はじめてDEXCSを使われる方への操作手順(チュートリアル)

ここではもっとも簡単と思われる例題で、
CAEの手順(ランチャーの使い方)を一通りおさらいします。

_T-1.jpg

一連の操作イメージはムービー形式で鑑賞することもできます。ムービーの鑑賞時間は約5分。
つまり、以下ずいぶん長い解説文ですが、慣れてしまうと、DEXCSで上の梁のモデル作成からFEM計算、
コンタ図作成まで、コンピュータの計算時間も含めて5分もあれば出来てしまうということです。

ムービー形式で鑑賞する:H191118-DEXCS_Tutorial_Movie.avi
【Codecは、AVI1.0 1042x832 32Bit XviD 1.1.0 Beta2 4.00fps 1194f 207.53kb/s】

さて問題は、材料力学でもっともお馴染みの「片持ち梁」です。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 σ=M/Z(=33), たわみ δ=WL3/3EI(=1331)
ただし、
    Z=BH2/6(=4/3), I=BH3/12(=4/3), M=WL(=44)
となります。かっこ中の数字は、この例題で使っている数字で、
コンタ図では、公式に近いまずまずの結果が表示されていると思います。

数式を使った表現

さて問題は、材料力学でもっともお馴染みの「片持ち梁」です。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 \sigma = \frac{M}{Z}  (=33)   たわみ \delta = \frac{WL^3}{3EI}  (=1331)

ただし、

  Z = \frac{BH^2}{6} (=\frac{4}{3}) 、 I = \frac{BH^3}{12} (=\frac{4}{3})、 M = WL(=44)

となります。かっこ中の数字は、この例題で使っている数字で、コンタ図では、公式に近いまずまずの結果が表示されていると思います。

ちなみに、なぜ、H=1,B=1, としなかったのか?。。。ですが、

初心者がもっとも戸惑うであろう、blenderでの操作を極力少なくしたかったからです(理由の詳細は後述)。


はじめての DEXCS ... Lesson1

DEXCS起動時画面

パソコンをDEXCSのCDから起動できると、以下のような画面になるはずです。
  • _T-1-1.jpg
    インストールアイコンと、ADVENTURE simple Launcherアイコンの上下関係が逆になる場合もあるようです。

ランチャーの起動

アイコンをダブルクリックします

  • _T-2-1.jpg

ランチャーGUIのウィンドウが開きます

  • _T-2-2.jpg

ワーキングディレクトリーを設定

必ずしも必要な作業ではありませんが、これをやっておかないと、
色々な問題をやった時に、何がどこにあったのか、わからなくなってしまいます。

「File - Work directory設定作成」メニューを選択します

  • _T-3-1.jpg

ディレクトリ名を指定します

  • _T-3-2.jpg
    ファイル選択画面が現れるので、
    この場合は、Desktop上にてtestというフォルダーを作成しています

OKボタンを押すと。。。

  • _T-3-3.jpg
    Desktop上に作成したので、画面左上のランチャーアイコンの下に、testというフォルダーが追加されました。
    もう一度「OK」ボタンを押して、設定完了です。

モデル作成

使い慣れた3次元CADがあれば、それを使ってモデルを作成するのがベストでしょう。その場合のファイルの変換方法などは、こちら(工事中)に説明があります。

そうでない場合、また使いにくいものしかないような場合、DEXCSに組み込まれた blender を使ってモデルを作成しましょう。

blender はCG(コンピュータグラフィックス)の分野ではかなり定評のあるソフトです。しかしCAEの分野では馴染みが薄く、特に独特のマウス操作方法で、初心者には戸惑うことが多いことも事実です。

ここでは、blender での形状作成に関する操作は、極力少なく済ませられる例題を取り上げています。形状を作成する以外に必要な最小限のプロセスについて理解していただくことを主眼としています。

なお、blenderの基本的な操作方法については、「ヘルプ - モデル作成 - blenderの使い方」にも概要をまとめてありますので、参考にしてください。

また、「ヘルプ - モデル作成 - blenderでの作成例」では、付属のサンプルデータ(/usr/local/ADVENTURE/example/blender 以下)の作成方法についてまとめてあるので、全く新規にモデルを作成する場合の参考にして下さい。

「モデル作成 - blender」メニューを選択します

  • _T-4-1.jpg

「blender の起動画面

  • _T-4-2.jpg
    中央に、何やら物体が見えます。

見る角度を変えて眺めてみよう

  • _T-4-3.jpg

    マウスカーソルをマス目の入った画面中において、マウスの中ボタンを押しながらドラッグすれば、物体を見る角度を変えて眺めることができます。

    ちなみに、ここに表示されているのは、1辺の長さが「2」の直方体です。つまり、blenderでは、起動時に、自動的にこの形状が用意されるということなので、この形状をベースに例題を始めることとします。冒頭に述べた、B=2,H=2,とした理由が、これにあたります。

Edit Mode

  • _T-4-4.jpg

    tabキーを押すごとに、Edit Mode と Object Mode が切り替わります。

    Edit Mode と Object Modeの違いによって、物体の表示の方法も変化しますが、画面下のメニューバーの構成も変わります。今後、色んな操作をしていく上で、このModeの違いを間違えないようにすることが肝要となります。

    形状を変更するには、Edit Mode にしておく必要があります。

面の編集モード

  • _T-4-5.jpg

    Edit Mode の状態で、右下の三角形の部分を選択状態にすると、面の編集状態になって、図形表示画面では、面の中央に点が表示されるようになります。

数値パッドを表示

  • _T-4-6.jpg

    キーボードで「N」キーを押すと、数値パッドが表れます。形状変更(今回の場合は、直方体の全体長さを変更)に、マウスで面をつかんで。。。という方法もありますが、これ(数値パッド)を使うこととします。

全体長さを変える

  • _T-4-7.jpg

    数値パッド上には、選択した面(図中で、ピンク色に表示されている面)の中心座標値が表示されています。

    ここで、z座標の値を1から10に変更します。Enterキーを押せば、直ちに形状変更が反映されます。

すべての面をつかむ

  • _T-4-8.jpg

    次のステップ(すべての面を三角形要素に分割する)に進む前の準備作業として、すべての面を掴む(編集対象とする)必要があります。

    GUIメニュー(Select - Select/Deselect All)でやる方法もありますが、キーボードの「A」キーを押すのがもっとも簡単です。「A」キーを押すごとに、選択対象が反転するので、全部の面が選択対象(ピンク色)になるようにしておきます。

すべての面を三角形要素に分割する

  • _T-4-9.jpg

    これもGUIメニューでやる方法(Mesh - Faces - Convert Quads to Triangles)もありますが、キーボード上で、ctrl + T(Ctrlキーを押しながら「T」キー)を押すのが簡単です。

    これをやっておかないと、次工程(メッシュを作成)でエラーになってしまいます。

Object Mode にして 

  • _T-4-10.jpg

    Tabキーですね。。。

raw ファイルを出力

  • _T-4-11.jpg

    これはGUIメニュー(File - Export - Raw Triangle(.raw,...)を使うしかありません。

    メニューが一杯あって、探すのが大変ですね。このあたりが初心者には辛いところです。

rawファイル名を指定

  • _T-4-12.jpg

    名前はなんでも構いませんが、必ず拡張子(raw)をつけて下さい。

    また、設定したWork directoryの中に保存しておくのを間違えないようにしてください。Work directoryの設定情報は、blenderには継承されておらず、blenderの作業履歴に依存しています。

    モデル作成は、これで終わりです。GUIメニュー(File - Quit Blender)を選んで終了です。後で必要なら、blenderファイルそのものも保存しておいて下さい。このあたりの操作は、普通のMS-Windowsアプリの操作と何ら変わりないと思います。


メッシュ作成

表面パッチが正しく作成できておれば、とりあえずデフォルトの設定のままで、1万メッシュ程度のモデルは簡単に(Enterキー2回、yキー1回で)メッシュを自動作成できます。

「メッシュ作成 - rawファイルから」メニューを選択

  • _T-5-1.jpg

rawファイルを選択

  • _T-5-2.jpg

    前工程(モデル作成)でExportしたrawファイルを選択し、「Open」ボタンを押してください。

まずはデフォルトで、一様なメッシュ作成

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    Work directory中に、メッシュ制御ファイル(*.ptn)がないと、一様なサイズのメッシュを作成することになります。ここでは、そのメッシュサイズを指定しますが、default値としてモデル全体のサイズを調べて、そこから計算した推奨値(この場合は0.5)が示されます。これでよければそのままEnterキーを押します。小さくすればメッシュは細かくなりますが、メッシュ数も多くなります。その増え方の次数は、3次元で効いてきますから、、、おわかりですね。あまり小さくすると、計算がなかなか終わらない。または、Memory不足でエラーになってしまいます。

    本例題のような簡単な形状では、全体に一様なメッシュが生成されますが、微小なコーナーがあったりするようなモデルではそういった局部をそれなりに細かくメッシュ分割もやってくれます。サンプルの形状データ(/usr/local/ADVENTURE/example/blender 以下、または、/usr/local/ADVENTURE/example/sample-data 以下)が付属しているので簡単に確かめることもできます。サンプル例題の使い方は、こちら(工事中)を参照下さい。

    メッシュ制御ファイルは、blenderの補助スクリプトを使って比較的簡単に作成できますが、その作成方法については、「ヘルプ -  メッシュ作成 - 節点密度制御」メニューをクリックして参照下さい。

四面体1次要素から2次要素へ

  • _T-5-4.jpg

    ここも、とりあえず、「y」としておきましょう。

    作成されたメッシュの情報(メッシュ数、節点数)が表示されます。節点数が1万以下であれば、よほど非力なマシンでない限り、後の工程で問題ないでしょう。Enterキーを押して終了です。

    「ヘルプ - FAQ」の中に、1次要素と2次要素の違いや、メッシュ数による計算時間の違いに関する説明もありますので、CAE初心者の方は目を通しておいて下さい。


境界条件

境界条件の設定には、Adventureシステムに付属のbcGUIツールを使います。

特にマウスの使い方で、前工程のblenderとは全く違うので、慣れるまでは戸惑うことも多いと思います。

ヘルプ境界条件」のメニューから、Adventureに付属のオリジナルマニュアル(ADVENTURE BCtool マニュアル)と、簡単な使い方メモ(境界条件設定ツール(bcGUI)の使い方)を参照できるようになっているので、わからないことがあったらそちらにも目を通してください。

「境界条件 - 境界条件設定」メニューを選択

  • _T-6-1.jpg

表面パッチをグループ化

  • _T-6-2.jpg

    bcGUIツールを起動する前に、境界条件を設定しやすいように、メッシュの表面パッチを加工(グループ化)しておきます。

    グループ化の意味がわからない人は、「ヘルプ - FAQ」に目を通してください。

bcGUIツールの起動画面

  • _T-6-3.jpg

    直方体の長手方向(z方向)から眺めた表示になっています。輪郭線と、輪郭線上に構成される節点が表示されています。

    使用しているマシンによっては、グラフィックボードとの相性でしょうか、節点が表示されない場合もあるようです。その場合、後で説明する「節点を選択すること」が少々困難になりますが、不可能になるということではありませんので、仕方のないことと思って、先へ進みましょう。

視点変更

  • _T-6-4.jpg

    まず全体形状を見やすくするのに視点を変更します。この操作は、blenderと同じで、マウスの中ボタンを押しながらドラッグです。

    ただ、はっきり言って、三次元パースの見え方には少々違和感があるというか、陰影とか隠れ線表示がないので、辺の奥行きを自分の頭の中で考えながら眺める必要があります。Surface表示ではOKですが、この後の操作(面や点の選択)が行えません。

面の選択

  • _T-6-5.jpg

    マウスカーソルを選択したい面を含む節点の上あたりにおいて、Shiftキーを押しながら、マウス左ボタンをクリックします。点の表示が黄色になったら選択できたことになります。選択できたら、マウスの右ボタンを押します。押すたびごとに、その点を含む要素(面または点)の候補が変化します。

    前述した、節点が表示されない場合には、形状のコーナー部分を選択するのも選択しやすくする方法になります。

    ここでは、上図の状態で、端面固定の条件を付与することとします。

変位拘束条件

  • _T-6-6.jpg

    メニューバーで、「BC - Add Displacement」を選択します。

端面を拘束する

  • _T-6-7.jpg

    Diplacement(変位)を入力するパネルが現れるので、条件を入力します。

    この場合、チェックマークをクリックした項目について条件が設定されることになります。条件が設定されない項目は、薄消し状態で表示されます。上の図では、XとY方向の条件が設定されたことになります。残りのZ方向も拘束(変位=0)して下さい。

荷重条件

  • _T-6-8.jpg

    今度は、反対側の端面を選択して、荷重条件を設定(メニューバーで、「BC - Add Load」を選択)します。

端面荷重の値を設定する

  • _T-6-9.jpg

    y方向に、「1」としました。

    なお、荷重は、面積あたりの値を入力したことになります。したがってこの場合、端面の大きさが2×2なので、荷重の値としては、「4」を入力したことになります。

終了メニュー

  • _T-6-10.jpg

    設定が終わったらそのまま終了(メニューバーで、「File - Quit」を選択)

    とくに Save Condition する必要はありません。

    設定した条件を確認する方法などは、前述のマニュアル等を参照下さい。

終了確認

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    「OK」ボタンを押します。

境界条件設定の最終確認

  • _T-6-12.jpg

    ここで、「n」キーを押すと、もう一度最初からやり直しです。


物性値

「物性値 - 物性値設定(単一物性)」のメニューを選択

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材料定数(ヤング率とポアソン比)

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    弾性解析に必要な材料定数は、ヤング率とポアソン比だけです。特に必要ありませんね。。。


ソルバー

「ソルバー - Adv Solid(弾性計算)」メニューを選択

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ソルバーの種類を選択

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    通常は、bdd-diagを選択します。メッシュ数が多すぎて、計算できないような場合、cgを選択して計算できるようになる場合があります。詳しくは、「ヘルプ - FAQ」を参照下さい。

METIS領域分割数

  • _T-8-3.jpg

    これも、詳細は、「ヘルプ - FAQ」に説明がありますが、通常はデフォルトのままでOKでしょう。

計算実行中→終了まで

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    上図のように表示されたら正常に終了です。→Enterキーを押します。


可視化

「可視化 - 結果可視化」のメニューを選択

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可視化用データファイルへの変換から、可視化ソフト(Para View)の立ち上げ

  • _T-9-2.jpg

    計算結果をPara Viewで読める書式に変換するのに少々時間が必要です。

Para Viewが立ち上がった状態

  • _T-9-3.jpg

    視線方向を変えるには、マウスの左ボタンを押しながらドラッグします。

相当応力のコンタ図

  • _T-9-4.jpg

    デフォルトでは、相当応力のコンタ図が表示されます。

変形量のコンタ図

  • _T-9-5.jpg

    Color by のプルダウンメニューで、PointDisplacement(3)を選択します。

    荷重を付加した端面で赤く(変形が大きく)なっています。これを実際の変形図にしてみましょう。

変形図の設定

  • _T-9-6.jpg

    変形図表示用のボタンを押すと、スケールファクターを設定するパネルが表示されるので、スケールファクターを入力(この場合は0.001程度)し、acceptボタンを押します。(ここでコンタ図の表示は相当応力に戻してあります)

変形図の表示

  • _T-9-7.jpg

    それらしく変形してくれました。

変形前後を同時表示

  • _T-9-8.jpg

    変形前の状態は、Colorをpropertyに、Display Style としてWireframe of Surface で表示しています。

    Para Viewでの結果表示は、ここであげた表示方法以外にも、多彩な表現方法があります。詳しくは、「ヘルプ - 可視化 - Para View」をご覧下さい。


DEXCS Official Wiki

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Last-modified: 2008-03-23 (日) 16:59:07 (3293d)