周期境界条件 — CAE用語解説
周期境界条件
対称性を利用したモデルの簡略化
「周期境界条件」ってどんな状況で使うんですか？
繰り返しパターンを持つ構造や流れで、全体の1ユニットだけ計算すれば全体が再現できる場合に使う。例えばタービンブレードの環状配列、モーターのコイルピッチ、蜂の巣構造のメタマテリアルなど。1ユニットの計算で全体の挙動を予測できるから計算コストが劇的に下がる。
どうやって実装するんですか？
周期面の片側の節点変数（変位、圧力など）をもう一方の対応節点に等しくする拘束方程式を設定する。CFDでは入口の流速プロファイルを出口にマッピングして循環させる「周期的流れ場」の設定が代表的だ。FLUENTでは周期境界を指定するだけで自動設定してくれる。
物理的な正確な適用条件
周期境界が使えない場合はどんなときですか？
境界での物理量が完全に周期的でない場合は適用できない。例えば非定常で波が発生してユニット間で位相がずれる場合、厳密な周期性がなくなる。また圧力勾配が全体に一様でない場合も注意が必要だ。周期境界を使った結果は実際の全体モデルとの検証比較が重要だよ。
回転系の解析でも使えますか？
使える。モーターのロータ解析では、全周を1/Nに縮小したセクター（扇形）モデルに回転周期境界条件を設定して計算する。コアの磁気飽和や特定の高調波を解析する場合は扇形の数を変えてモデル化する。電磁界ソルバー（JMAG、Maxwell）では回転周期境界が標準機能として備わっている。
関連用語
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