FreeCADによる固有値解析:形状モデル作成から解析結果の確認

このブログでは、FreeCADによる固有値解析を使った記事をまとめています。

FreeCADによる固有値解析手順について備忘録を兼ねてまとめています。

なお、この記事で使っている画像は、FreeCADのバージョンは、0.17のものです。

はかせ
はかせ

形状モデル(データ)を作るのが私にとっては大きな課題です。CADの操作や3Dモデルは、何度かチャレンジしていますが、苦手なようです。

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FreeCADによる形状モデル作成

ここでのFreeCADによる固有値解析は、改正対象のモデル(形状モデル)を作るところから始めています。

ワークベンチでSketcherを選ぶ

ワークベンチでSketcherを選びます。

ワークベンチのSketcherを選ぶ

ワークベンチのSketcherを選ぶ

図1 ワークベンチでSketcherを選ぶ

Sketcherで新規作成(図1の左端のアイコン)をクリックします。

Sketcherで新規作成

Sketcherで新規作成

図2 Sketcherで新規作成

スケッチを作成する(2Dモデルの作成)

次の手順で、スケッチを作成します。

  •  平面図を作る
  •  2辺を拘束

ワークベンチでPartを選ぶ(3Dモデル作成)

ワークベンチでPartを選びます。

ワークベンチでパーツを選ぶ

ワークベンチでパーツを選ぶ

図3 ワークベンチでパーツを選ぶ

Extrudeで3Dモデルにします。

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FreeCADによるFEM(固有値解析)

ワークベンチでFEMを選びます。

ワークベンチでFEMを選ぶ

ワークベンチでFEMを選ぶ

図4 ワークベンチでFEMを選ぶ

図4の解析コンテナ(Aのアイコン)をクリックします。

FEMの解析コンテナ

FEMの解析コンテナ

図5 FEMの解析コンテナ

FEMのための解析条件を設定します。

図5の球のアイコンで材料を選びます。

  • FreeCADの材料設定から選ぶ他、任意の材料も設定できます。

拘束条件を設定します。

  • 解析対象を固定する節点、線を固定します。

メッシュを切ります。

  • 要素にはテトラを使います。
  • FreeCADのオートメッシュを使います。

ソルバー(CaculiXccxTools)の設定をします。

  • 周波数解析(Frequency)を選びます。
解析設定:周波数解析を選ぶ

解析設定:周波数解析を選ぶ

図6 解析設定:周波数解析を選ぶ

ソルバーの設定:インプットファイルの作成

ソルバーの設定:インプットファイルの作成

図7 ソルバーの設定:インプットファイルの作成

解析の実行:インプットファイルの実行

解析の実行:インプットファイルの実行

図8 解析の実行:インプットファイルの実行

「CalculiX Done!」が表示されれば解析完了です。

解析完了:インプットファイルの計算完了

解析完了:インプットファイルの計算完了

図9 解析完了:インプットファイルの計算完了

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解析結果の確認

解析結果(解析コンテナ)は、以下の様にのツリー表示されます。

解析結果のツリー表示

解析結果のツリー表示

図10 解析結果のツリー表示

見たい解析結果を選び表示させます。

解析結果(モード形状)を見る

解析結果(モード形状)を見る

図11 解析結果(モード形状)を見る

モードアニメーションを見たいときには、スクリプトを組む必要があります。

まとめ

ここでは、FreeCADで固有値解析を行う手順について、以下の項目でまとめました。

  • FreeCADによる形状モデル作成
    • ワークベンチでSketcherを選ぶ
    • スケッチを作成する(2Dモデルの作成)
    • ワークベンチでPartを選ぶ(3Dモデル作成)
  • FreeCADによるFEM(固有値解析)
  • 解析結果の確認
はかせ

振動制御を学んだおかげで、モデリングと制御系設計、実験・計測、CAEと幅広く学び、出会いとチャンスにも恵まれ工学博士になりました。
CAEが珍しくない今だからこそ、実験やリアルなモノづくりの体験がより重要になっていると考えています。

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