Salomeを使ったOpenFoam解析モデル作成の試行

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1 OpenCAE 岐阜 2014/11/01 無料 3D-CAD DesignSparK Mechanical で 構造解析のモデルを作成 OpenCAE 勉強会 SH

2 本日の発表内容 背景 :CAD モデリングについて DesignSparkMechanical とは? DesignSparkMechanical インストールメモ 簡易モデルトライアル結果 Meshlab について Meshlab インストール方法 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 2 -ACIS(SAB) データからの作成 まとめ

3 背景 :CAD モデリングについて 先日 (10/4) の OpenCAE 関東 ( 構造など ) にて フリーウェアを用いた CAD モデルの作成 について湯山さんから発表があった 内容は紙図面や実物からの 3D スキャンによりリバースエンジニアリングで構造解析モデルにもっていくために無料で使えるツールを中心に紹介いただいた 詳細は OpenCAE 関東 ( 構造など ) のメンバ限定でサイボウズで公開しているので そちらを参照 今回はその中で紹介のあった DesignSPARKMechanical(+MeshLab) を調査し 構造解析で利用する方法を検討した OpenCAE 関東 ( 構造など ) 湯山さん発表資料 から

4 DesignSparkMechanical とは 1? その中で紹介のあったツールで無料の 3D-CAD DesignSparkMechanical の紹介があったので ダウンロードして試してみた 湯山さん資料から抜粋 : 半導体 電子部品等を販売するアールエスコンポーネンツが無料で提供している CAD ソフトウェアで このソフトウェアは 先頃 ANSYS に買収された SpaceClame 社が開発しています 機能の一部 ( 主に入出力や CAD モデルの修正機能等 ) を制限されているがとても使いやすい ただし 現時点では機能制限により扱える CAD データは STL 等のパッチ系に限られます

5 DesignSparkMechanical とは 2? オープンソースではない いわゆる無料 3D-CAD である 無料で使えるがユーザ登録とインストールマシンごとに最初の起動時にアクティベーションが必要で そのため一回目の立ち上げ時点ではインターネット接続が必要 その後は定期的ネット接続などは不要 Windows 版 (32/64bit) 版のみ MAC/LINUX はエミュレーションソフトで動くこともある? とのことだが,LINUX では Ubuntu14.04LTS+WINE(Windows のエミュレータソフト ) でテストしてみたがインストール自体失敗した 商用のダイレクトモデリング 3D-CAD SpaceClaim の機能制限版で出力形式や SpaceClaim の売りの機能 CAD モデル形状修正機能が制限されているとのこと 3D-CAD 基本機能は SpaceClaim と全く同じで FreeCAD などよりかなり使い易いと評判 野村さん HP 参照 :

6 DesignSparkMechanical インストールメモ インストールメモ 1 基本的には Windows ソフトなので zip ファイルを下記からダウンロードして展開し Setup.exe を実行するだけ 次に以下を参照にアクティベーション ( ユーザ登録みたいなもの ) を行う (1 回目起動時のみネット接続必須 ) torial/designspark-mechanical-downloadinstallation-and-activation

7 簡易トライアル結果 1 以下の画面から 3D モデルライブラリを選ぶと数 100 点の電子部品ライブライから CAD モデルがダウンロードできる FAN ケースのモデルの例 ダウンロードはここ コネクタとか電子部品モデル作成には 3D-CAD モデルライブリラリは非常に便利そうである

8 簡易トライアル結果 2 OpenFOAM などにモデルを持っていくためには基本的には STL 形式で別名保存する - 出力は基本的には STL か独自形式 (rsdoc) で出力する - その他可能な出力フォーマットは左のキャプチャ画面の形式である -3D 共通形式 (STEP/IGES) では出力できない ( が 独自形式 rsdoc から 3D-CAD 形状データ (ACIS) を抽出することも可能 ( 後述 ) である )

9 簡易トライアル結果 3 野村さん HP に出ている elbow のモデルを作成してみた 手順は 以下に出ているままで作れる 野村さん :DesignSparkMechanical で MixingElbow 作ってみた 野村さん HP を参照すると 10 分程度でできる ( なれれば 5 分程度?)

10 簡易トライアル結果 4 STL 形式で出力してみたが 片側の穴がふさがっていない状態であった これは出力の問題ではなくモ デルの作り方が悪かったようだ 穴あいてる? モデル作成しなおそうかと思ったが せっかくなので湯山さんから紹介された別ツール Meshlab で修正することにした

11 Meshlab について インストール方法 1 -Meshlab は STL などのポリンゴンデータを編集するツール -STL 形式の他 VRML2.0 など左のキャプチャ形式のデータの読み込みなどが可能 Sample データ :matteonormb.ply

12 Meshlab について インストール方法 2 - インストールは Meshlab の下記 HP からインストールモジュールをダウンロードしてインストールする Linux ではソースからコンパイル Ubuntu では apt-get でバイナリを簡単にインストールできる. Windows, linux, Mac, Android, I-OS で実行可能 - ここから Download

13 簡易トライアル結果 5 STL 形式で出力したファイルをMeshlabで読み込み Fill Hole のボタンをおすと Hole のリストが出てくるので 選択してFillを押す 穴が無事ふさがったらAccept を押す Fill Hole 無事穴がふさがったら STL 形式でふたたび出力

14 簡易トライアル結果 6 出力した STL を Cfmesh でメッシュ作成してみたが メイン側のパイプだけメッシュが切られてしまった Cfmesh では閉じた空間が 2 つ以上あると大きい方の空間を優先して小さい空間は無視するようだ 小さい方のパイプが消える

15 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 1 DesignSparkMechanical は公式には STL などの表面パッチのデータしか出力できないので構造解析のモデル作成のためには表面 STL をベースに中身のメッシュを作成するか 後述する独自形式からの CAD 形状を抽出する方法のどちらで行う DesignSPARKMechanical STL 形式 rsdoc 独自形式 STL=> 3D メッシャ 1 Netgen 2 Elmer-GUI 3 LISA 4 Cfmesh 4 LS-PrePost 5 Salome 6 Gmsh ACIS BINARY 形式 3D-MESH ACIS SAT 形式 構造解析ソルバ Code-Aster, Elmer 他 STEP 形式 3D- メッシャ Salome 他 CAD-EXCHANGER, ABAQUS-CAE STUDENT 等

16 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 2 構造解析メッシュ作成トライルモデルとして DesignSPARKmechnical で作成した以下の部品モデルを用いた テストモデル 1 テストモデル 1 で問題ないものはテストモデル 2 でも確認 テストモデル 2 ( 部品ライフ ラリ 10995)

17 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 3 DesignSPARKmechnical から STL 形式で保存 Salome で読み込んでみる Geometry で STL 形式で Import => mesh モジュールでメッシュ作成をトライ - 読み込みは問題なし -STL からの表面の 2D 詳細メッシュ作成がエラー - 元々 Salome では STL 表面パッチから自動で 3D-SOLID メッシュを作る機能がないようだ Salome

18 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 4 LS-PRE/POST : 読み込みおよび表面リメッシュまでは問題なかったが 3 次元メッシュ作成時に落ちた -STL 読み込み画面 -STL 表面メッシュ再分割 lsprepost

19 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 5 ElmerGUI: テストモデル 1 読み込みおよび自動メッシュ問題なし テストモデル 2 は STL からの読み込みが失敗 - テストモデル 1 ElmerGUI

20 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 6 Netgen: テストモデル 1 問題ない モデル 2 メッシュ作成失敗 - テストモデル 2(SurfaceMesh 途中で失敗 ) - テストモデル 1 Netgen

21 ( 参考 ) LISA) について - 低価格で購入できる FEM パッケージソフト 1300 節点までの機能制限版は無料 WINDOWS 版 (32bit) のみ LISA HP から - - 構造解析については線形解析のみ非線形材料や接触などの非線形解析はできない - 固有値や振動解析機能などの線形動解析は可能 - 音響 熱伝導 電流 定常流体解析など構造解析以外の機能がある -CAD インターフェースについては STEP 以外に STL からの形状入力が可能

22 ( 参考 ) LISA) について LISA HP から -

23 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 7 LISA: テストモデル 1 問題ない モデル 2 メッシュ作成失敗 - テストモデル 1 - テストモデル 2(SurfaceMesh 途中で失敗 ) LISA (LISA の MESHER は NETGEN を使っているようです )

24 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 1 -STL データからの作成 - 8 Cfmesh: テストモデル 1,2 問題なく問題作成 - テストモデル 1 - テストモデル 2 cfmesh ( 全て HEXA メッシュ ) 難点は要素数が増えることテストモデル 2 のケースで ~ 約 21 万メッシュ

25 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 STL 形式出力では複雑な形状ではメッシュ作成が失敗することが多い OpenFOAM の cfmesh を使えばそれでもメッシュが切れるが メッシュ数が多くなるという問題がある そこで CAD 形式 (ACIS) での出力について引き続き検討した

26 DesignSarkMechanical CAD データの Export について I would like share that i found out a way to get geometry out of.rsdoc files. Since DesignSpark mechanical won't let you safe anything but their native format (.rsdoc) and mesh formats the procedure is a bit cumbersome. (I needed MS Windows and DesignSpark mechanical to perform the important steps.) 1. retrieve the.rsdoc file 2. open the file as zip-archive and extract every.sab (ACIS binary) files. 3. next you need to convert the.sab to a.sat (ACIS text) file. If you got DesignSpark mechanical installed you can use the program "SabSatConverter.exe" to do that. 4. next you need to convert the.sat file to a.brep or.step file. I used the evaluation version of the CAD Exchanger by Roman Lygin ( 5. open the.brep or.step files in FreeCAD 上記手順にしたがってファイルの CAD データを抽出

27 独自形式 (*.rsdoc) からの抽出方法 拡張子を rsdoc => zip に変更 Zip ファイルを展開 Spaceclaim/Geometry のフォルダの下に ACIS Binary 形式で格納されているファイル *.sab をとりだす SabSatConverter.exe (DesignSparkMechanical のインストール先にある ) を使って Sat 形式 (ACIS ASCII) に変換 Cadexchanger, or ABAQUS/CAE Student Edition などを使って SAT を読み込む STEP 形式など Salome などでハンドリング可能な形式で出力する

28 CAD EXCHANGER について ACIS SAT, ParaSolid, Step などの読み込み出力ができる またこれら形式ファイルの簡易 Viewer としても使える 商用だが 個人が私的に使う場合は費用はかからない模様?

29 DesignSparkMechanical モデルから構造解析のメッシュ作成 2 -ACIS データからの作成 - ElmerGUI: テストモデル 2 は STL からの読み込みが失敗したが ACIS 形式からのメッシュ作成は問題なく終了 - テストモデル 2 ElmerGUI

30 まとめ DesignSpakMechnical をインストールしてモデル作成方法について調査した - モデル作成機能は FreeCAD などにくらべるとだいぶ簡単にモデリングできる Meshlab による穴埋め機能を確認 構造解析メッシュ作成について調査 STL データでもメッシュ作成ができるが 複雑な形状では失敗する可能性が高い ACIS データからの CAD 抽出は問題なく可能