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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snappyHexmeshでメッシュを作成する(2)

構造応力解析でも流体解析でも解析を使う立場では、まずメッシュが切れるかどうかが問題である。
現場レベルでは解析のスキーム云々について考察できる人より、与えられたCAD形状等にすばやくメッシュを切れる人の方が重宝される。
こういっては何だが、開発現場レベルでは(研究所レベルでは知らん)正社員で博士号持っている人より、派遣社員でもメッシュ切る能力が高く、適切なモデル作れる人の方が評価は高い派遣社員だと給与に直接反映させにくいのが残念であるが。
まあ、管理職から見れば、とっととモデル作って結果出してくれた方がありがたいのである。
まあもっとも間違っていたら修正すればよい、的な扱いという場合が多いからというのもあるが。(開発プロセスから見るとCAEの重要度がそれほど高くないのか?)
いいたいことはまだあるが、長くなるのでこれくらいでやめておきたい。

それはともかく、メッシュ作成すればモデル作成つまりシミュレーションの仕事の80%くらい終わったようなものである。(残りは境界条件作成と、結果の解釈)

それ位の割合を占めるものなので、出来れば早く終わらせたいプロセスであるが、openfoamではツールはあるが、メッシュ作成等のプリプロセスにあまり主眼を置いていないようである。(まあ微分方程式を数値的に解くことに主眼をおいているものなのでしょうがないが。
正直流体シュミレーションを工学的に行うためのツールには向かないということである。
どうしても流体シュミレーションを工学的に解きたい、3D-CADのデーターを流用したいのであれば、プリポスト別途導入すべきである。商用となればお金もかかるが、工数とか計算すればソフトを別途導入したりコンサル会社に任せた方が安く済むのがわかると思う。
というのがOPenfoam一通りやってみて私が得た結論だが、社内外の流体解析の資格とるために個人的にやってみたいとか大学での研究上使わなければならない人には悪くないツールである。いといろこだわって寄り道すると時間がいくらあっても本来の目的にたどり着かない可能性もあるので、ある程度使いやすいようにパッケージされたDEXCSなんかをつかうのもてかもしれない。
  1. 2017/01/04(水) 15:32:03|
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snappyHexmeshでメッシュを作成する(1)

それではflangeの例題を使ってメッシュを切って見ましょう。
snappyHexMeshは一発でメッシュを切れない。まずブロックメッシュでメッシュを切ることが必要である。
外部流の場合は、作成したそのブロックの中を流体が流れるイメージとなる。
内部流の場合は、ブロックメッシュで作成したメッシュでCAD部分に相当するところをくりぬいた形になる。
内部流と外部流の切り替えはsnappyHexMeshDictで行えるが、それはまたあとで説明すると思う。
まずflangeの例題であるが、設定ファイルは
/opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials/mesh/snappyHexMesh/flange
にある。形状ファイルは
/opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/tutorials/resources/geometryの
flange.stl.gz
である。/workingの下にコピーして準備しておこう。
  1. 2017/01/03(火) 17:24:31|
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内部流れと外部流れ

さて構造物があってそれを流体解析しようとすると、外部流か内部硫化という問題がある。
スライド1
これはOpenfoamの例題や宣伝でよく用いられるバイクのモデルだが、今場合解析対象は主にバイクの周りの風の流れなので、構造の外の流体の変化を解析するので、外部流になる。
車、飛行機の翼、船体、などの解析は基本的に(例外もあるが)外部流である。これに対しパイプや継ぎ手の中の流体の変化を解析する場合は内部流になる。
OpenFoamはどちらの問題も対応できるが、メッシュの作り方が変わってくる。
流体解析の場合、形状でモデルを与えられた場合、それの与えられたモデル形状そのものに流れ場が発生するのか構造の外に流れ場が発生するのか、考えなくてはならない。例えば自動車の場合解析するものが、走っているときの周りの空気の流れなのか車内のエアコンの空気の流れなのかでメッシュのきり方が変わってくると思う。webを見るとこのバイクの例題が多いが、私は仕事上内部流に接することが多いので、内部流のsnappyHexMeshの例題であるフランジ形状を使用したいと思う。
フランジ形状のモデル37_flange_mesh.png
  1. 2017/01/02(月) 10:33:22|
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OpenfoamのsnappyHexmsh

あけましておめでとうございます。
年も変わり、今日からsnappyHexmeshをみていきたいと思いますが、
この設定ファイル
snappyHexMeshDict
を0から作るのは非常に難しい。
理論も簡単ではなさそうだが、(これもググルとたくさんwebページがでてくるのでそちらを参照)
オペレーションが難しいのである。
blockMesh同様テキストファイルに設定を書いていけばよいのだが、
まず長い、入力量が多い、ひとつでも間違えたらだめ、エラーメッセージが場合によってはプログラム言語のものなのでわけわからん場合も多い…
そのへん商用ソフトは優れていると思う。最後どうしようもなくなったらベンダーサポートに問い合わせればたいてい解決する。
また他のwebページや、ユーザーガイドを解読した人はわかるが、snappyHexmeshを使うには、先にblockmeshをきっておくことが必要である。それにはもちろん前回まで示したような
blockMeshDict
も正しく設定することが必要である。
で私みたいいい加減な人は2つもテキストファイル間違わず設定できるか!ということになる(そんなのお前し次第だろ,というツッコミうけそうだが)しかし、ここでは独自のCAD形状をメッシュ作成することを目標にしているのでということで
まず確実に実行できる例題(チュートリアル)をやって、それのCADファイルの部分だけを入れ替えればうまく行くだろう、という作戦をとる。CADファイルの図形の大きさが似てないといけないが。
  1. 2017/01/01(日) 11:43:56|
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Openfoamソルバーの話

Openfoamのソルバーであるが、たくさんある。
標準ソルバーだけでもたくさんあるが、、オープンソースなのでそれらを改造できることを考えると無限にあると考えてよい。

流体関連はもちろん、熱伝導や多分有限体積法であるが固体の応力計算できるものまである。

詳細はググれば、たくさんの人が詳しく説明しているので、そちらを参照した方がよい。

多くの人は流体計算のため使うのであろうが、流体関連もスキームの違いによりモジュールがたくさんある。

問題は、それで結局何使えばよいのか、ということであるが、
他の商用ソルバーのデフォルト(kーεによる定常乱流解析)に近いものはRANSで定常問題解くというsimpleFoamであろうか。
厄介なのはモデルの形状、条件、物性によってとくソルバー、つまりスキームが変わってくると使うソルバーの種類も変わってしまうということである。

また、スキーム(ソルバー)が変わると、使う境界条件や初期条件も変わってくるのである。

メッシュもこのソルバーではうまくいったけど。こっちのソルバーげは計算できないということも出てくる。

どのソルバー使うのが最適なのかは、流体力学の知識はもちろん計算流体力学(CFD)の知識も必要であろう。

少なくても圧縮性流体と非圧縮性流体の違い、ニュートン流体と非ニュートン流体の違いぐらい知らないと、苦しいかもしれない。
  1. 2016/12/31(土) 10:53:10|
  2. openfoam
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