有限要素法のフリーのソフトウエア を試す

CAEで使われるフリーの有限要素法(FEM)ソフトウエアであるCalculixやOpenfoamを使ってみようとチャレンジしてたその足跡を残す。。。ついでに他のフリーソフトや商用ソフトの無償版にも手を出してみる。

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CALCULIXで振動解析

一口に振動解析といっても、有限要素法で行う方法はいくつかある。

代表的なものは、

固有値解析(固有モード解析)

周波数応答解析

過渡応答(時刻歴)解析

の3つであろう。


一番直感的に捉えやすいのは時間ごとの応答を求めていく過渡応答解析である。

周波数応答解析、固有モード解析は、振動を専門にしている技術者は当然ご存知であろうことだが、
一般的な方々にはあまり知られていなく、説明を聞いてもなかなか捉えにくいところがある。

現実、CAE技術者でもその本当の意味を理解しないままシミュレーションのみ行っている方々もいるようである。

が、特に固有値解析は振動解析の基本になるので、まずそこからやってみたいと思う。

固有値解析とは何ぞや、という説明をはじめると長くなるので、それは別の機会に行うとして、ここでは早速Calculixを使ってシミュレーションしたいと思う。


Fine_mesh1
finemesh2

クリックすると大きくなります

前回と同じように計算してみると、

finemeshresult


最大変位は1.15でだいぶ理論解に近づいた。

1次要素もメッシュを細かくすればそこそこ使えるようだ。


***これはフリー有限要素法ソフトウエアCalculixについての説明です。ABAQUSコマンドの説明ではありません***

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  1. 2008/06/29(日) 22:02:01|
  2. Calculix振動解析(固有値、時刻歴、周波数応答)
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CALCULIXで固有値解析(固有モード解析)の方法を調べる


さて、Calculix固有値解析を行う方法を調べてみようとしたわけだが、
動解析マニュアルなんていうものはないので、手当たり次第にマニュアル例題を読んでみた。

すると、
*FREQUENCY

というコマンドが固有値解析を行うもののようだ。

(そういえばABAQUSもそんな命令だったような。。。)

ccxのマニュアルのINPUT DECK FORMATの*FREQUENCYをみてみると、使い方とサンプルデータ名が出ていた。

そのサンプルデータである、

C:\Program Files\CalculiX\ccx_1.7\test (デフォルトでインストールした場合)
の下にある、

beam8f,inp

を実行してみた。




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  1. 2008/07/02(水) 21:48:25|
  2. Calculix振動解析(固有値、時刻歴、周波数応答)
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Calculixj固有値解析例題の結果


ccxコマンドで計算すると、いろいろメッセージは出てきたが、計算は一瞬で終わった。

.datファイルを開いてみると、このモデル(はりモデル)の固有値と固有周波数の値の計算結果が出ていた。


E I G E N V A L U E O U T P U T

MODE NO EIGENVALUE FREQUENCY
(RAD/TIME) (CYCLES/TIME)

1 0.7516229E+10 0.8669619E+05 0.1379813E+05
2 0.1555860E+11 0.1247341E+06 0.1985205E+05
3 0.2613046E+12 0.5111796E+06 0.8135676E+05
4 0.3112144E+12 0.5578659E+06 0.8878712E+05
5 0.4728904E+12 0.6876702E+06 0.1094461E+06
6 0.1054103E+13 0.1026695E+07 0.1634036E+06
7 0.1760191E+13 0.1326722E+07 0.2111543E+06
8 0.2810824E+13 0.1676551E+07 0.2668314E+06
9 0.2828600E+13 0.1681844E+07 0.2676738E+06
10 0.5698361E+13 0.2387124E+07 0.3799226E+06

次にcgxを立ち上げて計算結果を見てみる。

見たい固有周波数を、左クリックメニュー→DATA SETSから選択し、

つづいて、左クリックメニュー→ANIMATEを選択すると、振動モードのアニメーションを見ることができる。

1次の固有振動モード

クリックすると大きくなります。


この例題に沿って、データを作れば、固有値解析はできそうである。

次回からはシェル要素の平板の固有値解析データを作ってみたい。

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  1. 2008/07/06(日) 22:43:35|
  2. Calculix振動解析(固有値、時刻歴、周波数応答)
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平板の固有値解析(問題設定)


今回から、平板の固有値解析のシミュレーションを行ってみたい。

以下の形状、物性値の平板の固有振動数、固有モード形状をシミュレーションしてみる。

vib2-形状

クリックすると大きくなります。

要素は2次のシェル要素を使ってみる。

要素分割は10x10要素とする。

拘束条件は、今回は設定しない。

振動解析の専門家はご存知だと思うが、完全な拘束条件が必ず必要な静解析とは異なり、固有値解析は拘束条件がなくても(もしくは不完全でも)解くことができる。

拘束条件がない、もしくは不完全な場合、最大6つの剛体モードと呼ばれる固有振動数0のモードが得られる。

(ちなみに、これを逆に利用して、静解析の拘束条件のチェックもできる)

固有値解析の詳しい説明は別の機会にするとして、今回はきちんと剛体モードが出てくるかも確認したい。

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  1. 2008/07/07(月) 21:13:20|
  2. Calculix振動解析(固有値、時刻歴、周波数応答)
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平板固有値解析のメッシュデータを作成する


cgxを使って、平板のメッシュデータを作成する。

cgxを立ち上げ以下の用の操作すればデータを作成できる(はず)。

-------------------------------
pnt p1 0 0 0
pnt p2 0 10 0

plot pa all
[枠外左クリックメニューからFrameを選択して、適当に座標をまわせば、点p1,p2がでてくるはず]
qlin
[rでカーソルの大きさを設定して、p1をカーソール内にいれる]
b
[p2を選択]
g
q
plus la all
[直線L001ができた筈]
qadd se1
a
[rでカーソルの大きさを設定して、L001をカーソール内にいれる]
l
q
swep se1 se2 tra 10 0 0
plus sa all
[平面A001ができた筈]
qdiv
[rでカーソルを大きくしてもよい]
[L001だけにカーソルがかかるようにして]
20 [20の前にスペースを入れる!]
[同様にL002,L003,L004に対して繰り返す]
q
plot ld all
[以下のように各辺20分割されるはず-2次要素なので要素分割数は半分になる]
分割数指定

クリックすると大きくなります。

elty all qu8
mesh all
plot e all
[左クリックメニュー→Viewing→Fill,左クリックメニュー→Viewing→Toggle Element Edgesで以下のようになるはずです]
平板モデル

クリックすると大きくなります

send all fbd
send all frd
send all abq

-------------------------------

拘束条件、荷重条件は不要なので、メッシュデータファイル(all.msh)のみできればよい。


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  1. 2008/07/08(火) 21:28:35|
  2. Calculix振動解析(固有値、時刻歴、周波数応答)
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