構造解析 STLの修正と簡略化

POLYGONALmeisterの試用


使っているソフトは、
日本ユニシス・エクセリューションズ株式会社 商用ソフトウエア
POLYGONALmeister :←ホームページへ


トライアル版がダウンロードできるので、そちらを使用



注):解析の専門家ではないので

言い訳ですが、ソフトウエアーの能力のほんの一部しか使えていません
興味が出たら自身で試されるのが一番だと思います

今回は、これまで諦めていた複雑構造計算可能性の確認

試すのはB&Wのフロントバッフルが曲面で内部に補強を入れた構造




計算に使った形状はこのSolid


このSolidをSTL形式で出力したものを”POLYGONALmeister”で読み込む

STL

1,734の三角形で表面形状を表したものとなっている


STL要素数の影響
基本形状 簡略化 細分割
base_check simple fine
フェイス:1,734

メッシュの不具合なし
要素の簡略化を実施

フェイス:1,502

1割程度の簡略化となった
要素の細分割を実施

細分割 / 最適分割 / 最大分割数:2

フェイス:2,590

こちらは約1.5倍に要素が増加
base_mesh simple fine

それぞれのSTLファイルをNETGENを使ってメッシュを作成する

NETGEN:要素サイズ:50

2次要素ではメッシュ作成できず、1次要素で作成したメッシュファイルは2.4MB
そのデータを2次要素に変換すると8.5MBになる
8.5MBのメッシュデータでは大きすぎて、FEM BLOCKが計算途中で落ちる(たぶんメモリー不足)

現在使用しているEWSはメモリを16ギガ搭載しており、FEM BLOCKに12ギガのメモリを割り当てている。お遊びでこれ以上は・・・

さらに重たいモデルを扱うとすれば、根本的に考え直す必要があるか?


ポイント:9,881

エレメント:45,352

ポイント:9,806

エレメント:44,875

ポイント:10,024

エレメント:45,718

出来上がったメッシュを見ると、元のSTL要素に影響される部分もあるが、それが支配的ではないと考える

STLの要素数を減らしすと出来上がるメッシュの点・要素が多少減少する
ただ、STLの要素を1.5倍にしてもその差は大きくはない

メッシュ作成条件が支配的となるので、STLの要素数を特に気にする必要はなさそうだ

NETGENでメッシュ作成が容易となるSTL要素の特徴があるなら、その特徴に合わせる方が取り分が大きくなると考える

base_model_eigen_7th simple_model_eigen_7th fine_model_eigen_7th
403.62Hz 403.26Hz 401.59Hz

面白い結果が出た

固有値を計算させて、7次の値を見ると要素数の少ない簡略モデルの固有値が若干低い
同じ形状で要素数を増やせば剛性は下がる
そうなれば固有値も低くなると考えていたが、逆の傾向も出た

ただ、違いと言ってもごく少なく、誤差範囲と言ってよい程度である

いや、要素が少なくて固有値が低く出るなら重要度が低い部分でメッシュがうまく簡略化されていると言うことで、これは優秀な簡略化ができていると考える





この形状でメッシュが切れて、解析できればすごい

まあ、勢いでトライする


これだけの形状となると、STLデータに不具合は出る
ここは試している修正ソフトウエアの能力に頼る





メッシュ作成は同じ条件









あらまびっくり

メッシュを細かくするとこんな事も出来る

ファイルサイズが200MB超え

ただ、このデータはNETGENではエラーが出てメッシュが切れない





せっかくだから、補強を検討



内部に縦壁を入れてみる


これまでの入っていた補強分を横幅全体に広げる




内部に縦壁を追加した状態を解析


STLのメッシュはできる

補強前のフェースが1,734 補強後が3318で、ほぼ倍の要素に増えている


メッシュの確認を行うとエラーが3か所


これも自動で修正が出来た



NETGENで要素を作成すると54,041
先回より一割程度要素が増えているが、たぶん計算はできると思う
では、固有値解析を行ってみる






結果をみると、7次の固有値が一割程度高くなっている

補強の効果は出ている





では、要素削減を行ってみる


要素削減を行ってみるとフェイスは2,534 3割削減が出来た


要素確認を行うと自己交差が一か所


エラー要素があるとNETGENでエラーが出て要素が作成されない


NETGENでメッシュを作成するにはエラー修正は必須


自動修正ができない場合は手動を試す



これまで試したところでは、エラーの出ている要素のフェイスを削除し、穴埋めで治る場合もあり、フェイスを分割して治る場合もあり、エッジ入れ替えで治る場合もある


面をクリップして直接アクセスできるようにして、エッジ入れ替えをおこなったところエラーが消えた


フェイス数:2,717



再度やり直し


問題のある場所が赤にハイライトされている






周辺の要素を削除してみる


切り取りを実施


同じ場所を選択し埋める


埋めた状態のチェックを行う


エラーがなくなっているので、この形でも修正は可能



削除前を比べてみると要素が変わっていることが解る




要素の入れ替えを再確認


これは上にある物と同じ
問題のある場所が赤にハイライトされている
課題はこの赤にハイライトされた要素の両端にあると推定する


問題の個所の下側の接続
ここに2本の要素が入って来ている
ここが問題だとすれば、関連する要素は上側と下側に入るそれぞれの要素


まず下側のグリーンにハイライトされている要素の接続を入れ替えてみる

下側の要素入れ替えを実施
右上に4本入って来ていた要素が一つ減って、ハイライトされていた赤い要素上側に3本入っている


下側の要素入れ替え後の状態をクリーニング/検査で確認する
エラーがなくなっており、この要素が問題を起こしていたと推定できる




では、元に戻して逆側(上側)の要素の接続を入れ替えてみたらどうなるか

上側のグリーンにハイライトされている要素の接続を入れ替えてみる

クリーニング/検査をしてみると不具合は治っていない



更に、上側の要素は入れ替えたまま、下側の要素入れ替えをしてみる


クリーニング/検査を行ってみると、これでもエラーはなくなっている

やはり問題となっていたのは下側の要素で、上側は無関係の様だ



STLデータが修正できたので、そのデータを使いNETGENで計算用の要素を作成する
NETGENで作成した要素は53,918 STL要素削減により減少はするがこれなら実質的に同等か


固有値解析結果は










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