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.
2019/10
for DEXCS2019
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 ⇒ FreeCADマクロ ⇒ 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. 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

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

9.
ワークベンチ
9
CAE通常利用
9

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
1
加工ツール
2
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

15.
立方体 ⇒ 直方体平板
1
3
4
寸法を変更
5
62
15

16.
円柱
16
1
3
4
寸法を変更
5
2
クリック
6
7 8

17.
ソリッド演算
1
2
4
Apply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
3

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

19.
スケッチ起動
19
2
3
4
1

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
1 2
寸法や配置はおおまかで良い（後で修正）
21

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
1
2
3
22

23.
円の半径
円を選択
1
2
5
3
4
23

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

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

26.
スケッチ終了 ⇒ Part起動
2
26
1

27.
押し出し
1
3
4
2
27

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

29.
PartDesign起動
1
3
p.15 と同じ
2
4
29

30.
面上でスケッチ画面を起動
面を選択
1
2
3
30

31.
円を作成
円を選択
1
円中心を選択
5
4
4
3
2
6
31

32.
ポケット作成
1
5
2
4
3
32

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

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

36.
36
3Dモデルのエクスポート（STL形式）
1
2
3
4
5
6
7

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

39.
（注）STLモデルのままでは後述のマクロで取扱できません
39
インポートしたSTLモデルの3D化
2
5
4
1
3D化出来たら削除
（残しておくと、後のマク
ロ作業でエラーになる）
形状がうまく再現でき
ない場合に調整
ｍ（メートル）サイズで作
成してある場合は、拡大
してからインポートすると
良い
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
3

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）
2
3
1
https://open-shelf.appspot.com/FreeCAD/3.html

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

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

44.
2. cfMesh
44

45.
cfMesh
とは
● 開発元：Creative Fields., Ltd.(http://www.c-fields.com/)
● GPL版と商用版（CF-MESH+）もある。
● SnappyHexMeshに類似だが、より簡単・メッシュ品質も良い
（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

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
ファイルマネー
ジャの起動
ダブル
クリック
展開
2
3
1
4
47

48.
3.FreeCADマクロ
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

50.
FreeCADマクロの開発経緯
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
cfMeshSetting.py
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

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.
チュートリアルケースの確認
ダブルクリック
53
1
2

54.
ダブルクリック
FreeCADの起動
54

55.
http://ofbkansai.sakura.ne.jp/log_seminar/
オープンCAE勉強会＠関西
55

56.
まずは動かしてみる
Export
ボタンをクリック
2
3
4
1
56

57.
メッシュ作成
2
3
1
57

58.
メッシュ表示
2
1
3
4
58

59.
ｃfMesh設定用パラメタファイルと
FreeCADマクロの仕組み
59

60.
cfMesh設定用パラメタファイル
マクロ実行
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
マクロ実行時に
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
2
1
3

61.
FreeCADマクロ新規追加機能
61

62.
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
62

63.
fmsファイルの作成
OF端末の起動
1
surfaceFeatureEdges -angle 30 [case].stl [case].fms
コマンド入力
2
63

64.
backstepSimple.stl
三角形を構成する
節点座標
法線ベクトル
64

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
boundaryLayer
にチェックマークが
ある場合リストアップ
Type:region 以外にて
cellSize指定がある場
合リストアップ
Type：region
にてcellSize指定があ
る場合リストアップ66

67.
maxCellSize
maxCellSize = ( Δx + Δy + Δz ) / 60
= (30 + 3 + 2 ) /60
= 0.58
67

68.
パラメタスタディ
maxCellSize
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.
変更箇所
boundaryLayer
2 3
1
71
4

72.
boundaryLayer
レイヤー指定なし
72

73.
レイヤーオプション（手修正）
1
2
変更箇所
73

74.
レイヤーオプション（手修正結果）
変更箇所
74

75.
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
マクロ実行
ボタンをクリック
3
2
75

76.
変更箇所
パラメタの細部調整
76
2 3
1
4

77.
計算（simpleFoam）実行
ソルバー（simpleFoam）
実行ボタンを押す
plotWatcher
起動ボタンを押す
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
77
5

78.
FreeCADマクロの使い方
新規追加機能を中心に演習
78

79.
モデル確認
ダブルクリック
79

80.
ヒートシンク http://www.micforg.co.jp/jp/c_t19.html
80

81.
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。
81

82.
FreeCADマクロの使い方
additionalRefinementLevel
82
cfMeshにおけるメッシュ細分化は、 maxCellSizeを基本サイズとする二分木法による。
細分化対象のサイズがわかっている場合は、その細分化サイズを直接指定するのが直感的にわかりやすそ
うなので、デフォルトでは cellSize指定できるようにしてある。
一方、サイズを微調整するには、 RefLevelを指定して、maxCellSizeを変更するのが調整しやすい。
指定した
cellSize
実際に適用され
るcellSize

83.
マクロ設定 ⇒ メッシュ作成
変更箇所
フィン厚み
2
3
1
483

84.
メッシュ作成
2
3
1
84

85.
メッシュ表示
2
1
3
4
85

86.
2
1
3
4
6
5
8
7
86

87.
メッシュ確認（流体部分）
セルサイズ
0.8
セルサイズ
0.1
87

88.
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
88

89.
マクロ設定 ⇒ メッシュ作成、確認
2 3
変更箇所
1
4
89

90.
狭い隙間でのメッシュ作成
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.
keepCellsIntersectingBoundary
2 3
1
4
91

92.
keepCellsIntersectingBoundary
（不具合例）
固体部分もメッシュ
計算時間長大！
2 3
2
1
変更箇所
4
92

93.
FreeCADマクロの使い方
stopAfter EdgeExtruction
計算時間数秒
にて不具合確認
2 3
1
4
93

94.
FreeCADマクロの使い方
optimizeLayer optionの効能
94

95.
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
95

96.
球の抵抗係数
http://slpr.sakura.ne.jp/qp/air-resistance/
96

97.
FreeCAD起動
ダブルクリック
97

98.
モデル確認
球の半径は0.5
（D=1）
98

99.
モデル確認
（細分化領域）
30
10
99

100.
マクロ起動
1
100

101.
メッシュ出力先
2
101
2
4
1
3
5
どちらかを選択

102.
メッシュパラメタ設定
変更箇所（例）
Export
ボタンをクリック
2
3
4
1
102

103.
メッシュ作成
2
3
1
103

104.
メッシュ表示
104
2
1
3
4

105.
105
2
1
3
4
6 5

106.
106
メッシュ確認（Paraview）

107.
メッシュ方案（例）
107

108.
計算（simpleFoam）実行
ソルバー（simpleFoam）
実行ボタンを押す
plotWatcher
起動ボタンを押す
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
108
5
Re=10000, RAS:kEpsilon

109.
計算（pimpleFoam）実行
ソルバー（simpleFoam）
実行ボタンを押す
plotWatcher
起動ボタンを押す
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
109
5
Re=1000, RAS:kEpsilon

110.
110
2
34
1
5
6
7

111.
ダブルクリック
111
計算結果の検証

112.
sphere
simpleFoam
112

113.
sphere
pimpleFoam
113

114.
注意点・・・STLのメッシュ偏差
2
3
1
4
5
6
114

115.
計算精度要因
・・・STLのメッシュ偏差
115

116.
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
● ...
116

117.
optimizeLayer 不具合例
117

118.
まとめ
118

119.
マクロ画面
の説明（1/2）
境界条件 Type の指定
（patch/wall/symmetryPlane/region/overset/empty）
cellSizeは空白になっている
⇒細分化しない
BoundaryLayerにチェックマークが入っ
ていない⇒レイヤーは付加しない
maxCellSizeの値はモデルサイズから概略自
動計算した値が設定済みだが変更は可能
featureAngleは30（変更可能）
表示されているパーツ
の名前がリストアップさ
れている
レイヤーを付加するとした
場合の設定値（変更可能）
119

120.
マクロ画面
の説明（2/2）
曲面レイヤーを滑らか
にしたい場合に使用
（起動時）FreeCADモデルの存在するディレクトリだが、任
意のディレクトリに変更も可能。 OpenFOAMのケースディ
レクトリでなくても可。
狭い隙間でメッシュ作成
したい場合に使用
メッシュ作成に長時間が予想される
場合に用に使用
（メッシュ方案の問題有無確認）
cfMesh設定ファイルを出力
作成済の設定ファイルを取り込む
（但し、手修正部分はリセットされる） 設定ファイル
（meshDict）を直接編集
メッシュ作成
（cartesianMesh）を実行
メッシュ確認用 .foam 作成
（但しParaviewは別途手動で
起動要）
Object毎の細分化をサイズで
直接指定（但し、その数字通り
にならない場合もある）
Object毎の細分化をレ
ベル数字(N)で指定
（CellSize =
maxCellSize / 2N
)
終了
終了
120

121.
マニュアル
ファイルマネー
ジャの起動
121
ダブル
クリック
展開
2
3
1
4

122.
122
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

123.
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
}
}
123

124.
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 edgeExtraction
restartFromLastStep
}
enforceGeometryConstraints
boundaryLayers
{
nLayers
thicknessRatio
maxFirstLayerThickness
patchBoundaryLayers
}
patchName
}
nLayers
thicknessRatio
allowDiscontinuity
}
}
optimizeLayer
untangleLayer
optimizationParameters
{
nSmoothNormals
maxNumIterations
featureSizeFactor
reCalculateNormals
relThicknessTol
}
} 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
124

125.
Let’s smart OpenCAE
presented by125