要になります。（例：構造変形、流体場、電磁場、温度場、圧力場･･･）
工学、科学の多くの問題には、異なる物理場のある程度の結合レベルが必要になります。過去には、計算能力の不足によってこれらの結合効果を無視するかおおざっぱに考慮するしかありませんでした。
しかし、現在のADINAの機能は、多くの自由なマルチフィジクスの相互作用効果を正確に取り入れることができるようになりました。このような相互作用を考慮すると、設計の性能に対しての深い洞察、より経済的に安全な製品の導入、自然現象の結果と原因の理解を解析が与えてくれます。
図1. ADINAのマルチフィジックス機能の概要
数学的には、マルチフィジクスの問題は、解くべき偏微分方程式の組み合わせで記述されます。計算は、汎用的で効率的な方法を用いてこのような相互作用を取り扱うためのロバストなアルゴリズムへのチャレンジが必要になってきます。ADINAのマルチフィジクスパッケージは、固体、構造、熱伝導、CFDの全てのソルバーを含み、さらには包括的にマルチフィジクスの機能を一つのプログラムに統合しています。
・Fluid-structure interaction (FSI)：流体と構造の相互作用
・Thermo-mechanical coupling (TMC) ：熱と構造のカップリング
・Structural-pore pressure coupling (porous media) ：構造と圧力のカップリング
・Thermal-fluid-structural coupling ：熱と流体と構造のカップリング
・Electric field-structural coupling (piezoelectric) ：電場と構造のカップリング
・Thermal-electrical coupling (Joule heating) ：熱と電気のカップリング
・Acoustic fluid-structural coupling ：音響流体と構造のカップリング
・Fluid flow-mass transfer coupling ：流体と物質輸送のカップリング
ADINAのマルチフィッジック機能は、考慮する範囲も広く独特です。
これらの機能を使って、正確さを損なう事なく、一般的に各種の物理場を取り扱う事ができます。
Fluid-Structure Interaction (FSI)：流体と構造の相互作用
ADINA-FSIは一般的な非線形構造解析と、一般的な流体解析の相互作用の問題を１つのプログラムで解く事ができます。
図2
ADINAの陰解法時間積分を使った、エアバック配置のFSI解析
産業応用の例
Automotive
Systems：自動車システム
Biomedical Applications：バイオ医療の応用
Nuclear Power Plants ：原子力発電所
Compressors, Pumps and Pipe Systems： コンプレッサー、ポンプ、およびパイプシステム
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) ：マイクロ電気機械システム（MEMS）
ADINA-FSIの詳細な情報について、ADINAの
流体構造相互作用機能のページを参照してください。
Thermo-Mechanical Coupling (TMC)：熱と構造のカップリング（TMC）
ADINA-TMCで、完全にカップルされた熱と構造問題を解析できます。
この問題として、温度分布は構造変形に影響し、また構造変形も温度分布に影響するでしょう。
図3
積層シェルの熱と構造解析
産業応用の例
Automotive
systems：自動車システム
Metal forming ：メタルフォーミング
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)： MEMS（マイクロ電気機械システム）
Pressure vessels ：圧力容器
ADINA-TMCの詳細な情報について、私たちのADINAの
熱と構造カップリング機能のページを参照してください。
Structural-Pore Pressure Coupling (Porous Media) ：構造-間隙圧のカップリング（多孔質材）
このマルチフィジックス問題は、固体殻と間隙をなす、間隙圧と多孔質材料（土や生物組織等）の変形のカップリングが特徴です。変形は間隙圧を変え、そして、間隙圧における変化は変形を起こします。
以下のようにさまざまな構成モデルを使用できます。弾性の等方性、直交異方性、温度依存の弾性、温度依存の直交異方性、温度依存の弾塑性、Drucker-Prager, Mohr-Coulomb, Cam-clay、クリープ、プラスチッククリープ等
図4
土の強度解析
図5
腰椎の損傷の進行を予測するための多孔質体の有限要素モデル
産業応用の例
Soil
mechanics and geotechnical engineering ：土質力学と地盤工学
-Slope stability ：斜面安定
-Earthquake analysis of earth dams ：ダムの地震解析
-Consolidation ：強化
Biomedical applications： バイオ医療の応用
Wave propagation in saturated media ：浸透したメディアの波動
Thermal-Fluid-Structural Coupling ：熱と流体と構造のカップリング
このマルチフィジックスは、熱伝導、流体と変形がカップリングされます。
例として、流体の流れは温度を変えます、そして、この温度変化は流体の境界条件の変形を起こします。その結果、流れにも影響します。
図6
排気管マニホールドの熱とCFDと応力解析
産業応用の例
Exhaust
manifolds： エキゾーストマニホールド
Electronic packaging： 電子パッケージ
Combustion systems ：燃焼システム
Metal hydroforming ：メタルハイドロフォーミング
ADINA-TMCの詳細な情報について、私たちのADINAの
熱と流体と構造カップリング機能のページを参照してください。
Electric Field-Structural Coupling (Piezoelectric) ：電場と構造のカップリング（ピエゾ素子）
ピエゾ素子問題は電場と変形のカップリングが特徴です。電場をピエゾ素子材料に適用すると、変形が起きます、そして、変形は電場を引き起こします。この現象は多くのセンサと作動装置の設計の基礎になります。
図7 片もち梁のピエゾ素子の発動
電場と変形の繰り返し計算はADINA-TMCモジュールで実行します。また、ユーザは電位(電束)と歪テンソル(ピエゾ素子マトリクス)との非線形構成を指定できます。
産業応用の例
Microphones：
マイクロホン
Micropumps ：マイクロポンプ
Active vibration control devices ：アクティブ振動制御装置
Adaptive structures ：アダプティブ構造
Thermal-Electrical Coupling (Joule Heating) ：熱と電気のカップリング（ジュール熱）
ジュール熱は、電流による発熱が特徴です。
熱は周囲の物体に影響します。
図8
ADINA-CFDジュール熱機能を使った細胞組織のアブレーション（焼灼）解析
産業応用の例
Fuses： ヒューズ
Circuit breakers： ブレーカー
Electronic packaging ：電子パッケージ
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) ： MEMS（マイクロ電気機械システム）
Tissue ablation ：アブレーション（焼灼）
Acoustic Fluid-Structural Coupling：音響流体と構造のカップリング
いくつかの事例では、流体は、非粘性で非回転で仮定できます。この仮定は、流体応答の計算と流体構造相互作用問題で必要である計算量をかなり抑えられます。
図9
ADINAのサブソニックポテンシャルベース流体要素
このマルチフィジックス機能は、対称が周波数応答の時、特に役立ちます。
産業応用の例
Dams：ダム
Liquid storage tanks： 液体保管のタンク
Nuclear power plants ：原子力発電所
Loudspeakers ：スピーカ
Underwater explosions ：水面下の爆発
Vibration of submerged structures ：没水構造物の振動
Fluid Flow-Mass Transfer Coupling：流体と物質輸送のカップリング
このマルチフィジックス問題は、流体と他の種類(溶質)の混合物の流れと、連続エネルギー方程式の間のカップリングが特徴付です。カップリングは混合物の密度と粘着性の溶質濃度によります。流れによる輸送は混合密度とその粘着性について空間分布を変えます、その結果、フローパターンに影響し、次に溶質の動きに影響します。
図10
気孔媒体のマルチフィジックス流体
産業応用の例
Oil &
gas industry ：オイルと産業ガス
Ground water modeling ：地下水モデリング
Nuclear waste ：核廃棄物
Drug delivery ：ドラッグ配送
References
1.
K. J.
Bathe, The Finite Element Method, in Encyclopedia of Computer Science
and Engineering, B. Wah (ed.), J. Wiley and Sons, 1253-1264, 2009.
2.マルチフィジックス問題における、ADINAのアプリケーションの多くの例に関しては、私たちの
Publicationsページを参照してください。
キーワード :
Multiphysics, fluid-structure interaction, thermo-mechanical coupling,
porous media, piezoelectric, Joule heating, acoustic fluid, fluid
flow-mass transfer coupling, buoyant flow, thermal-fluid-structural
coupling
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