Single Screw Simulator (Ver.12.0.0)
改良成果資料

2022/11/16
株式会社HASL
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

○改良成果一覧①ユーザ定義多成分移流方程式の解析機能の実装 pp.2-55② 改良成果(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能

pp.57-64(2) モデリング機能改良 (フライトR加工, フライト削除）

pp.65-77(3) リメッシュ時の肉厚変更情報の保護機能

pp.78-81(4) 臨界せん断応力の設定

pp.82-86(5) 解析のリスタート機能

pp.87-93③ SSSカスタマイズ機能（ユーザ定義ルーチン作成）
詳細は以下の別資料を参照ください.
- SingleScrewSimulatorVer12.0.0(2022)カスタマイズ環境設定方法.pptx

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

p.94

○改良成果一覧① ユーザ定義多成分移流方程式の解析機能の実装( Ai + ui∇ ) fi = Bi

Ai , Bi : ユーザ定義任意関数（i=1~n)f i : ユーザ定義未知関数（i=1~n)n : ユーザ定義方程式数
u : 流速ベクトル∇ : ナブラ演算子

用途：

履歴情報計算，濃度計算
滞留時間分布(RTD)計算
化学反応モデル計算(反応押出解析)
繊維破断，液滴分裂，溶融可塑化，etc.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved2

① ユーザ定義移流方程式の解析機能の実装

Df
=g
Dt

：ユーザが自由に定義可能な移流方程式（連立偏微分方程式）
D / Dt : 物質微分(Material derivative)

Screw extruder

Chemical reactor

Df ∂f=+ ui∇f = g
Dt ∂t

Df ∂f
=
+ ui∇f = g
Dt ∂t

Uniformity

Steady state∂f= 0  f ( z) ?
∂t

∇f = 0  f (t ) ?
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved3z移流方程式の離散化法∂f=g
Chemical reactor∂t
Backward differencet = n∆tt = 0 t = ∆t

f

n −1

f

z = n∆zz = 0 z = ∆z

f

t

∂f
u
=g
∂z

Screw extruderun

f n − f n −1
= g n  f n = f n −1 + ∆tg n
∆t

n −1

f

n

z

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved⇕ 等価 ∆z∵ ∆t =

Upwind differencef n − f n −1∆z nu
= g n  f n = f n −1 +
g
∆z
u

4

u

定常移流方程式の離散化式
ui∇f = g

fT

qC →T

fL

q L →C

fC ?

定常状態における濃度収支式（2D 風上差分表現）：
fC ( qC →T + qC → R ) − f L qL →C − f B qB →C = vol×g
流量収支式（非圧縮条件）：

qL →C + qB →C = qC →T + qC → R

fR

qC → Rq B →CfB

f L qL →C + f B qB →C + vol×g
fC =q L →C + q B →C
メリット：全体系で構成された連立方程式を解くこと
で，濃度分布を容易に定量化可能．
デメリット：要素分割刻み幅よりスケールの小さい濃度不均一性を表現できない．（解析結果が要素分割密度に依存）

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved5非定常移流方程式の離散化式∂f+ ui∇f = g∂t
後退差分

f n − f n −1
+ ui∇f n = g∆t
1 n −1
 1
 nf
 + ui∇  f = g +
∆t
 ∆t

1
1 n −1
A= ,B = g +f∆t∆t( A + ui∇ ) f = B
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved6履歴情報計算への活用例○ Explicit (陽解法): 非定常移流方程式に対応∂f+ ui∇f = g∂t○ Implicit (陰解法): 定常移流方程式に対応

ui∇f = g＊対象となる履歴情報に応じて, 発生項 g を以下のように定義して解析
履歴情報
ひずみ（歪み速度履歴）
応力履歴
粘性発熱履歴Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

7

発生項 g

ユーザ定義ルーチン
表1 ユーザが自由にカスタマイズ可能なサブルーチン

ユーザ定義ルーチン名

機能1) initialsetforchem

化学反応種の初期設定及び解析条件の設定2) viscal

粘度計算3) tempcal

温度計算4) chemfscal

化学反応式の左辺及び右辺荷重ベクト
ルの設定

5) chemvariable

化学反応成分の代数的関係式の計算

6) chemwrite

化学反応解析結果のファイル出力

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

8コーリングシーケンス
1) initialsetforchem:
移流方程式（化学反応モデル）の初期条件設定熱流動場との連成解析の場合（非連成解析の場合は，chemcalを非ニュートン
反復計算終了後のループ外でコール）

gamcal:
流速，ひずみ速度の計算

unfillcal:
部分充満状態の計算
3) tempcal:
温度の計算
chemcal:
移流方程式(化学反応モデル）の計算

n

収束?

y

6) chemwrite:
移流方程式解析結果の出力
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

return4) chemfscal(ib):移流方程式左辺係数行列と右辺生成項の設定

Matrixsetchem(ic,ib)
有限要素離散化方程式の構成
Matrixsolve(ic,ib)
有限要素離散化方程式の求解

化学種数(ic)反復計算ループ

fluxcal:
節点流量の計算

移流方程式収束反復計算ループ2) viscal:
粘度の計算

ブロック単位(ib=1～最大ブロック数）で呼出し

非ニュートン熱流動反復計算ループ

heleshaw:
熱流動場の計算5) chemvariable(ib)
解析結果の代数的関係式の計算

y

収束?

n
図1 コーリングシーケンス

9

公開情報
表2 解析モデル要素情報 (ib: ブロック数）
変数名

内容

nelem(ib)

要素数ndivl(ib)

周方向要素分割数

ndivzs(ib)軸方向要素分割数

ibtype(ib)スクリュモデル定義（0: 標準定義, 1:矩形領域定義）

inqc(ie,ib)

要素構成節点数 （SSSは三角形要素で構成されるため 3 ）ndiv
ientab(ie,ib)
entab(ientab(ie,ib),ib)

肉厚方向の要素分割数
要素ieを構成する節点番号リスト（ローカル）
要素ieを構成する節点番号リスト（グローバル）(例) 要素ieを構成する節点番号は以下で抽出できる.
entab(ientab(ie,ib)+ii-1,ib), ii=1～3(inqc(ie,ib))height(ie,ib)

要素ieの肉厚(ie=1~nelem(ib),単位cm)

vol(ie,ib)

要素ieの体積(ie=1~nelem(ib),単位cm3)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved要素情報(1) 標準定義（フライトあり）
ndivl(ib)*2×(ndivzs(ib)-1)+1

ndivl(ib)*2×ndivzs(ib)=nelem(ib)

j

j=2

j=1

j=3

i=1 i=2 i=3 i=4 i=5 i=6i
1●(i,j)(1) 展開①

ndivl(ib) *2

位置(i,j)の要素番号:ndivl(ib)*2×j+i，
i=1~ndivl(ib)*2, j=0~ndivzs(ib)-1②③

周方向分割数①, ②, ③,・・・ndivl(ib)に対して, 要素は2つずつ配置されるため, 要素数はndivl(ib)*2 となる.

(2) 矩形領域定義
ndivl(ib)*4×(ndivzs(ib)-1)+1

ndivl(ib)*4×ndivzs(ib)=nelem(ib)

(2)
展開

i=11
i=3
i=7
i=4 i=2i=8 i=6i=12 i=10
i=9
i=1
i=5

j
j=3
j=2
j=1

1

i
位置(i,j)の要素番号:ndivl(ib)*4×j+i， ndivl*4(ib)i=1~ndivl(ib)*4, j=0~ndivzs(ib)-1

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

11

①
②
③
周方向分割数①, ②, ③,・・・ndivl(ib)に対して, 要素は4つずつ配置されるため, 要素数はndivl(ib)*4 となる.

表3 解析モデル節点情報 (ib: ブロック数）
変数名

内容

nnode(ib)

節点数

xnode(in,ib),ynode(in,ib),znode(in,ib)

節点inのx,y,z座標(in=1~nnode(ib),単位cm)

nren(in,ib)

節点inを含む（隣接する）要素数

nrelem(inrelem(in,ib)+ii-1,1)

節点inを含む（隣接する）要素番号(ii=1~nren(in,ib))(1) 標準定義（フライトあり）
jndivl(ib)×ndivzs(ib)+1

ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1)=nnode(ib)

展開
1

i
1
●
(i,j)

ndivl(ib)
位置(i,j)の節点番号:ndivl(ib)×j+i，
i=1~ndivl(ib), j=0~ndivzs(ib)Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

12

右端の
節点番号は左端
と等しい

●

節点情報

●
●

●
●

(2) 矩形領域定義●●●

外周節点（●）と内部節点（●）に分けて,以下のように定義されます.

●
●

●
●
●

●

外周節点の総数

・外周節点（●）

ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1)

ndivl(ib)×ndivzs(ib)+1

●

●

j

右端の
節点番号は左端
と等しい

●

展開
j=3
j=2
j=1 ●

1

● ●

●
(i,j)

i
位置(i,j)の節点番号:ndivl(ib)×j+i， ndivl(ib)i=1~ndivl(ib), j=0~ndivzs(ib)・内部節点（●）
j
位置(i,j)の節点番号:
ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1)+ ndivl(ib)×j+i，
i=1~ndivl(ib), j=1~ndivzs(ib)内部節点の総数

外周節点の総数

ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1) +ndivl(ib)×(ndivzs(ib)-1)+1

1

ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1) + ndivl(ib)×ndivzs(ib)=nnode(ib)
●

●

●

j=3
j=2
j=1 ●

●

i
ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1) +1
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

13

ndivl(ib)×(ndivzs(ib)+1) +ndivl(ib)表4 境界条件,成形条件情報 (ib: ブロック数）
変数名

内容

tempinlet

流入温度（℃）

pprescribedinlet

流入口設定圧力（MPa）

pprescribed

流出口圧力（MPa)qprescribed

押出量（kg/h)

flowrateinlet

流入口設定流量(cc/s)

rpm

スクリュ回転数(rpm)href(1,ie,ib)

要素ieのスクリュ面熱伝達係数(W/cm2/K)

tbound(1,ie,ib)

要素ieのスクリュ面境界温度(℃)

href(2,ie,ib)

要素ieのバレル面熱伝達係数(W/cm2/K)

tbound(2,ie,ib)

要素ieのバレル面境界温度(℃)

iboundt(in,ib)

節点inの温度境界条件（0:拘束，非0:自由）ibound(in,ib)

節点inの圧力境界条件（0:拘束，非0:自由）Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved14表5 物性情報 (ib: ブロック数）
変数名

内容

rhoh(i,ie,ib)

要素ieの層(i=1~ndiv+1)の密度(g/cm3)

cph(i,ie,ib)

要素ieの層(i=1~ndiv+1)の比熱(J/g/K)

vish(i,ie,ib)

要素ieの層(i=1~ndiv+1)の粘度(Pa・s)
i=1 : スクリュ表面,i=ndiv+1：バレル表面

表6 解析結果要素情報 (ib: ブロック数）
変数名

内容

temh(i,ie,ib)

要素ieの層(i=1~ndiv+1)の温度(℃)

gam(i,ie,ib)

要素ieの層(i=1~ndiv+1)のひずみ速度(J/g/K)

uh(i,ie,ib),vh(i,ie,ib),wh(i,ie,ib)

要素ieの層(i=1~ndiv+1)の流速ベクトル成分(cm/s)

tempe(ie,ib)

要素ieの温度

fille(ie,ib)

要素ieの充満率

filleavb(ie,ib)

要素ieの平均充満率（濃度計算用）

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved15表7 解析結果節点情報 (ib: ブロック数）
変数名

内容

pres(in,ib)

節点inの圧力(Pa)temp(in,ib)

節点inの温度(℃)

visn(in,ib)

節点inの粘度(Pa・s)gamn(in,ib)

節点inのひずみ速度(s-1)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved16

表8 ユーザ定義変数 (ib: ブロック数）
変数名

内容

chemcnumber

解析対象とする移流方程式の本数（化学種数）

chemvnumber

解析で考慮する配列変数の数

commonvnumber

ルーチン間で共用するスカラー変数の数

chemcname(i)

化学種の名称（i=1~chemcnumber)

chemvname(i)配列変数の名称（i=1~chemvnumber)

chemc(i,ie,ib)

化学種の要素濃度(i=1~chemcnumber,ie=1~nelem(ib))

chemcn(i,in,ib)

化学種の節点濃度(i=1~chemcnumber,ie=1~nelem(ib))

chempar(i,ie,ib)

化学種依存の要素変数(i=1~chemvnumber,ie=1~nelem(ib))

chemparn(i,in,ib)

化学種依存の節点変数(i=1~chemvnumber,ie=1~nelem(ib))

commonvpar(i)ルーチン間で共用するスカラー変数(i=1~commonvnumber)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

17ユーザ定義ルーチンの利用方法
1) 公開されているソースコードを用途向きに書き直す．
2) Fortran complier を利用して，実行ファイルSingleScrewSimulator.exe 作成．
3) 実行ファイルSingleScrewSimulator.exe を¥bin¥x86¥Systemフォルダーにコピー．
4) GUIに新しく設けられた, ユーザ定義解析タブ内のユーザ定義ルーチンをチェック状態にする．
5) 従来通りの方法に従ってプログラムを実行．

4)
チェック状態とするとユーザ定義ルーチンをコール
チェック状態 ： 熱流動解析との連成（各非ニュートン反復計算毎にコール）
非チェック状態 ： 熱流動解析と非連成（熱流動解析後にコール）
ユーザが定義した連立非線形偏微分方程式の反復収束計算回数（線形の場合は１）反復収束計算の緩和係数 (0.0～1.0)
離散化方程式の反復法マトリックスソルバー（Gauss-Seidel法）の最大反復計算回数
反復法マトリックスソルバーの反復計算終了基準値εAx − B≤ ε → 反復計算終了
B＊ユーザ定義ルーチンの解析対象は, 1ブロック（熱流動解析開始）以降になります.
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

18ユーザ定義ルーチンの利用例紹介① 濃度計算／定常移流方程式

pp.20-24② 滞留時間(RTD)計算／非定常移流方程式

pp.25-32*標準解析機能として実装 (p.57～)③ 化学反応モデル計算（反応押出解析）／非定常移流方程式 & 熱流動場連成解析

pp.33-55◎ ポリプロピレン（PP）の反応押出解析の事例紹介＊当事例の化学反応モデルおよび検証内容の詳細については,
TwinScrewSimulator Ver.9.0.0 改良成果資料 および 成果報告会動画を参照ください.
（当社ウェブサイトにて一般公開）☜

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

19ユーザ定義ルーチンの利用例紹介① 濃度計算流入口境界例
展開図
スクリュ入口の周方向半分に濃度を設定（流量で重み付け,均一化した場合に f = 0.5に漸近）

ui∇f = 0
f ： Concentration [-]残りの周方向半分は濃度0 設定

解析結果例

Concentration [-]Flow direction

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

20サンプルプログラム① 濃度計算（フォルダ名:conc）
Initialsetforchem の内容
ポストタイトル
全ブロックに設定
要素濃度の初期設定
単一成分濃度
節点濃度の初期設定
1ブロック目に流入境界条件を設定
流入口に設定されている全流量の計算
流入口境界(in=1~iinletnodenum/2)の半領域に設定されている流量の計算
流入口境界(in=1~iinletnodenum/2)の半領域に濃度を設定，残りの半領域の濃度は0(当設定によって濃度平均
値は0.5に漸近)Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

21chemfscal の内容

ui∇f = 0

ブロック毎に呼出される比較( Ai + ui∇ ) fi = Bi
TSSが解析対象とする移流方程式：( chemf (ic, ie, ib) + ui∇ ) f (ic, ie, ib) = chems(ic, ie, ib)
ic=1, f (1,ie)=chemc(1,ie,ib)
chemf(1,ie,ib)=0.0
chems(1,ie,ib)=0.0

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

Ai , Bi : ユーザ定義任意関数（i=1~n)f i : ユーザ定義未知関数（i=1~n)n : ユーザ定義方程式数
u : 流速ベクトル∇ : ナブラ演算子

22

User define model タブメニューの設定

ユーザ定義ルーチンのコール
当濃度計算は，熱流動解析に影響を及ぼさないため，非連成（チェックボックスを非チェック）線形方程式の定常解
析では，反復計算を要しないため 1 に設定

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved23解析結果例： スクリュ回転数が濃度分布に与える影響比較
・スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, L/D=15 (571.5 mm), 2ブロック構成
・解析条件（共通）： 流量規定 5cm3/sec, 入口圧力 0.001MPa
・樹脂データ ：Newton流体 (1000 Pa・s）
条件１: スクリュ回転数 30 rpm
Flow direction
Flow direction

条件２: スクリュ回転数 60 rpm

条件３: スクリュ回転数 120 rpm

濃度分布予測結果 (プロジェクト名：conc_**)Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved24

② 滞留時間分布(RTD : Residence Time Distribution)の計算
RTD [sec-1]

Df ∂f=+ u i∇f = 0
Dt ∂t

Time [sec]Tracer concentration [-]t = tmint = tmaxt

f out (t ) = fin  RTD(t )dt

fin(t)=fin0t = tmax

fout(t)1 df out (t )RTD(t ) =fin dt

tmax

RTD(t )dt = 1

tmin

t = tmin Time [sec]∵ f out (tmax ) = fintres = 

tmax

tmin

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

25

t×RTD(t )dt

② 滞留時間分布（RTD）計算（フォルダ名:rtd）
Initialsetforchem の内容
ポストタイトル
全ブロックに設定

単一成分濃度

要素濃度の初期設定
非定常計算刻みとシミュレーション時間として利用する変数の数

節点濃度の初期設定
1ブロック目を指定
流入口に配置された節点に対する境界条件(濃度：1) の設定

各種配列変数のダイナミックアロケーション（ユーザ定義不要の固定構文）

時間刻み：0.2 sec, GUIから入力可能
シミュレーション時刻

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved26∂f+ ui∇f = 0∂t

chemfscal の内容
ブロック毎に呼出される

後退差分

f n − f n −1
+ ui∇f n = 0∆t
 1
 n 1 n −1f
 + ui∇  f =
∆t
 ∆t

ic=1, f (1,ie,ib)=chemc(1,ie,ib),Δt=commonvpar(1)chemf(1,ie,ib)=1/Δt=1/commvpar(1)chems(1,ie,ib)=f n-1/Δt=chemc(1,ie,ib)/commonvpar(1)比較
TSSが解析対象とする移流方程式：( chemf (ic, ie, ib) + ui∇ ) f (ic, ie, ib) = chems(ic, ie, ib)
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

27chemvariable の内容
ブロック毎に呼出される

流出口境界条件の影響を緩和するための境界層数: 4ブロック ib のスクリュメッシュが標準定義の場合
周方向要素数分のループ
流出口境界位置の要素番号に変換

ibtype(ib)=0
ibtype(ib)=1

ブロック ib のスクリュメッシュが矩形領域定義の場合
周方向要素数分のループ
流出口境界位置の要素番号に変換

iz=ndivzs(ib): ブロックibの軸(z)方向要素分割数
流出口境界で計算される濃度の周方向体積重み付け
平均値：csum/volsum の計算
filleavb(ie,ib):ブロックibの要素ieの充満率
vol(ie,ib):ブロックibの要素ieの体積
chemc(1,ie,ib):ブロックibの要素ieの濃度
nevolsum =  filleavb(ie, ib) * vol (ie, ib)
ie = ns
ne

iz=1

iz=2

iz=3

ndivl(ib): ブロックibの周方向要素分割数
標準定義の場合(ibtype(ib)=0), 周方向要素数は 2*ndivl(ib)矩形領域定義の場合(ibtype(ib)=1), 周方向要素数は 4*ndivl(ib)csum =  filleavb(ie, ib) * vol (ie, ib) * chemc(1, ie, ib)
ie = ns

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

28chemvariable の内容（続き）

1ブロック目の場合

t=t+Δtスクリュモデルの最終ブロック(iblock)の場合

cheminf ファイル (出力番号：99)へのシミュレー
ション時刻と流出口平均濃度のエコープリント

実行ウィンドウ(出力番号: *)へのシミュレーシ
ョン時刻と流出口平均濃度のエコープリント

cheminf ファイルの出力内容は, 解析終了後に解析結果ファイル名.rtd に自動コピーされます.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved29

User define model タブメニューの設定

ユーザ定義ルーチンのコール
滞留時間計算は，熱流動解析に影響を及ぼさないため，
非連成（チェックボックスを非チェック）
非定常計算サイクル数

非定常計算の時間刻み
Δt (sec) = rtdtime＊解析事例の詳細は, p.57～を参照ください.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved30

SSS出力ファイル（xxx.rtd, xxx:プロジェクト名; rtd**）

A:流出口（スクリュ出口）のブロック番号
B:シミュレーション時刻
C:流出口平均濃度

D:滞留時間分布（B vs. C情報より作成）

コンマ区切りでエクセルに読み込み
B vs. C ：流出口平均濃度の時間依存性

B vs. D ：滞留時間分布

シミュレーション時刻 流出口平均濃度
流出口（スクリュ出口）のブロック番号Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved31滞留時間分布情報の作成方法
1) Dカラムの1行目に数式=(C2-C1)/0.2を入力してリターンキーを押す．（(C2-C1)/計算時間刻み：Δt=0.2の場合）

2) Dカラムの1行目をマウスクリックし，マウス右ボタン
を押してコピーを選択．

3) Dカラムの2行目から末尾行までをマウスドラッグ選択し，再度マウス
右ボタンを押して形式の貼り付けをマウスクリック選択．

4) Dカラムの一番最後の行のみ削除する

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved32

③ 化学反応モデル計算（反応押出解析）
解析事例 : 二軸スクリュ内における過酸化物によるポリプロピレンの分解反応解析
ポリプロピレン
Polypropylene

プロピレン
Propylene
H

CH3

C

C

H

H

・・・

H

CH3

H

CH3

H

CH3

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

ぺルオキシドPeroxide
2 R O

R O O R
O-Oの単結合は非常に壊れやすいCopyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

フリーラジカル（遊離基）Free radical

33

・・・

フリーラジカルによる水素原子の引き抜き

・・・

H

CH3

H

CH3

H

CH3

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

R

・・・

・・・

H

CH3

H

CH3

H

CH3

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

・・・

R

+
O H

H

CH3

H

CH3 H

CH3

C

C

C

C

C

C ・・・

H

H

H

H

+
O

高分子鎖のβ切断
H

CH3

H

CH3

H

CH3

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

・・・

Transfer
Termination
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

34

+

H

Free radical reaction kinetic model 1),2)
ペルオキシド(Peroxide)の濃度変化

D[I ]
Dt

= −κ d [ I ]ペルオキシドラジカル（Peroxide radical）の濃度変化

D  R o Dt∞

= 2 fkd [ I ] − κ1  R   (n − 1) [ Pn ]on=2

ポリプロピレン高分子鎖(鎖数 n )の濃度変化

D [ Pn ]Dt= κ1  R o   2  [ Pi ] − (n − 1) [ Pn ]  i = n +1
∞

[ I ] : ペルオキシド濃度[mol/m3]
 R o  : ラジカル濃度[mol/m3][ Pn ] : 鎖数 n の高分子濃度[mol/m3]

κ d : ペルオキシド分解速度定数[s-1]κ1 : 高分子鎖分解速度定数[m3/mol/s]

1) Suwanda, D., Lew, R. and Balke, S. T.: “Reactive extrusion of polypropylene I:
Controlled degradation”, J. Appl. Polym. Sci. , 35(4),1019-1032(1988)
2) Suwanda, D., Lew, R. and Balke, S. T.: “Reactive extrusion of polypropylene II:
Degradation kinetic modeling”, J. Appl. Polym. Sci. , 35(4),1033-1048(1988)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved35

PPの分解プロセスを表現する化学反応モデル* 3)

Qi: i番目のモーメント [mol/m3]
f : Initial efficiency (0.6～1)* 4)（参考文献）TwinScrewSimulator Ver.9.0.0 改良成果資料

3) Tzoganakis, C., Vlachopoulos, J. and Hamielec A. E.,” Production of Controlled-Rheology Polypropylene Resins by
Peroxide Promoted Degradation During Extrusion” , Polym. Eng. Sci., 28(3),170-180(1988)
4) Hulburt, H. M. and Katz, S. ”Some Problems in Particle Technology : A Statistical Mechanical
Formulation”, Chem. Eng. Sci. , 19,555-574(1964)
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved36粘度と各種平均分子量との関係
Mn: 数平均分子量
Mw: 重量平均分子量
Mz: z平均分子量42g/mol

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved37

Modified Cross model6)
η=

η0
,
1− n
1 + C (η0γɺ )T 
η0 = B exp   , T0 
B = k1M w3.7，
Mz
C = k2Mw

非噛合型異方向回転二軸スクリュの
2D FAN法を利用した等温完全充満
部分領域の解析

6) Fukuoka, T. and Min, K. , “Flow Analysis a Reactive Processing in a Twin Screw
Extruder”，Seikei-Kakou, 7(8),521ー528(1995)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

38

解析条件
・スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, L/D=21 (800.1 mm), 1ブロック構成
・解析条件（共通）： 流量規定 5cm3/sec, 入口圧力 0.001MPa, スクリュ回転数 60rpm
バレル温度 200℃, 入口温度 200℃

ゾーン１: 5D / 5mmt

ゾーン２: 8D / 5→3 mmt

粘度モデルの比較

Case

Thermal condition
for chemical model

Viscous model

ゾーン３: 8D / 3mmt

u：流動情報T：温度情報C：化学成分情報
η：粘度情報1

Non-isothermal

Cross

u,T

→ C

2

Non-isothermal

Modified Cross6)

u,T

→ C

η (γɺ, T , C )Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved39図11 フローカーブのCross モデルフィット（Material fit data base, PP_D3)
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

40各種モーメント流入境界値
ρ750kg / m3

解析条件
入力基本情報ρ : 750 kg/m3

M n : 74400 kg/mol
M w : 356000 kg/mol
M z : 1176000 kg/mol

Q0 =

Mn

=

74400kg / mol= 0.010mol / m3

750kg /m3
Q1 === 1.7857×104 mol / m3
−3
m0 42×10 kg / molρ

MW Q1 356000kg / mol×1.7857×104 mol / m3
Q2 ==42×10−3 kg / mol
m0= 1.5136×1011 mol / m3

M z Q2 1176000kg / mol×1.5136×1011 mol / m3
Q3 =
=
m0
42×10−3 kg / mol= 4.2381×1018 mol / m3

計算条件

ペルオキシド流入境界値[ I0 ] :非ニュートン反復計算数：10
化学反応成分：4 種

1000 ppm=10-3 mol/m34
1.49×1012分解速度定数[s-1] kd = 1.98×10 exp  − T + 273.15 
Initiator efficiency[-]f = 1.0

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

41

化学反応モデル反復計算数：10
化学反応モデル緩和係数：1.0

計算時間： 40.2 sec
IntelR CoreTM i7-9700
CPU @3.00 GHz

解析結果例： 粘度分布（Pa・s）

Case1 : Cross modelCase2 : Modified Cross model

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved42

③ PP分解反応計算
Initialsetforchemの内容
当ルーチン内で利用する変数の型宣言

解析対象とする移流方程式の数＝4

化学反応計算の初期値（境界値）設定

代数的関係式の数＝6コモン変数の数＝2

ポスト項目の見出し

各種平均分子量の初期値設定
Viscalと共用する変数定義

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

43

全ブロックに設定

化学種要素変数の初期設定

ブロック1の流入口(in=1~iinletnodenum)に
濃度境界値を設定
化学種節点変数の初期設定

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

44chemfscalの内容
ブロック毎に呼出される
当ルーチン内で利用する変数の型宣言
Initiator efficiency
ペルオキシド分解速度定数
パラメータ

TSSが解析対象とする移流方程式：
D

chemf
(
ic
,
ie
,
ib
)
+

 f (ic, ie, ib) = chems (ic, ie, ib)
Dt

ペルオキシド分解速度定数の計算
tempe(ie, ib): ブロックibの要素ieの温度

D[I ]

D

= −κ d [ I ]   κ d +[I ] = 0
Dt
Dt 


 Q − 3Q0 
DQ0= 2 f κd [ I ] 1
Dt
 Q1 − Q0 
 Q0 
DQ1= −2 f κ d [ I ] Dt Q1 − Q0 1
 1
 − 3 Q3 + 3 Q1 − 2Q0 
DQ2= 2 f κd [ I ]Dt
Q1 − Q0

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved45

変数対応関係[ I ] : chemc(1, ie, ib)
Q0 : chemc(2, ie, ib)
Q1 : chemc(3, ie, ib)
Q2 : chemc(4, ie, ib)chemvariableの内容
ブロック毎に呼出される
当ルーチン内で利用する変数の型宣言
プロピレンの分子量：4.2D-02 kg/m3

Closure relation

変数対応関係Chempar(1,ie,ib) : Q3
Chempar(2,ie,ib) : 数平均分子量Mn
Chempar(3,ie,ib) : 重量平均分子量Mw
Chempar(4,ie,ib) : Z平均分子量Mz
Chempar(5,ie,ib) : Mw/Mn
Chempar(6,ie,ib) : Mz/Mw

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

46

nonnew : 非ニュートン識別番号
1:Newtonian
2:Power law
3:Log polynomial
4:Carreau
5:Carreau Yasuda
6:Cross

viscalの内容

Tb T + 273.15 

η0 = a exp a→bcoef (Material fit パラメータ),
Tb→tref (Material fit パラメータ),
T→temhi:要素ieの層iの温度3.7

 M (t ) η0 (t ) =  w  η0 (0) M w (0) dc =M z (t ) / M w (t )M z (0) / M w (0)η=Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

47

η0
1− dn

 η * gamm 
1 + dc *exp  0 rcoef chemwriteの内容

ローカル変数の定義：化学種4成分，代数関係式6成分
出力ファイルオープン
機番110: ファイル名CHEMCON, 化学種4成分出力用機番111: ファイル名CHEMPAR, 代数関係式6成分
ブロックのループ
境界節点を除く，節点番号ループ
化学種ループ
節点inを含む要素数ループ
ine:節点inを含む要素番号
unfilmask:0 ; 未充満領域も計算量を表示:1 ; 未充満領域の計算量を非表示

unfilmask:1の場合は，要素充満率を考慮した体積重み付け平均，
unfilmask:0の場合は，要素充満率を無視した体積重み付け平均
nren(in,ib):ブロックibの節点inを含む要素数
nrelem(inrelem(in,1)+ii-1,ib):ブロックibの節点inを含むii番目の要素番号
fille(ine,ib) : ブロックibの要素ineの充満率（0 or 1)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

48

流入口境界を除く節点の化学種濃度を体積重み付けの要素濃度より計算

非チェック：unfilmask=0
チェック：unfilmask=1＊Surface Renewal Model パラメータ設定フォーム下部

境界節点を除く，節点番号ループ
代数関係式数ループ
節点inを含む要素数ループ
ine:節点inを含む要素番号
unfilmask:0 ; 未充満領域も計算量を表示:1 ; 未充満領域の計算量を非表示

unfilmask:1の場合は，要素充満率を考慮した体積重み付け平均（未充満領域を非表示），
unfilmask:0の場合は，要素充満率を無視した体積重み付け平均（未充満領域も表示）

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved49

流入口境界を除く節点の代数関係式
を体積重み付けの要素濃度より計算

ブロック ib のスクリュメッシュが標準定義の場合
軸方向分割数ループ
軸方向分割数iz断面内の開始節点番号
軸方向分割数iz断面内の終了節点番号

化学種 ic の数平均値の計算

軸垂直断面内の化学種
平均値の計算軸方向分割数iz断面のz座標と各種数平均化学種計算値のファイルCHEMCON への出力
ブロック ib のスクリュメッシュが矩形領域定義の場合
以下の矩形領域定義のコードは省略（詳細は直接ソースコードを参照ください）

化学種変数と数平均
値対応関係[ I ] : chemcon(1)Q0 : chemcon(2)Q1 : chemcon(3)Q2 : chemcon(4)Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved50

ブロック ib のスクリュメッシュが標準定義の場合
軸方向分割数ループ
軸方向分割数iz断面内の開始節点番号
軸方向分割数iz断面内の終了節点番号

代数関係式 ic の数平均値の計算

軸垂直断面内の代数的関係式平均値の計算

軸方向分割数iz断面のz座標と各種数平均代数的関係式
計算値のファイルCHEMPAR
への出力ブロック ib のスクリュメッシュが矩形領域定義の場合
以下の矩形領域定義のコードは省略（詳細は直接ソースコードを参照ください）

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved51

数平均値と代数的関係式対応関係
chemparameter(1) : Q3
chemparameter(2) : 数平均分子量Mn
chemparmeter(3) : 重量平均分子量Mw
chemparameter(4) : Z平均分子量Mz
chemparameter(5) : Mw/Mn
chemparameter(6) : Mz/Mw

User define model タブメニューの設定

ユーザ定義ルーチンのコール
当化学反応計算は，熱流動解析に影響を及ぼすため，
熱流動場との連成解析（チェックボックスをチェック）

非線形反復計算回数

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved52解析結果例： ペルオキシド濃度 （mol/m3）, Case2: Modified Cross model

コンターランク数値の指数表示．
テキストボックスには小数点以下のの桁数を指定．
Initialsetforchemでユーザが定義したポスト項目見出し．

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

53

SSS出力ファイル（CHEMCON, プロジェクト名; pp**）

Z座標

[I]

Q0

Q1

A vs. B ：z座標 vs. ペルオキ
シド濃度

A vs. C ：z座標 vs. Q0

A vs. D ：z座標 vs. Q1

A vs. E ：z座標 vs. Q2

Q2

コンマ区切りでエクセルに読み込み

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

54

SSS出力ファイル（CHEMPPAR, プロジェクト名; pp**）

Z座標

Q3

Mn

Mw

Mz

Mw/Mn

Mz/Mw

A vs. B ：z座標 vs. Q3

A vs. C ：z座標 vs. Mn

A vs. D ：z座標 vs. Mw

A vs. E ：z座標 vs. Mz

A vs. F ：z座標 vs. Mw/Mn

A vs. G ：z座標 vs. Mz/Mw

コンマ区切りでエ
クセルに読み込み

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

55

○改良成果一覧①ユーザ定義多成分移流方程式の解析機能の実装② 改良成果(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能(2) モデリング機能改良 (フライトR加工, フライト削除）(3) リメッシュ時の肉厚変更情報の保護機能(4) 臨界せん断応力の設定(5) 解析のリスタート機能③ SSSカスタマイズ機能（ユーザ定義ルーチン作成）

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

② 改良成果(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能
本機能では, 以下に示す輸送方程式を解析し, スクリュ出口に到達する樹脂の濃度分布および滞留時間分布 をグラフ化することが可能になりました.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved57

(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能
利用手順(1). 従来通りの運用で, 解析プログラム実行タブにて解析条件を設定します.
(2). ユーザ定義解析タブに移動し, ユーザ定義ルーチンの利用／RTD解析にチェックを入れます.
(3). 計算パラメータ内 (A) 非定常反復計算回数 および (B) RTD解析の時間刻みを設定します.
(A)×(B) が滞留時間の最大観測時間になります（＊解析対象は1ブロック(熱流動解析開始)以降）.
(4). (3)の設定後, 解析プログラム実行タブに移動し, 条件保存および解析実行します.

(1)

(2)

(A)

(B)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved58

(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能／解析事例1
・スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, ピッチ 45mm, L/D=16.14 (615.0 mm), 3ブロック構成

ブロック１: 360mm

ブロック２: 120mm

ブロック３: 135mm

矩形領域
展開図

5 mmt
0.5 mmt
0.1 mmt

ゾーン１: 4D / 8mmt

ゾーン２: 4D / 8→5 mmt

矩形領域定義3D / 5 mmt

・樹脂データ（共通）： HDPE_B3（Materialfit データベース）
・解析条件（共通）： 流量規定, 入口圧力 0.001MPa, バレル温度 200℃, 入口温度 200℃
⦿事例1: 回転数(N)がRTDに与える影響確認条件

押出量(Q)

回転数(N)

1-1

20.79 kg/h (7.5cm3/s)

60 rpm1-2

20.79 kg/h (7.5cm3/s)

120 rpm

1-3

20.79 kg/h (7.5cm3/s)

150 rpm

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved59

(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能／解析事例1○スクリュ出口の濃度(fout(t)) 予測結果

○スクリュ出口の滞留時間分布(RTD) 予測結果
60rpm
120rpm60rpm
120rpm150rpm150rpm○平均滞留時間の比較

条件

500

解析結果:  ti RTD(ti )∆t [sec]

平均滞留時間: Vol / Qex [sec]i =11-1: 60rpm
1-2: 120rpm
1-3: 150rpm

48.4
48.9
49.4

51.2
51.2
51.2

(Δt :0.2 sec, 500 cycle unsteady analysis)
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

60* .suminf ファイルから抽出

(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能／解析事例1○1-3: 150rpm の各ブロック終点における出口濃度
B1

B2○1-3: 150rpm の各ブロック終点におけるRTD分布

B3=outB1 B2Concentration [-]○1-3: 150rpm の濃度分布の時間経過（展開図）
Flow direction

30sec後40sec後

B3=outB2
B1

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

B3=out61

50sec後(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能／解析事例2
⦿事例2: ミキシング部（矩形領域）の流路形状がRTD分布に与える影響確認
・樹脂データ（共通）： HDPE_B3（Materialfit データベース）
・解析条件（共通）： 流量規定, 入口圧力 0.001MPa, バレル温度 200℃, 入口温度 200℃,
押出量 13.86 kg/h (5cm3/sec), スクリュ回転数 30rpm
・スクリュモデル： 矩形領域の形状を変えた以下の３種類【条件2-1】
ブロック１:
45mm【条件2-2】
ブロック２:
120mm

ブロック３:
45mm

ブロック１:
45mm【条件2-3】
ブロック２:
120mm

ブロック３:
45mm

ブロック１:
45mm

ブロック２:
120mm

ブロック３:
45mm

5 mmt

5 mmt

5 mmt

0.5 mmt
0.1 mmt

0.5 mmt
0.1 mmt

0.5 mmt
0.1 mmt

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved62

(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能／解析事例2
⦿事例2: ミキシング部（矩形領域）の流路形状がRTD分布に与える影響確認○スクリュ出口の濃度(fout(t)) 予測結果

○スクリュ出口の滞留時間分布(RTD) 予測結果
2-1
2-2

2-3

2-1
2-2
2-3

○平均滞留時間の比較
150

条件

解析結果:  ti RTD(ti )∆t [sec]

平均滞留時間: Vol / Qex [sec]

i =1

2-1:

13.7

17.6

2-2:

12.9

17.4

2-3:

15.3

19.4

(Δt :0.2 sec, 150 cycle unsteady analysis)
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

63* .suminf ファイルから抽出

(1) 滞留時間分布（RTD）解析機能／解析事例2○展開図の流速ベクトル分布（矩形領域下流側）【条件2-1】

相対的に到達時間遅い【条件2-2】【条件2-3】 (事例1)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

64

② 改良成果(2) モデリング機能改良 (フライトR加工, フライト削除）
本機能では, 昨年度 ver.11で追加された, (1)フライト部のR付け, および (2)フライト端部の一部削除の効率化を, 用途拡大を目的に拡張しました.
昨年度 ver.11 追加機能（詳細は, ver11 改良成果資料参照ください)① フライト部のR付け： ブロック毎にR形状（肉厚変更）を一括で設定.

② フライト端部の一部削除: ブロック終端のフライト一部削除を一括で設定.
（用途: ブロック間の境界における解析結果の不連続性を解消するモデリング上の対策）

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

(2) モデリング機能① フライト部のR付け: 選択ブロックに圧縮部（肉厚可変）が含まれる場合への対応を追加

ブロック開始位置での
肉厚情報

拡張内容：変更規則の切替え(1)溝基準（従来通り）(2)フライト基準：追加機能

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved66

(2) モデリング機能改良① フライト部のR付け: 利用例／肉厚変更実施後の肉厚分布

Thickness (mm)

【肉厚変更なし】

圧縮部拡大図R部肉厚変化 ≦ チャネル(溝)肉厚

圧縮部拡大図R部肉厚変化 ＞ チャネル(溝)肉厚【肉厚変更例１／溝基準】【肉厚変更例２／フライト基準】

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved67

(2) モデリング機能改良① フライト部のR付け: 利用方法
スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, L/D=20 (762 mm), 1ブロック/3ゾーン構成

ゾーン１: 5D / 7mmt

ゾーン２: 8D / 7→3 mmt

ゾーン４: 7D / 3mmt

【肉厚変更例１】
加工Rの肉厚変化 ≦ スクリュ肉厚（最薄部）のときは, 溝基準にチェックして（デフォルト）,変更確定ボタンをクリックすると, チャネル（溝）肉厚を基準とした肉厚変更が設定されます.

2

上記設定後, 2Dスクリュ展開要素情報加工フォームから,
データセーブと3D変換を実施すると, 肉厚変更された
スクリュモデルが作成されます.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

68(2) モデリング機能改良① フライト部のR付け: 利用方法
スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, L/D=20 (762 mm), 1ブロック/3ゾーン構成

ゾーン１: 5D / 7mmt

ゾーン２: 8D / 7→3 mmt

2.0

ゾーン４: 7D / 3mmt

【肉厚変更例２】
加工R(テーパ) の肉厚変化 ＞ スクリュ肉厚（最薄部）のときは, フライト基準にチェックして,変更確定ボタンをクリックすると, フライト側を基準とした肉厚変更が設定されます.
（チャネル（溝）肉厚よりも大きな肉厚変更は無視されます）

5.0

上記設定後, 2Dスクリュ展開要素情報加工フォームから,
データセーブと3D変換を実施すると, 肉厚変更された
スクリュモデルが作成されます.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved69

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 操作手順
フライト加工用フォーム(1)修正/2Dスクリュ展開要素
情報加工をクリック.

(3)フライトR作成ボタンをクリックすると,加工用フォームが出現する.

(2)データ入力ボタンをクリックし,加工前の2D展開メッシュデータ
ファイル名.expandを選択.

(4)フライト両端の削除条件を指定して, 変換確定ボタンをクリック.

(5)データセーブボタンをクリックして保存ファイル指定後、3D変換ボタンをクリックする.
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved70

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 利用例【モデル1： フライト部分削除なし】
テストモデル(FlightR2): スクリュ径 38.1mm, L/D=11.25 (429 mm), 1～4ブロック構成○肉厚分布(mm)
ブロック4: シングルフライト

ブロック2: バリアフライト

ブロック1: シングルフライト(mm)Flow direction

ブロック3: ミキシングエレメント

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved71

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 利用例

・解析条件（共通）： 流量規定, 入口圧力 0.001MPa, 流量 3.8cm/sec
スクリュ回転数 60rpm,【モデル1： フライト部分削除なし】

・樹脂データ（共通） ：Newton流体 (1000Pa・s 一定)○解析結果：圧力分布(MPa)バリアフライト端部ではメインフライト
出口の圧力が不連続になりやすいため,サブフライトの部分削除を推奨.

スクリュ軸方向圧力分布

バリアフライト終端部の肉厚分布

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved72

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 利用例【モデル2： サブフライト部分削除】
テストモデル(FlightR3): スクリュ径 38.1mm, L/D=11.25 (429 mm), 1～4ブロック構成, サブフライト部分削除○変更後の肉厚分布(手順1) フライト加工フォーム左上のブロック番号選択で対象ブロックを選択し, 選択ブロック位置表示をクリックすると, 該当ブロックがハイライト表示されます.
(手順2) フォーム左下の,ブロック両端のフライト削除をチェックし, 開始端から,
または 終了端から削除するサブフライトの軸方向分割数を入力し, 変更確定
ボタンをクリックすると, サブフライト肉厚
が, 対象領域のチャネル（溝）肉厚に変更されます.

(手順3) 2Dスクリュ展開要素情報加工フォームから,
データセーブと3D変換を実施すると, 肉厚変更された
スクリュモデルが作成されます.
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved73

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 利用例【モデル2： サブフライト部分削除】○解析結果：圧力分布(MPa)
スクリュ軸方向圧力分布

・バリアフライト端部の圧力不連続が解消された.
・ブロック終端において, メインフライト／ミキシング部
境界での肉厚不連続の影響が見られる.
→ メインフライトの部分削除を試みた（次ページ）.

2.サブフライト端部削除

1.削除なしバリアフライト終端部の肉厚分布
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved74

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 利用例【モデル3： サブフライト & メインフライト 部分削除】
テストモデル(FlightR5): スクリュ径 38.1mm, L/D=11.25 (429 mm), 1～4ブロック構成, サブフライト & メインフライト部分削除(手順1) フライト加工フォーム左上のブロック番号選択で対象ブロックを選択し, 選択ブロック位置表示をクリックすると, 該当ブロックがハイライト表示されます.

○変更後の肉厚分布(手順2) フォーム左下の,ブロック両端のフライト削除をチェックし, 開始端から,
または 終了ｚ端から削除するサブフライトの軸方向分割数を入力し, メインフライト
削除にチェックを入れてから変更確定
ボタンをクリックすると, サブフライトとメインフライトの両方の肉厚 が,対象領域のチャネル（溝）肉厚に変更されます.
＊シングルフライトの場合も使用できます.
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved(手順3) 2Dスクリュ展開要素情報加工フォームから,
データセーブと3D変換を実施すると, 肉厚変更された
スクリュモデルが作成されます.

75

(2) モデリング機能改良② フライト端部の一部削除: 利用例【モデル3： サブフライト & メインフライト 部分削除】○解析結果：圧力分布(MPa)
スクリュ軸方向圧力分布
3.サブフライト&
メインフライト端部削除

・メインフライト／ミキシング部境界での肉厚不連続の影響が改善された.

2.サブフライト

1.削除なしバリアフライト終端部の肉厚分布
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved76

(2) モデリング機能改良○その他の機能紹介／フライト全削除【参考事例】今回テストモデル作成に利用した方法
ブロック3: ミキシングエレメントを最初に
シングルフライト（ピッチ変更）として作成

フライト加工フォームで, フライト全削除（拡張機能）を利用して, メインフライトの肉厚をチャネル(溝)肉厚に変更

2Dスクリュ展開要素情報加工フォーム
からピンエレメント肉厚変更（従来通り）＊従来通りに矩形領域を利用したミキシング作成も可能です. 矩形領域の場合と比べて要素位置構成が異なるので, ピンエレメントの形状などに応じて使い分けることを推奨します.

フライト肉厚変更後,
フライト全削除にチェックを入れて変更確定ボタンをクリックする.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved77

② 改良成果(3) リメッシュ時の肉厚変更情報の保護機能
本機能を利用すると, 要素肉厚変更で加工を施したスクリュモデルを, 変更情報を保護したまま再メッシュ作成（リメッシュ）を実施することが可能になります.
○利用例／ テストモデル(remeshtest): スクリュ径 38.1mm, L/D=20.27 (772 mm), 0～4ブロック構成【基準スクリュモデル（肉厚変更済）／肉厚分布 (mm)】

ブロック0: 5D（固相領域）

Thickness (mm)

ブロック1: 3D（以降, 溶融可塑化領域）

新機能: 肉厚情報保護フォーム

実験検討の結果,
ブロック0 を 7Dに変更したい.

肉厚変更済みブロック
・ブロック3（ミキシング）・ブロック2（バリアフライト）
ソリッドベッド分布【0ブロック長変更スクリュモデル／肉厚分布 (mm)】

ブロック0: 7D（固相領域）

ブロック1: 1D（以降, 溶融可塑化領域）
ソリッドベッド分布

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved78

(3) リメッシュ時の肉厚変更情報の保護機能

SSS Ver.12.0.0 スクリュ形状タブ データファイル読込後

利用手順(事前準備) 従来通りの運用でスクリュモデルを作成
0. SSS Ver.12.0.0 でスクリュモデルを作成します.
1. 必要な箇所に要素肉厚変更を行います.
2. 解析実施してスクリュモデルが正常に作成されていることを確認します.

(肉厚変更情報の保護方法)
3. スクリュ形状テンプレート下部のデータファイル読込
ボタンをクリックして, リメッシュが必要なスクリュ
モデルを読込みます.
4. 手順3. のモデルファイル読込後に出現する,□ リメッシュ時に元の肉厚変更情報を保持にチェックを入れます.

3.

4.
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved79

(3) リメッシュ時の肉厚変更情報の保護機能

SSS Ver.12.0.0 スクリュ形状タブ データファイル読込後

利用手順
5. 手順4. のチェック後, 肉厚情報保護フォームが出現し,
手順3. で読込んだスクリュモデルのブロック構成が表示されます.
6. 肉厚情報保護フォームにて, 肉厚変更を保護したい
ブロックにチェックを入れて, 確定ボタンをクリックすると,保護が必要なブロック情報が記録されて, フォームが自動で閉じます.

(参考) 肉厚変更が保護されるブロックは, メッシュ構成（要素数および節点数） が変化していないことが前提になります.
（メッシュ構成が変化した場合, 肉厚情報は保護されません）
また肉厚変更がないブロックにチェックを入れてもリメッシュ後の結果は同じです. したがって, 本例のように該当ブロックのみにチェックを入れても, フォーム下部の全ブロックONを利用して全ブロックにチェックを入れても同じ結果が得られます.
（反対に, 保護したくないブロックがある場合には, 該当ブロックのチェックを外してください）
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

80

(3) リメッシュ時の肉厚変更情報の保護機能

SSS Ver.12.0.0 スクリュ形状タブ スクリュ情報変更後

利用手順
7. 手順6. で肉厚情報を保護するブロックを確定後,必要なブロックの情報を変更します.
（例: 0ブロック長の変更, 熱伝達係数の変更など）
8. 手順7. の情報変更後、メッシュ生成ボタンをクリックして保存するスクリュモデルファイル名を決定すると,メッシュ作成が開始され, テンプレートに入力された情報に基づきメッシュ作成後, 指定したブロックについて
元のスクリュモデルの肉厚情報が保護された
新規スクリュモデルが表示されます.

* 以上が利用時の操作手順になります.
本機能により, 従来は再作成が必要であった肉厚情報を保護することができるようになりました. また, メッシュ
生成時に名前を変更することで, 同じ内容のスクリュモデルを複製することが可能ですので, 肉厚情報変更時の途中経過の記録などにも活用可能です.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved81

② 改良成果(4) 臨界せん断応力の設定
滑り効果を疑似的に表現するCut off パラメータの設定で, 従来の許容最大せん断速度の最大値を設定する機能 ((1) Shear Cutoff) に加えて, 許容臨界せん断応力 ((2) Stress Cutoff) を設定する機能が追加されました.
解析プログラム実行タブ内のオプションボタンをクリックして出現する, 解析オプション設定フォームに追加された, (1) Shear Cutoff と (2) Stress Cutoff のラジオボタンを切り替えることで, 許容最大せん断速度と許容臨界せん断応力の設定値が, 解析結果に反映されます. 臨界せん断応力の閾値はkPa単位で入力します. 一般的な溶融樹脂の滑り臨界せん断応力は、0.2~0.3MPa程度とされていますので、滑りを考慮する
場合には, 設定値として200~300 KPa程度の値を採用することを推奨します.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved82

(4) 臨界せん断応力の設定／解析事例
・スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, L/D=26 (990.6 mm), 2ブロック構成
・樹脂データ（共通）： HDPE_B3（Materialfit データベース）
・解析条件（共通）： 流量規定 9cm3/sec, 入口圧力 0.001MPa, スクリュ回転数 60rpm
バレル温度 200℃, 入口温度 30℃
ブロック１: 5D / 5mmt

ブロック２: 21D

ゾーン１:
5D / 5mmt

ゾーン２:
8D / 5→3 mmt

Cut off の効果確認(条件1) Cutoff パラメータ未設定（デフォルト）(条件2) Cutoff パラメータ設定: 許容最大せん断速度1000 /sec

(条件3) Cutoff パラメータ設定: 許容臨界せん断応力300 kPa

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

83

ゾーン３:
8D / 3mmt

(4) 臨界せん断応力の設定／解析結果○せん断速度分布(1/sec)(条件1) Cutoff パラメータ未設定（デフォルト）
Strain rate (1/sec)(条件2) Cutoff パラメータ設定: 許容最大せん断速度1000 /sec
Strain rate (1/sec)

許容最大せん断速度((1) Shear Cutoff) を設定して解析を実施した
場合には, その設定値がせん断速度の解析結果に反映されます。

(条件3) Cutoff パラメータ設定: 許容臨界せん断応力300 kPa
Strain rate (1/sec)

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved84

(4) 臨界せん断応力の設定／解析結果○せん断応力分布(MPa)(条件1) Cutoff パラメータ未設定（デフォルト）
Stress (MPa)(条件2) Cutoff パラメータ設定: 許容最大せん断速度1000 /sec
Stress (MPa)(条件3) Cutoff パラメータ設定: 許容臨界せん断応力300 kPa

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

85

Stress (MPa)

許容臨界せん断応力 ((2) Stress Cutoff) を設定して解析を実施した
場合には, その設定値が応力解析結果に反映されます。

(4) 臨界せん断応力の設定／解析結果
Temp. (℃)

○温度分布(℃)(条件1) Cutoff パラメータ未設定（デフォルト）(条件2) Cutoff パラメータ設定: 許容最大せん断速度1000 /sec

(条件3) Cutoff パラメータ設定: 許容臨界せん断応力300 kPa

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved86

(5) 解析のリスタート機能
本機能を利用すると, 熱流動反復計算ループ終了時の解析結果を再利用することで, 計算時間の短縮を図る
ことができます.

解析条件の設定

非ニュートン熱流動反復計算ループ

熱流動場の計算

リスタート解析手順
解析開始
解析条件の設定
新機能

リスタート用の熱流動解析結果読込み
反復回数の増加 ?

y
非ニュートン反復計算ループ
回数増加分の実施
解析オプション機能／熱流動場と独立

解析開始

通常の解析手順n
熱流動反復計算を省略して,解析オプション機能（繊維破断解析,
脱揮解析,
液滴分散解析, etc.）のパラメータ調整が可能.

流速，ひずみ速度の計算
節点流量の計算
部分充満状態の計算
温度の計算
解析オプション機能／熱流動場と連成

n
新機能

収束?

y

リスタート用の熱流動解析結果出力
解析オプション機能／熱流動場と独立

解析結果出力 (.scrrst など)

解析結果出力 (.scrrst など)

解析終了

解析終了
Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

87

SSS Ver.12.0.0 解析プログラム実行タブ 初期画面

(5) 解析のリスタート機能
利用手順(事前準備)
0. SSS Ver.12.0.0 で通常（従来通り）の解析を実施します.
⇒ リスタート用の熱流動解析結果を得ることが目的
計算コントロールデータファイル名.recalc が出力される.

(リスタート解析の条件設定方法)
1. 解析プログラム実行タブ下段に設置された Recalculation欄の□ リスタート計算 にチェックを入れる.
⇒ 選択ボタンをクリックし, 0. で解析済みの計算コントロールデータファイル名.ncal を選択する.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved88

(5) 解析のリスタート機能

SSS Ver.12.0.0 解析プログラム実行タブ / リスタート用解析条件ファイル読込後

利用手順

4.

2. 手順1. で解析条件ファイル(.ncal)を読込むと, 該当ファイルの解析条件内容が設定されます.
3. リスタート解析で得られる解析結果ファイル名(.scrrst, etc.)
を別名で保存する場合は, 解析結果ファイル名欄に設定された元の名前を変更します.
（変更しない場合は上書き保存されます.)4. リスタート解析で得られる計算コントロールデータ
ファイル名(.ncal) を, 3. の解析結果ファイル名と同じにする場合（推奨）には, 計算コントロールデータファイル名
欄 右下のコピーボタンをクリックすると, 手順3. で設定した名前が反映されます.

3.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

89

SSS Ver.12.0.0解析プログラム実行タブ / 名前変更および条件変更後(5) 解析のリスタート機能
利用手順
5. リスタート解析の目的となる条件変更を行います.
【変更可能な項目】
・流量規定 or 圧力規定
⇒非ニュートン反復計算回数（元よりも多い場合には追加計算）
・流量規定／Multi Block 反復計算 (出口圧力規定)⇒最大反復計算回数（元よりも多い場合には追加計算）
・解析オプション機能の各種パラメータ- Fiber Attrition Model パラメータ- Morphology Evolution Modelパラメータ- Forming model パラメータ- Surface renewal model パラメータ【変更不可能な項目】
・材料データ(.pro), メッシュモデルデータ (.twinmsh)
・非ニュートン熱流動反復計算ループに直接関係するパラメータ- Analysisタブで読込専用（灰色）になっている項目- Thermal Boundary Condition （熱境界条件）
・射出成形解析はリスタート機能の対象範囲外になります.

6.

手順5. で条件変更後, 通常の解析と同様に, 解析プログラム
タブ下段のSaveボタンをクリックして解析条件ファイルを保存し,実行ボタンをクリックすると, 元の解析条件ファイルの熱流動結果(.recalc) を利用したリスタート解析が実施されます.

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

90

6. 解析条件保存および解析実行（従来通り）

(5) 解析のリスタート機能／解析事例(A) 基準解析ケース／解析条件: fam0002

・樹脂データ ：HDPE_B3 (Material fit データベース)
・スクリュモデル: スクリュ径 38.1mm, L/D=26 (990.6 mm), 0ブロック: 5D
Flow direction
固体輸送部 5mmt

計量部 3mmt

・バレル温度: 200℃ Max. (スクリュ入口30℃)
・解析条件： 流量規定/Multiblock反復計算回数 10回 （出口圧力規定）
入口圧力 0.001MPa, 出口圧力 15.0 MPa
スクリュ回転数 60rpm,
・オプション機能： 繊維破断解析(Fiber Attrition Model)

破断頻度 Pi を決定する主要パラメータ(詳細は手引書参照)～～～
解法はImplicit（陰解法）を推奨

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved91

(5) 解析のリスタート機能／解析事例(A) 基準解析ケース／解析結果○圧力分布(MPa)
Flow direction○熱流動解析結果の概要(fam0002.calinf)○応力分布(MPa)

計算時間 47.6 sec

・出口圧力が15MPaになる場合の押出流量は 5.3 cc/sec (14.7 kg/h)
・スクリュ出口の平均温度 219.7 ℃○重量平均繊維長(um)Flow direction

1651umCopyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

92

(5) 解析のリスタート機能／解析事例(B) リスタート解析ケース／解析条件: fam0004○熱流動解析結果の概要(fam0004.calinf)(A)の熱流動
解析結果を使用.

熱流動反復計算を省略することで, 計算時間が47.6 ⇒ 8.8 sec に減少～～～○重量平均繊維長(um)(B)の名前に変更(A) を選択

1,651um
Cb=0.004に変更

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

828um

93

③ SSSカスタマイズ機能
ユーザ定義ルーチン ／ Fortran compiler の利用方法
SSS Ver.12.0.0 で利用可能な開発環境／下表2種類のいずれかを利用してください.
開発環境（compiler）

使用PCのOS (Operating System)① Intel FortranWindows② GFortran (GNU Fortran)

Windows (MinGWを使用)

インストールおよびコンパイル方法（当社実施事例）は以下の別資料を参照ください.
- SingleScrewSimulatorVer12.0.0(2022)カスタマイズ環境設定方法.pptx

SingleScrewSimulatorVer12.0.0¥bin¥x86 内には3つのSystemフォルダが存在します.

フォルダの内容と対象ユーザ
Systemver.12.0.0
Systemver.12.0.0_IFORT
Systemver.12.0.0_GFORT: 通常解析を実施されるユーザ 標準版: ①Intel Fortranを利用されるユーザ
ユーザ定義ルーチン
利用ユーザ: ②GFortranを利用されるユーザ

Copyright© 2010 Hyper Advanced Simulation Laboratory Co., Ltd. All Rights Reserved

94