ものづくり 支 援 ソフトDEXCS 講 習 会 DEXCS-Adventure の 使 い 方 平 成 21 年 11 月 07 日 第 2 回 オープンソースCAEワークショップ: 講 習 会 1 岐 阜 工 業 高 等 専 門 学 校 建 築 学 科 柴 田 良 一 デンソー 開 発 部 野 村 悦 治 予 定 13:20 ~ 15:00: DEXCS-Adventure による 基 礎 的 な 構 造 解 析 の 講 習 ( 資 料 3~11 頁 ) 内 容 資 料 に 基 づいて DEXCS の 基 本 操 作 を 演 習 していただきます 時 間 の 都 合 で 個 別 の 課 題 には 対 応 できませんので ご 容 赦 ください あくまで 初 心 者 講 習 会 として 全 員 が 基 本 操 作 を 完 了 させることを 目 標 にしていますので 進 行 にご 協 力 ください 配 布 物 講 習 会 資 料 : 後 ほど DEXCS 公 式 サイトにも 掲 載 します ご 利 用 ください 共 同 研 究 より 具 体 的 なサポートやカスタマイズについては 共 同 研 究 としてお 受 けすることが 可 能 です 以 下 の 連 絡 先 まで ご 相 談 ください 連 絡 先 国 立 高 等 専 門 学 校 機 構 岐 阜 工 業 高 等 専 門 学 校 建 築 学 科 柴 田 良 一 電 子 メール ryos@gifu-nct.ac.jp DEXCS に 関 する 情 報 は 公 式 サイト http://dexcs.gifu-nct.ac.jp をご 覧 ください 1
オープンCAE:DEXCSとは 何 か? 拡 張 性 を 持 つ 設 計 支 援 用 解 析 システム Digital Engineering on extensible Computing System DEXCS は 何 かを 簡 単 に 説 明 します * DEXCS は 今 回 開 発 したシステムの 中 に 構 造 解 析 や 流 体 解 析 が 出 来 るソフトウエアを 一 式 組 み 込 んだものです 必 要 なものは 全 て 揃 えてあります * インストールは 必 要 なくて ダウンロードした DEXCS からパソコンを 起 動 するだけで CAE 環 境 が 作 れるものです 不 要 ならば 簡 単 に 削 除 することもできます * オープン CAE の 考 え 方 に 基 づいて 無 料 で 自 由 に(オープンに) 利 用 できるものです 改 善 改 良 を 期 待 しています ユーザーコミュニティを 作 りましょう! 現 在 の DEXCS は ものづくり 支 援 ツール として 位 置 づけています * ものづくりに 関 する 経 験 を 継 承 するためには 数 値 化 が 必 要 だと 考 えています * そのためには 製 品 の 状 態 に 対 して 力 の 係 りぐあいを 把 握 する 必 要 があります * そこで コンピュータによる 解 析 CAE が 必 要 になり ここに"DEXCS"が 活 用 できます もう 少 し 詳 しく 言 うと ADVENTURE による 構 造 解 析 については * 4 面 体 要 素 で 作 られた 10 万 要 素 程 度 の 3 次 元 物 体 に 対 して * 静 的 な 荷 重 を 作 用 させ 弾 性 状 態 での 微 小 変 形 の 有 限 要 素 法 解 析 を 実 現 します * 続 きは この Official Wiki サイトの 文 書 コーナーに 色 々の 資 料 がありますので 最 近 公 開 した OpenFOAM による 流 体 解 析 については * 多 面 体 格 子 で 構 成 される 3 次 元 の 非 構 造 メッシュを 用 いて * ここで 記 述 された 偏 微 分 方 程 式 系 を 解 くのに 有 限 体 積 法 を 用 います * 化 学 反 応 や 乱 流 熱 伝 達 を 含 む 複 雑 な 流 体 の 流 れから 固 体 力 学 や 電 磁 力 学 * そして 経 済 の 支 配 方 程 式 までさまざまな 現 象 をシミュレートすることができます 2
DEXCS2009-ADVENTURE-Prototype 操 作 マニュアル 1:DEXCS の 起 動 と 設 定 1 VMwarePlayer を 下 記 のページからダウンロードし インストールする http://www.vmware.com/jp/products/player/ 2 DEXCS2009-ADVENTURE-Prototype.zip ファイルを 展 開 する 同 名 のフォルダが 展 開 される 展 開 したファイルは すべてこのフォルダにまとめられている 3 展 開 されたフォルダ 内 にある Ubuntu アイコンをダブルクリックし 仮 想 マシンを 起 動 させる 図 1:Ubuntu アイコン このままでも 動 作 しますが VMware の 仮 想 マシンに 割 り 当 てるメモリを 変 更 することで 大 きな 問 題 に 対 応 できる DEXCS2009-ADVENTURE-Prototype フォルダ 内 にある Ubuntu.vmx ファイル を 右 クリック プログラムから 開 く Notepad(メモ 帳 )を 選 択 する メモ 帳 が 開 くので memsize = "512" を 探 し 数 値 を 変 更 する ここの 値 は 仮 想 PC(DEXCS が 入 っている PC 側 )のメモリの 値 を 示 している メモリはできるだけ 多 く 割 り 振 るようにする 目 安 はメモリ 総 量 の 1/2~3/4 程 度 設 定 後 保 存 してメモ 帳 を 閉 じる 4 使 用 準 備 画 面 が 現 れるので 各 設 定 を 行 う 言 語 設 定 時 間 帯 設 定 ( 都 市 指 定 ) キーボード 設 定 名 前 パスワードの 設 定 図 2: 言 語 設 定 - 日 本 語 を 選 択 図 3: 時 間 帯 設 定 - Tokyo を 選 択 3
図 4:キーボード 設 定 - Japan-Japan を 選 択 図 5: 名 前 パスワードの 設 定 ログインに 使 う 名 前 は 数 字 小 文 字 アルファベットのみ 使 用 可 5 設 定 した 名 前 パスワードを 入 力 してログインし 下 の 画 面 を 開 く 図 6:ログイン 後 の 画 面 6 画 面 左 の DEXCS2009 アイコンをダブルクリックし DEXCS2009 を 起 動 する 図 7:DEXCS2009 アイコン 4
2:DEXCS ランチャーの 操 作 例 題 の 解 析 図 8:DEXCS ランチャー 画 面 Ⅰ) 解 析 フォルダの 設 定 1 DEXCS ランチャーウィンドウ 上 部 のメニューから ファイル 解 析 フォルダ 設 定 を 選 択 する 2 画 面 左 上 の 図 9 のアイコンをクリックする 図 9:ファイル 名 入 力 フォルダ 3 左 の 場 所 から デスクトップ を 選 択 し 上 部 の 場 所 バーをクリックして フォルダ 名 を test にし 開 く をクリックする 3 フォルダの 場 所 が 表 示 されるので 確 認 して OK をクリックする 4 デスクトップに test フォルダが 表 示 されたのを 確 認 する Ⅱ) モデルの 形 状 作 成 1 画 面 左 のタグから 形 状 作 成 をクリックする 2 実 行 をクリックする 3 Hsteel.blend を 選 択 し 開 く をクリックすると Blender が 起 動 する 4 モデルが 作 成 されているのを 確 認 する モデルはこのまま 使 用 するので file Quit Blender (もしくは Ctrl+Q)で Blender を 閉 じる 5
Ⅲ) メッシュの 作 成 1 画 面 左 のタグから メッシュ をクリックする 2 pch ファイルの 指 定 枠 の pch ファイル 参 照 をクリックし デスクトップ test sample Hsteel.pch を 選 択 し 開 く をクリックする Hsteel.blend は モデル 確 認 用 ファイ ルのため 計 算 では Hsteel.pch を 使 用 する 3 メッシュ 長 さ 枠 で メッシュの 長 さと 二 次 要 素 作 成 の 設 定 する 例 題 では 変 更 しないでそ のまま 使 用 する 4 メッシュを 等 分 しない 場 合 23 操 作 をしないで 節 点 密 度 定 義 ファイルの 指 定 枠 の ptn フ ァイル 参 照 をクリックし ptn ファイルを 選 択 し 開 く をクリックする 例 題 では 23 の 操 作 を 行 う 5 メッシュ 作 成 枠 の 実 行 をクリックし 作 成 完 了 確 認 が 表 示 されるので OK をクリッ クする 6 メッシュ 確 認 枠 の 実 行 をクリックすると ParaView が 起 動 し 画 面 左 中 央 の Apply をクリックするとモデルが 表 示 される 7 画 面 上 部 の surface を Wireframe に 変 更 すると モデルがメッシュに 切 り 替 わる 8 ParaView ウィンドウ 上 部 のメニューから File Exit を 選 択 し ParaView を 閉 じる 図 10:メッシュのモデル 確 認 画 面 Ⅳ) 境 界 条 件 の 設 定 1 画 面 左 のタグから 境 界 条 件 をクリックする 2 境 界 面 グループ 化 枠 で 分 割 数 を 設 定 する 分 割 数 は 2 以 上 の 整 数 を 入 力 する 例 題 ではそ のまま 2 を 使 う 3 境 界 面 グループ 化 枠 の 実 行 をクリックする 変 換 終 了 の 確 認 が 表 示 される ので OK をクリックする 4 境 界 条 件 設 定 枠 の 実 行 をクリックすると モデルが 表 示 される 5 ホイールボタンを 押 しながらドラッグして 視 点 を 変 更 し モデルの 節 点 を Shift を 押 しながら 左 クリックする 節 点 が 黄 色 くなれば 選 択 された ことになる 6 右 クリックする 面 が 選 択 され 黄 色 くなる さらに 右 クリックすると 選 択 した 節 点 の 接 する 他 の 面 が 選 択 される 例 題 では 図 12 の 面 を 選 択 する 7 BC Add Displacement をクリックする 6
8 Displacement( 変 位 ) 設 定 画 面 が 表 れるので X Y Z の 拘 束 条 件 を 設 定 する 例 題 では 全 方 向 拘 束 するので XYZ とも 選 択 し 値 を 0 に 設 定 する 9 5 6と 同 様 の 操 作 で 手 前 ( 図 13)の 面 を 選 択 する 10 BC Add Load をクリックする 11 Load( 荷 重 ) 設 定 画 面 が 表 れるので X Y Z の 荷 重 条 件 を 設 定 する 例 題 では Y 方 向 のみ 選 択 し -1 を 設 定 する 入 力 する 荷 重 は 面 積 あたりの 値 となる 12 File Quit を 選 択 し 確 認 ウィンドウが 表 示 されるので OK をクリックして bcgui ウィ ンドウを 閉 じる 図 11: 荷 重 の 方 向 -XYZ 交 点 から 外 向 きに+ 図 12:567 操 作 - 面 選 択 と Displacement ウィンドウ 図 13:910 操 作 - 手 前 の 面 選 択 と Load ウィンドウ 7
Ⅴ) 物 性 値 の 設 定 1 画 面 左 のタグから 物 性 値 をクリックする 2 ヤング 率 ポアソン 比 を 設 定 する 例 題 では 変 更 はしないでそのまま 使 う 3 保 存 枠 の 実 行 をクリックする 保 存 確 認 が 表 示 されるので OK をクリックする Ⅵ) 計 算 の 実 行 1 画 面 左 のタグから 計 算 実 行 をクリックする 2 ソルバーの 種 類 分 割 数 を 設 定 する 例 題 では 変 更 しないでそのまま 使 用 する 3 解 析 実 行 枠 の 実 行 をクリックする 解 析 終 了 の 確 認 が 表 示 されるので OK をクリッ クする Ⅶ) 可 視 化 1 画 面 左 のタグから 可 視 化 をクリックする 2 結 果 可 視 化 枠 の 実 行 をクリックする 3 メッシュのモデル 確 認 時 と 同 様 に Apply をクリックすると 応 力 分 布 モデル( 図 15)が 表 示 さ れる 4 変 形 モデルを 表 示 するには 画 面 中 央 の アイコンをクリックする 5 右 下 に 下 図 のウィンドウ( 図 14)が 表 れるので Scale Factor を 0.01 に 設 定 し Apply を クリックすると 変 形 モデルが 表 示 される 図 14: 変 形 図 モデルの 設 定 図 15: 解 析 結 果 を 可 視 化 した 応 力 分 布 モデルおよび 変 形 図 モデル 6 ParaView ウィンドウ 上 部 のメニューから File Exit を 選 択 し ParaView を 閉 じる 8
Ⅷ) 終 了 1 DEXCS ランチャーウィンドウ 上 部 のメニューから ファイル 終 了 を 選 択 し 確 認 ウィンド ウが 表 示 されるので OK をクリックし DEXCS ランチャーウィンドウを 閉 じる 2 Ubuntu ウィンドウ 右 上 の 電 源 アイコン をクリックする 終 了 メニュー( 図 16)が 表 示 される ので シャットダウン をクリックし 仮 想 マシンを 閉 じる 図 16: 仮 想 マシン 終 了 メニュー 3: 付 録 色 々 解 析 するためには まずは 解 析 モデルの 形 を 作 る 必 要 があります DEXCSでは Blenderと 言 う3 次 元 CGソフトを 応 用 して 解 析 モデルの 形 状 データをつくります このBlenderの 詳 しいマニュアルは DEXCSランチャーのヘルプから Blenderの 使 い 方 より PDFファイルのドキュメントを 参 照 するこ とができます 解 析 結 果 を 確 認 するためには 可 視 化 ソフトを 使 います DEXCSでは ParaViewを 利 用 していますが このParaViewの 詳 しいマニュアルは DEXCSランチャーのヘルプから ParaViewの 使 い 方 より PDF ファイルのドキュメントを 参 照 することができます さらに 最 新 版 のDEXCS2009-ADVENTUREには ParaViewのチュートリアルも 組 み 込 んでいます ご 参 考 にしてください なおこれらのファイルは DEXCS 公 式 サイト 上 でも 公 開 していますので 別 途 ダウンロードして 利 用 することも 出 来 ます Ⅰ) Blenderの 操 作 方 法 マウスの 基 本 操 作 左 ボタン:カーソルの 移 動 中 ボタン-ドラック: 回 転 -ホイール: 拡 大 縮 小 中 ボタン+shiftキー: 平 行 移 動 右 ボタン: 対 象 の 選 択 右 ボタン+shiftキー: 対 象 の 複 数 選 択 9
キーボードの 基 本 操 作 A:モデル 全 体 の 全 選 択 / 全 解 除 B:ドラック 範 囲 の 選 択 N: 座 標 ウィンドウの 表 示 / 非 表 示 Tab:Edit Mode/Object Mode の 切 り 替 え Z+Ctrl: 一 つ 前 に 戻 る Q+Ctrl:Blender を 終 了 Ⅱ) ParaViewの 操 作 方 法 マウスの 基 本 操 作 左 ボタン:モデルの 回 転 中 ボタン-ドラック:モデルの 平 行 移 動 右 ボタン: 拡 大 縮 小 -ホイール: 拡 大 縮 小 4: 応 用 課 題 問 題 は 材 料 力 学 でもっともお 馴 染 みの 片 持 ち 梁 です ( 図 17 参 照 ) 公 式 集 によれば 高 さが H=2, 幅 がB=2, 荷 重 がW=4, スパンが L=11, ヤング 率 がE=1の 時 応 力 たわみ ただし 図 17 応 用 例 題 の 片 持 梁 この 結 果 を DEXCS を 用 いて 計 算 したいと 思 います 10
資 料 5ページのⅡ)モデルの 形 状 作 成 において 例 題 ではなく 新 しい 片 持 梁 のモデルを 作 ることにし ます これは 上 記 で 設 定 したように2 2の 断 面 をもち 長 さが11の 梁 部 材 です 作 り 方 は 2 2 2の 立 方 体 において 1つの 面 を10の 位 置 まで 引 き 延 ばすことでつくります 01: DEXCS2009-ADVENTURE を 起 動 して 解 析 フォルダを 設 定 する 02; ツール Blender を 選 択 して Blender を 起 動 させる 03: Blender のウインドウ 中 央 に 立 方 体 があり これを 引 伸 ばして 片 持 梁 をつくる 04: Edit Mode に 変 更 し 面 指 定 を 指 定 します 中 ボタンで 斜 めから 見 て 面 を1つ 選 択 する 05: Extrude 引 伸 ばしを 選 択 し マウスを 移 動 で 伸 ばして 適 当 に 左 クリックして 止 める 06: 数 値 指 定 nキーを 押 し 引 伸 ばす 座 標 の 数 値 を10に 設 定 する 07: 全 てを 選 択 して Mesh Faces Convert Quads to Triangles 08: beam.blend として 形 状 データを 解 析 フォルダに 保 存 する 09: beam.pch として PCH ファイルとして 解 析 フォルダに 保 存 する 10: Blender を 終 了 する ここからは 6 頁 のⅢ)メッシュの 作 成 から beam.pch を 選 択 して 進 める なお 荷 重 は 片 持 梁 の 端 部 の 面 積 4の 断 面 に 荷 重 4なので 単 位 面 積 当 たり1となる Eは 1.0 としておく 解 析 結 果 の 数 値 確 認 は ParaView の 高 度 な 操 作 が 必 要 なので ここではカラースケールの 値 から 最 大 値 を 読 み 取 る 荒 いメッシュの 解 析 メッシュ 作 成 で 基 準 長 さを 0.5 の 場 合 には 誤 差 が 大 きくなってしまいます ( 要 素 数 2089 節 点 数 578 となります) 計 算 量 は 少 ないので 一 瞬 にして 解 析 が 終 わります この 場 合 には 応 力 は 22.7 たわみ 1150 となり 大 きな 誤 差 があることがわかります 細 かなメッシュの 解 析 これを 0.2 にすると モデルの 要 素 が 小 さくなり 精 密 な 解 析 が 可 能 になります ( 要 素 数 33280 節 点 数 6733 となります) 計 算 量 は 著 しく 増 えることになりますので 少 し 大 変 です この 場 合 には 応 力 30.3 たわみ 1320 とな り それなりの 精 度 で 解 析 ができています 今 回 は 非 常 に 単 純 な 形 の 幾 何 学 的 線 形 で 弾 性 解 析 を 行 いました しかし Adventure 自 体 は 幾 何 学 的 非 線 形 解 析 ( 座 屈 解 析 )や 弾 塑 性 解 析 ( 塑 性 降 伏 )なども 可 能 です 最 後 に 他 の 3D-CAD データで STL 形 式 などは Blender で 読 み 込 むことが 可 能 です ただし 試 行 錯 誤 が 必 要 な 場 合 があります 11
付 録 12