how to CAD and Meshing on DEXCS2022 for OpenFOAM

1. オープンCAEコンサルタント
OCSE^2 代表 野村悦治
DEXCS for OpenFOAM®における
推奨メッシュ生成法
Disclaimer: OPENFOAM ® is a registered trade mark of OpenCFD Limited, the producer of the
OpenFOAM software and owner of the OPENFOAM ® and OpenCFD ® trade marks. This
offering is not approved or endorsed by OpenCFD Limited.
2022/10
for DEXCS2022
1

2. 形状、メッシュデータ作成方法の概要
■ 簡単な形状・・・FreeCADで作成（と境界区分）
■ 複雑な形状・・・通常利用の３D-CADで作成
○ ⇒ STL形式でエクスポート
⇒ helyxOS へインポート ⇒ snappyHexMesh
⇒ TreeFoam へインポート ⇒ snappyHexMesh
○ ⇒STEP形式でエクスポート
⇒FreeCADへインポート ⇒ DEXCS-WB ⇒ cfMesh
（簡単なSTL形式インポートも可能）
■ 他のソフトで作成したメッシュが存在
○ ⇒###ToFoam 標準ユーティリティを利用
DEXCS同梱ツール DEXCS推奨方法
2

3. 目次
1. FreeCAD
2. cfMesh
3. DEXCS-WB（FreeCADマクロ）
3

4. 1. FreeCAD
4

5. FreeCADとは http://www.freecadweb.org/?lang=ja
5
https://www.freecadweb.org/wiki/Getting_started/jp 〜2020
現在
2021

6. FreeCADの起動
6
クリック
1

7. FreeCADの基本
❏ 画面の構成
❏ ワークベンチ
❏ ツールバー
❏ マウスの使い方
❏ 3Dモデル作成法
❏ インポート / エクスポート
❏ DEXCS カスタマイズメニュー
7

8. 画面（パネル）の構成
画面の追加・削除
画面の分離・結合
8
2
1

9. ワークベンチ
9
CAE通常利用
9
2
1
3

10. ツールバー
10
追加・削除
可能
個々のツールバーはサ
イズ如何で展開使用、自
由に配置も可能
ワークベンチ変更に伴
いツールバー構成が
変化
新規作成ボタンを押せ
ば、ツールバー利用
が可能になる

11. マウスの使い方
11
3D画面上で
マウス右クリック 2⇒右ボタン
でもOK
変更は可能
クリック

12. 3Dモデル作成法のいろいろ
12
Part
PartDesign
Sketch
Pocket
押出
1
3
2

13. ３Dモデル作成法のいろいろ
13
Part
1

14. Part起動画面とツール
14
プリミティブ
ツール
加工ツール
注：ツールバーの位置は説明用に並び替えてあります
論理演算
ツール
2
1

15. 立方体 ⇒ 直方体平板
寸法を変更
15
2
1
3
6
5
4
2 6

16. 円柱
16
寸法を変更
クリック
2
1
3
6
5
4 7 8

17. ブーリアン演算
「適用」ボタンを押して、意図した通りにならな
かった場合は、Ctrl+Zキーにてやり直し
17
2
1
3 4

18. 18
Sketch
Pocket
押出
2
3Dモデル作成法のいろいろ

19. スケッチ起動
19
2
1
3
4

20. スケッチツール
描画ツール
拘束ツール
注：ツールバーの位置は説明用に並び替えてあります
20

21. 長方形と円の作成
寸法や配置はおおまかで良い（後で修正）
21
2
1

22. 円中心を固定
円中心と原点を選択
円中心が原点に移動
選択したものは
緑色表示されている
22
2
1
3

23. 円の直径
円を選択
23
2
1
3
5
4

24. 長方形の位置
辺と原点を選択
辺と原点を選択
24
2
1
3
6
5
4
7
8

25. 長方形の大きさ
辺を選択
辺を選択
25
2
1
3
6
5
4
7
8

26. スケッチ終了 ⇒ Part起動
26
2
1

27. 押し出し
27
2
1
3
4

28. Part
PartDesign
Pocket
3
28
3Dモデル作成法のいろいろ

29. PartDesign起動
p.15 と同じ
29
2
1
3
4

30. 面上でスケッチ画面を起動
面を選択
30
2
1
3

31. 円を作成
円を選択
円中心を選択
6
31
2
1
3
5
4

32. ポケット作成 5
32
2
1
3
4

33. FreeCADの基本
❏ 画面の構成
❏ ワークベンチ
❏ ツールバー
❏ マウスの使い方
❏ 3Dモデル作成法
❏ インポート / エクスポート
❏ DEXCS カスタマイズメニュー
33

34. 3Dモデルのエクスポート（STEP形式）
34
2
1
3
6
5
4
7
8

35. 35
3Dモデルのインポート（STEP形式）
新規
2
1
3
6
5
4

36. 36
3Dモデルのエクスポート（STL形式）
2
1
3
6
5
4

37. 37
3Dモデルのエクスポート
（STL形式、補足）
本図方法も可能だが、ファイル名に拡張子（ stlまたはast）を付加する
必要がある。stlはバイナリ形式、astはアスキー形式。
OpenFOAMは拡張子stlのアスキー形式が必要なので、 astで出力し
てファイル名変更する必要がある。
また複数ブロックが存在する場合、この方法で出力される STLモデル
は単一ブロックになってしまう。

38. 3Dモデルのインポート（STL形式）
新規
38
2
1
3
6
5
4

39. （注）STLモデルのままでは後述のマクロ・ワークベンチで取扱できません
39
インポートしたSTLモデルの3D化
形状がうまく再現でき
ない場合に調整 サイズ制限は、
メモリが許容できる範囲まで OKですが、
実用上は数10MB程度まで
2
1
3
5
4

40. 40
DEXCSカスタマイズメニュー（1/4）
選択
p.36参照
選択したコンポーネントを対象に
OpenFOAM用メッシュ作成に必要
な設定作業で、よく使用する機能を
集約したメニューバー

41. 41
DEXCSカスタマイズメニュー（2/4）
https://open-shelf.appspot.com/FreeCAD/3.html
2
1
3

42. 42
DEXCSカスタマイズメニュー（3/4）
（同一）
2
1
3
4

43. 43
DEXCSカスタマイズメニュー（4/4）
2
1
3
4
（同一）

44. 2. cfMesh
44

45. cfMesh
とは
● 開発元：Creative Fields., Ltd.(https://cfmesh.com/)
● GPL版と商用版（CF-MESH+）もある。
● SnappyHexMeshに類似だが、より簡単・レイヤー品質が良い
（但し、現在は単領域問題にしか適用できない）
● （ESI版）OpenFOAM-v1712 より modules 搭載
オープンCAE勉強会＠富山/20140823第24回
45
https://cfmesh.com/

46. cfMesh作成原理と
主要パラメタ・Dictファイルの概要
対象領域定義ファイル
（fms形式）
細分化レベル
レイヤー
46

47. マニュアル
一番下
47
2
1
3
4

48. 3. FreeCADマクロ
DEXCS-WB
48

49. cfMesh作成原理と
主要パラメタ・Dictファイルの概要
対象領域定義ファイル
（fms形式）
細分化レベル
レイヤー
DEXCS2014からは FreeCADマクロでDictファイルを自動作成
49 DEXCS2021からは DEXCS-WBでDictファイルを自動作成

50. FreeCADマクロ / DEXCS-WBの開発経緯
パラメタセット詳細適合の省力化支援
(GUI)wxコンポーネント⇒ Qt4 / pySyde化
マクロ起動ボタン化
code refuctoring by Miyoshi
● 0.17.13522
● 0.16.6712（stable）
● 0.17.8614 (Git)
● 0.14
● 0.16
FreeCAD Ver.
● 0.19.18272(Git)
マクロ機能追加、python3 対応
50
● 0.19 (2020/9/21)
TreeFoam3 対応、ポータビリティ対応
cfMeshSetting.py
DEXCS-WB（ワークベンチ）化 ● 0.20 (2021/9/30)
● 0.20 (2022/6/13)
同上、機能強化（2Dメッシュ対応等）

51. マクロの起動（DEXCS2014）
1
マクロの実行
makeChMeshSetting.py
を選択
実行ボタンを押す
3
2
51

52. FreeCADマクロ
52

53. DEXCS-WB
53
DEXCS-WB ツールバー
解析コンテナ
メッシュ作成コンテナ
ソルバー実行コンテナ
メッシュ細分化コンテナ
DEXCS-WB
（ワークベンチ）
FreeCADマクロの機能拡張版
FreeCADマクロ
（DEXCS2021でも
使用は可能）

54. チュートリアルケースの確認
ダブルクリック
54
1
2

55. ダブルクリック
FreeCADの起動
55

56. http://ofbkansai.sakura.ne.jp/log_seminar/
オープンCAE勉強会＠関西
56
出典

57. まずは動かしてみる
2
3
4
1
57
ダブルクリック

58. メッシュ表示
2
1
58

59. cfMesh設定用パラメタファイルと
DEXCSワークベンチの仕組み
59

60. cfMesh設定用パラメタファイル
ケース作成実行
stlファイルの作成
fmsファイルへの変換
meshDictの作成
2
1
3
OpenFOAM
ケースフォルダ /opt/DEXCS/template/dexcs
ケース作成実行
時に存在しなけ
れば自動作成
0
60
DEXCSランチャー
仮想風洞試験パラメタセット
（変更も可能）
2
1
3
ケース作成実行前

61. stlファイルの作成
http://ofbkansai.sakura.ne.jp/log_seminar/
オープンCAE勉強会＠関西
内容はほぼ同一
exportStl.FCMacro は、
export.py を拡張したものです
61
FreeCADのモデルツリー上で表示されたオブ
ジェクトを全てまとめてSTL化します

62. （参考）fmsファイルの作成原理
OF端末の起動
1
surfaceFeatureEdges -angle [特徴角] [stl-File] [fms-File]
2
62
surfaceFeatureEdges -help
コマンド入力

63. fmsファイルの作成
surfaceFeatureEdges -angle 30 [case].stl [case].fms
63

64. backstepSimple.stl
三角形を構成する
節点座標
法線ベクトル
64
inlet
outlet
2つの三角形
で定義

65. 0
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
backstepSimple.fms
patchの数
節点の数
三角形の数
輪郭線の数
patch番号
三角形の節点番号
線分の
節点番号
節点座標
patchの
名前と
type
65

66. meshDictの作成
66

67. maxCellSize / BaseCellSize
maxCellSize = ( Δx + Δy + Δz ) / 60
= (30 + 3 + 2 ) /60
= 0.58
67
BaseCellSize = (( Δx x Δy x Δz ) / 6000)1/3
= ((30 x 3 x 2 ) /6000) 1/3
= 0.31
〜DEXCS2020
DEXCS2021〜

68. パラメタスタディ
BaseCellSize
featureAngle
boundaryLayer
68

69. 変更箇所
maxCellSize
2
3
1
69
4

70. featureAngle
変更箇所
2
3
1
70
4

71. boundaryLayer
71
2
1
パラメタ設定方法

72. boundaryLayer
72
対象面の設定方法
2
1
3
5
チェック
（確認）
walls:…
がリストアップ
4
選択したものを削
除可能

73. 変更箇所
boundaryLayer
2
3
1
73
パラメタ設定例
細分化はしない
レイヤーを付与
（パラメタは全てデフォ
ルト値を使用）
対象面は walls
細分化コンテナ
（ダブルクリックでタスク
画面が開く）

74. boundaryLayer
2
3
1
74
4
メッシュ確認
ダブルクリック

75. boundaryLayer
レイヤー指定なし
75

76. レイヤーオプション
変更箇所
76

77. backstep
壁面を個別に名
前を変えている
こと確認
backstepを
ダブルクリック
1
3
2
77

78. 変更箇所
パラメタの細部調整
78
2
3
1
4

79. 計算（simpleFoam）実行
2
3
境界条件データ等は事前に設定
済のものを使用しています。
1
79
ダブルクリック

80. DEXCSワークベンチの使い方
狭い隙間/薄い板のある場合
80

81. モデル確認
81
ダブルクリック

82. ヒートシンク http://www.micforg.co.jp/jp/c_t19.html
82

83. 演習用カットモデル
非表示
表示
2
1
表示 ⇆ 非表示 は、コンポーネントを選択してスペースキーを押せば切り替わります。
83

84. 細分化設定 ⇒ メッシュ作成
変更箇所
フィン厚み
2
3
1
84

85. メッシュ確認
2
1
85 5
6
4
7
3

86. メッシュ確認（流体部分）
セルサイズ
0.8
セルサイズ
0.1
86

87. 固体部分でのメッシュ作成
ヒートシンク（カット
モデル）
のみ表示
2
1
87
個体用解析コンテナ
流体用解析コンテナ

88. 細分化設定 ⇒ メッシュ作成、確認
2
3
変更箇所
1
4
88

89. keepCellsIntersectingBoundary
2
3
1
4
89

90. 狭い領域でのメッシュ作成
ベースメッシュ
境界面
keepCellsIntersectingBoundary
0
keepCellsIntersectingBoundary
1
内部メッシュ
OK
内部メッシュ
OK
内部メッシュ
NG
90

91. workFlowControls
3
91
１層しかないので、
keepCell...オプションを使
わないと消滅することが予
想される これ以上の計算は
やっても無駄！とい
うことがわかる
メッシュ作成のステップ順

92. keepCellsIntersectingBoundary
（不具合例）
固体部分もメッシュ
計算時間長大！
4
5
2
1
変更箇所
6
92
7
流体用解析コンテナ
流体用
パーツ表示
ダブルクリッ
ク
3

93. DEXCSワークベンチの使い方
optimizeLayer optionの効能
93

94. 球の回りの流れ
http://skomo.o.oo7.jp/f28/hp28_62.htm
http://www.higashi-h.tym.ed.jp/course/kadai15/matome/kuuki.htm
Re（レイノルズ数）
Cd（抗力係数）
U:速度
D：代表寸法
（球の直径）
nu:動粘性係数
94

95. 球の抵抗係数
http://slpr.sakura.ne.jp/qp/air-resistance/
95

96. FreeCAD起動
96
ダブルクリック

97. モデル確認
球の半径は0.5
（D=1）
97

98. モデル確認
（細分化領域）
30
10
98

99. 解析コンテナ作成
1
99

100. メッシュ出力先指定
100
2
4
1
3
5
どちらかを選択

101. メッシュ細分化設定
変更箇所（例）
3
1
101
2

102. メッシュ作成
2
3
1
102
ダブルクリック

103. メッシュ表示
103
2
1

104. 104
メッシュ確認（Paraview）
1
4
5
3
6
2

105. メッシュ方案
（例）
105

106. 計算（simpleFoam）実行
2
3
4
境界条件データ等は事前に設定
済のものを使用しています。
106
Re=100000, RAS:kEpsilon
ダブルクリック
1

107. 空力係数プロット
2
3
4
1
107
5
変更箇所（例）

108. pimpleFoam用解析コンテナ作成
108
2
3
4
1
右クリック
⇒ コピー
右クリック
⇒ 貼り付け
3Dパーツの
チェックを外す
細分化パラメタはコピーし
て使用可能
5

109. pimpleFoam用解析コンテナ適合
109
2 3
4
1
5

110. pimpleFoam用メッシュ作成
2
3
1
110
ダブルクリック

111. 計算（pimpleFoam）実行
2
3
4
境界条件データ等は事前に設定
済のものを使用しています。
1
111
5
Re=10000, RAS:kEpsilon
ダブルクリック

112. 112
空力係数プロット（1/2）
2
3
4
1
5
変更箇所（例）

113. 113
2
3
1
空力係数プロット（2/2）
変更箇所（例）

114. 114
計算結果の検証
ダブルクリック

115. sphere
simpleFoam
（計算結果例）
115

116. sphere
pimpleFoam
（計算結果例）
116

117. 注意点・・・STLのメッシュ偏差
2
3
4
5
117
1

118. 計算精度要因
・・・STLのメッシュ偏差
118
【注記】DEXCS2021までは、メッシュ偏差値に応じて上図のように変化していたが、
DEXCS2022では、4〜5μm以上で上図の一番左の状態となり、それ以下に小さくすると一
気に一番右の状態になってしまう。程よい加減の中央の状態が得られないことがわかって
いる。
通常のモデリングでは、一番右の状態になったとして、
STLデータがやや重くなるというだ
けで、メッシュ作成面での問題はない。

119. その他の計算精度要因
● 解析領域、細分化領域のサイズ
● 非定常計算における平均化処理
● 計算スキーム
● ...
119

120. 補足
120

121. 121
マニュアル
meshDict
meshDict中のコメント文はマニュアル表記をそのまま転記しています
ｐ.47参照

122. surfaceFile
maxCellSize
boundaryCellSize
minCellSize
localRefinement
{
patchName
{
additionalRefinementLevels / cellSize
refinementThickness
}
}
objectRefinement
{
objectName
{
cellSize
type box / sphere / cone / line / hollowCone
}
}
edgeMeshRefinement
{
edgeName
{
edgeFile
additionalRefineLevels / cellSize
refinementThickness
}
}
パラメタ総覧 (1/2)
keepCellsIntersectingBoundary
checkForGruedMesh(removeGruedMesh?)
keepCellsIntersectingPatches
{
patchName
{
keepCells
}
}
removeCellsIntersectingPatches
{
patchName
{
keepCells
}
}
122

123. boundaryLayers
{
nLayers
thicknessRatio
maxFirstLayerThickness
patchBoundaryLayers
}
patchName
}
nLayers
thicknessRatio
maxFirstLayerThickness
allowDiscontinuity
}
}
optimizeLayer
untangleLayer
optimizationParameters
{
nSmoothNormals
maxNumIterations
featureSizeFactor
reCalculateNormals
relThicknessTol
}
}
renameBoundary
{ defaultName
defaultType
newPatchNames
{
patchName
{
newName
type
}
}
}
anisotropicSources
{
boxExample
{
type box
center /
lengthX / lengthY ,...
scaleX / scaleY...
}
planeExample
{
type plane
normal / origin
scalingDistance
scalingFactor
}
}
workflowControl
{
stopAfter **(selectable)**
restartFromLastStep
}
enforceGeometryConstraints
青字部分のみFreeCADマクロで設定可能
パラメタ総覧 (2/2)
朱字部分もFreeCADマクロで設定可能
紫字部分は今後の予定
123
緑太字部分もDEXCS-WBで設定可能

124. Let’s smart OpenCAE
presented by
124