社会人MBA-技術者編

August 15, 2015

オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) FrontISTRを起動する2

今回は、解析結果についてです。


【解析の流れ】
・2Dでのロール、被圧延材のモデリング
・3Dでのモデリング
・メッシュ
・解析 ←ここ!

解析集終了後、結果を[File]→[Open Result...]より読み込む。

解析結果を保存するフォルダ内に上のファイルが生成されているので選択。


本ブログ運営者はこのままAccept しています。

選択はひとつのファイル(一番後に生成されたファイル)


下図は、Deformを設定しつつ、ContourでMISES応力を表示している。
*この解析では、孔型ロールもまとめて材質をアルミニウムに設定していることに注意。
恐らく、注意点は多く挙げられると思うが、近似的には圧延モデルとしてOKだと思う(研究開発使用)。




被圧延材のひずみは現物の硬度分布、また孔型の素材設定や、摩擦等、種々の面から検証が必要であるが、ひとまずは、オープンなソフトを使用し圧延に関する近似モデルまで行き着くことができた。



(本シリーズここまで)



(最後に)
オープン系でのやっかいな点は、ファイルの受け渡しの際の形式もさることながら、マニュアルがないことに尽きる(書籍やネットで支援も充実はしているものの・・・)。
FrontISTRは、REVOCAPをインストールすると、チュートリアル、マニュアルが充実しており、大変心強かった(!)深謝!!



記事のインデックスはこちら。


【関連サイト】
FrontISTR研究会
「本ユーザー会は、東京大学奥田研究室(新領域創成科学研究科人間環境学専攻)および日本計算工学会グリーンCAE研究分科会の主催により、研究会開催とWEB運営を実施します」(ホームページより引用。
オープンCAE学会
「CAE(Computer Aided Engineering: 計算機援用工学)における知識を共有し,普及させ,コミュニティを通じて育てられていくような環境」の普及を目指している団体で、基本的に「プログラムがオープンソースで提供されていることや,フリーソフトウェア」であることをポリシーにしている(HPより趣意)
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【本ブログ運営者の記事】
DEXCS Salome mecaをインストールする
Impactを起動する
 →有限要素法の衝突解析


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オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) FrontISTRを起動する1

今回は、解析です。

解析にはFrontISTRを使用。
*FrontISTRはFrontISTR研究会のサイトにてユーザー登録すれば、無償で使用できます。
*インストールはFrontISTR Windows版 インストール説明資料(OpenCAE勉強会)に詳しい。
例題の演習はこちら
REVOCAPのチュートリアルガイド 1-4,7,10章はこちら
*Salome meca に馴染みがある方は、FrontISTRを組み込んだオールインワンCAEシステム;DEXCS-RDstrがリリースされている(構造解析マニュアルはこちら)。
*FrontISTR研究会では、さらに、クラウドCAEシステム「Cistr」も開発。


*  *  *  *  *  *  *  *  *
【解析の流れ】
・2Dでのロール、被圧延材のモデリング
・3Dでのモデリング
・メッシュ
・解析 ←いまはここ
*  *  *  *  *  *  *  *  *

FrontISTR 構造解析をREVOCAP_PrePostを利用して行っていく(Windows)。
*インストールは上記の資料を参照。
*本ブログ運営者は、Windows8.1(64bit)を使用していますが、REVOCAP_PrePostは32bit用のものをインストールして使用しています(64bit用はうまく解析できませんでした・・・。)

以下に流れを記載します。


REVOCAP_PrePost を立ち上げ、[File][Open Mesh]により、前回VOL形式で保存したファイルを選択する

材料の選択でAluminum(この分析ではアルミニウムで解析するので)を選択し、[設定]をクリック

解析の種類で非線形解析を選択

材料の名前でAluminumを選択し、材料物性値の枠にある[更新]をクリック


境界条件を設定する。被圧延材をZ軸上に-2.0に設定する条件と孔型ロールの底面を(0,0,0)として固定する条件をそれぞれ設定

接触条件の設定

摩擦(fcoef)を0.1、factorを100に設定し、[表に追加]をクリック→[追加]をクリック
*この値は本ブログ運営者が適当に入力しています。

ステップ解析の値を入力、[全てを追加]をクリックし、”このステップで有効な条件の設定”を完了させる。

・[ソルバー]の[解析設定]欄に「反復回数」の欄があり、デフォルトでは”20000”になっているが、本ブログ運営者は”200000”に変更。
・[ソルバー]の[実行]欄:[出力ディレクトリ]にて解析結果を出力するディレクトリを指定し(わかりやすい場所に作成)、[モデル保存]をクリック→[FrontISTR 実行]をクリックし解析実行。


次回は、解析結果です


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【関連サイト】
FrontISTR研究会
「本ユーザー会は、東京大学奥田研究室(新領域創成科学研究科人間環境学専攻)および日本計算工学会グリーンCAE研究分科会の主催により、研究会開催とWEB運営を実施します」(ホームページより引用。
オープンCAE学会
「CAE(Computer Aided Engineering: 計算機援用工学)における知識を共有し,普及させ,コミュニティを通じて育てられていくような環境」の普及を目指している団体で、基本的に「プログラムがオープンソースで提供されていることや,フリーソフトウェア」であることをポリシーにしている(HPより趣意)
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August 14, 2015

オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) メッシュを作成する

今回はメッシュを作成します。
*メッシュ作成ソフトはNETGEN、versionは5.3を使用(PCはwindows8.1 64bit)。ver 6.0もあるようですが、各種サイトを閲覧しながら動くようにしようとはしましたが・・・ver5.3で動くので使用してます。PCは64bitですが、win32用を使用。


【解析の流れ】
・2Dでのロール、被圧延材のモデリング
・3Dでのモデリング
・メッシュ ←いまはここ
・解析


メッシュ作成はNETGENを使用。
ソフトを立ち上げ、[File]→[Load Geometry... ]より、作成した3Dファイル(STL形式;前回の記事参照)を選択。




次に、メッシュ生成の条件を入力する。
[Mesh]→[Meshing Options]、条件確定後[Apply]→[Done]



次いで、画面左上(メニューの下)にある[Generate Mesh]をクリック。
メッシュが生成される。



最後にファイルの保存
→[File]→[Save Mesh]を選択し、*.vol形式で保存する。

!!vol形式:解析には、FrontISTRを使用するので、その際の読み込みに必要な形式。



次回は解析です


記事のインデックスはこちら。


【関連サイト】
オープンCAE学会
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オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) モデリングJw-cad,SketctUp 2

今回は、SketchUpを用いて3D化します。


【解析の流れ】
・2Dでのロール、被圧延材のモデリング
・3Dでのモデリング←いまはここ
・メッシュ
・解析


前回の2DモデルをSketchUpの[ファイル][インポート]から読みだすと以下のようにインポートされる。





あとは、プッシュ/プルを使用すれば、3D化する。


・・・と思いきや、後々にメッシュや解析で結構手間取ったので、ここのモデリングで本ブログ運営者が行ったことを(いいのか、悪いのか?だが)記載します。

インポートした2D図を被圧延体、ロールに分解

*インポートされたデータを分解

ただし、分解された状態のまま、3D化しても下図のようにR部が滑らかでない。



これを防ぐには・・・プラグイン「weld」を使用する。
*このプラグインの導入についてはここ参照
*weldはプッシュ/プルの際に図の側面を滑らかにするものです。
*注意 この被圧延材の底部は平面です。



次に、今のままでは、プッシュ/プル機能が働かず、3D化できないので、再びプラグインを導入する。→makefaces,rb:このホームページで紹介されているサイトへ行き、「download」の文字をクリックしダウンロードする。

*  *  *  *  *
プラグインを有効にるするには?
・ダウンロードしたファイルが*.rbの場合は、PC内でSketchUpがインストールされているフォルダにPlugins というフォルダがあるので、その中に置くだけでよい。
・ファイルが*.rbz の場合はプラグインをインストールしなければならない。手順は、ここで説明されている

*  *  *  *  *

(つづき)makefacesを使用すると以下のようになり、これで、プッシュ/プルにより3D化できる。




モデルの完成
*図の奥行きに規則はありません。

同様に、孔型ロールのR面もweldを使用し、makefacesで面を作成→プッシュ/プルにて3D化。






*ファイル変換に関するプラグインについて
SketchUpのモデルから、例えば、Salome mecaへ読み込ますときには、IGES形式、同様に、のちにメッシュの際に使用するNETGENへはSTL形式でエクスポートそなければならない。ここで使用するプラグインは以下。

IGES形式:IGES export(参照サイト
STL形式:su2stl (参照サイト


次は、メッシュを作成します。


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オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) モデリングJw-cad,SketctUp

今回は、Jw-cad→SketctUpの流れで(この流れはフリーです!)、モデリングする際に、ファイル形式など手間取った点があったので、備忘録(!)として記載します。

【解析の流れ】
・2Dでのロール、被圧延材のモデリング←いまはここ
・3Dでのモデリング
・メッシュ
・解析

*   *   *   *  *  *  *

①Jw-cadによるモデリング
・Jw-cadはフリーのCADソフトで、このリンクよりダウンロード。
・下図のように、まずは2Dでモデリング。
(多分、孔型の圧延ロールを発注する際に図面は企業内にあると思いますのでそれを基に描画するといいかもしれません。)

Jw-cadによる描画

・ここで!次にGoogle SketchUpへインポートして3Dにするのですが、その際には3ds形式が望ましいので、[設定]→[基本設定]から下の画面を立ち上げ。




[DXF-SFX-JWC]タブの「3DSデータを同時に出力する」にチェックをしておき、ファイルを保存する際に、[ファイル]→[DXF形式で保存]で保存すると、DXF形式でのファイルと同じフォルダに3DS形式のファイルが保存される。


次にSketchUpで3D化します




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オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) モデリング

圧延の近似解析(平面ひずみ近似)を行うにせよ、三次元シミュレーションを行うにせよ、まずはモデリングをしなくてはならない。

ここで、解析の流れを確認。

【解析の流れ】
・2Dでのロール、被圧延材のモデリング←いまはここ
・3Dでのモデリング
・メッシュ
・解析

【最終のモデル】
・最終のモデルは、図のように孔型ロールにより被圧延材が加工さされるモデルである。

ロール圧延のモデリング


・上図のモデリングのままシミュレーションを行い、被圧延材のひずみ分布を把握することを目的としているが、ほぼ、近似的にした感じで行えそうなので、近似で進めていく(下図)。

一般化平面ひずみモデリング(!?と思う。。。)

ここまでのモデリングの流れは、jww-cadによる2Dモデリング→Google SketchUpによる3Dモデリングで行った。



この際に、ファイル形式のやり取りに手間取ったため、次回以降に記載します。




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August 12, 2015

オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) はじめに

【圧延編の背景】
・孔型圧延にて、ロールの設計;設計→ロール製作or研削→圧延→形状確認→再びロール形状の再考・・・の流れで、ロール製作には思った以上に時間がかかってしまう。
*狙いの形状が量産性を確保できるようになるには、結構やり直す。
・知識、経験の蓄積で対応は可能だが、最終顧客では、シミュレーションが当たり前になってきており、対応が求められる(していないと信用されない)。かといって、高額なソフトウェアを導入する訳にもいかない(!!)。
・幸いオープン系が発達しており、何とかならないものだろうか?というのが動機です。


【商用系のイメージ】
下のような被圧延材のひずみ分布の情報は非常に有用。

左)DEFORM-3D、右)ABAQUSの例
*各ホームページより

【これまでにこれは!?と思うソフト】
・Salome meca
フランス大手電力会社が開発した高機能高品質なオープンソースCAEAソフトウェア。
*各種サイトや、柴田先生の書籍(『オープンCAE「Salome‐Meca」ではじめる構造解析』)など支援も充実。
・calculix
商用ソフトABAQUSと同様の入力書式をもつオープンソース。
・FrontISTR
FrontISTRは東大奥田先生の研究室が開発しているオープンソースソフトウェア。

*それぞれ特徴があるが、オープンを利用する場合は、使えるようになるソフトを増やしていくと、種々カバーでき、業務で利用できるレベルに近づくのでは・・・と感じる。


【取り組み】
・上図のように商用系では、三次元シミュレーションは実用化されているが、シミュレーション専任者でない本ブログ運営者は、オープン系での三次元シミュレーションは困難。
・モデルの単純化が有効ではないかなぁ・・・と(下図参照)。
近似三次元シミュレーションは、「シミュレーションの短時間化により孔型設計等の途中段階で有効」*と考えられる(論文は1990年)。


日本加工学会編, 『静的解法FEM バルク加工』, コロナ社, 第2章 5.特殊な解析法 図2.11を引用

*岡田ら, 「孔形圧延における三次元塑性変形の有限要素シミュレーション : 第2報,ー般化平面ひずみによる近似三次元シミュレーション」, 日本機械学会論文集(A編)56巻528号,1990



・・・まずは、ロールの三次元モデルの製作です。


記事のインデックスはこちら。


【関連サイト】
オープンCAE学会
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August 11, 2015

オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編) インデックス

オープンCAEによる有限要素解析を試みる(圧延編)のインデックスです。
一覧を記載しますので、参照ください


はじめに
モデリング
モデリングJw-cad,SketctUp
モデリングJw-cad, SetchUp2
メッシュを作成する(NETGEN)
FrontISTRを起動する1-解析条件の設定
FrontISTRを起動する2-解析結果




【関連サイト】
FrontISTR研究会
「本ユーザー会は、東京大学奥田研究室(新領域創成科学研究科人間環境学専攻)および日本計算工学会グリーンCAE研究分科会の主催により、研究会開催とWEB運営を実施します」(ホームページより引用。

オープンCAE学会
「CAE(Computer Aided Engineering: 計算機援用工学)における知識を共有し,普及させ,コミュニティを通じて育てられていくような環境」の普及を目指している団体で、基本的に「プログラムがオープンソースで提供されていることや,フリーソフトウェア」であることをポリシーにしている(HPより趣意)
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