メッシュ作成プロセス

表面メッシュの品質がソリッド メッシュの品質を左右するため、高品質な表面メッシュを作成する必要があります。

メッシュ作成の基本手順

1. ソリッド モデルを開きます。
2. [モデル メッシュ設定]ダイアログ ボックスの[メッシュ タイプ]領域で、モデルに適切なオプションを選択します。  メッシュ タイプは、CAD ソリッド データをインポートする場合は[ソリッド]に、CAD 表面データをインポートする場合は、[プレート/シェル]に既定で自動的に設定されます。グローバル設定をオーバーライドして、部品ごとにメッシュ タイプを定義することも可能です(後述の「全般的なヒント」を参照してください)。
   • ブリック要素を使用してモデルを解析する場合は、[ソリッド]を選択します。
   • 3D ソリッドのモデルを、プレート要素またはシェル要素を使用して解析する場合は、[中立面]を選択します。ソリッド 部品は中立面においてプレート要素まで縮小します。
   • 面のみで構成されているモデルを、プレート要素またはシェル要素として解析する場合は、[プレート/シェル ]を選択します。
   • 部品がガスケット要素タイプ(非線形静解析)である場合は、ブラウザで部品をクリックし、要素タイプを[3D ガスケット]に設定します。
3. 隣接する部品が出会う場所でメッシュを一致させるかどうかを決定します(等角メッシュ)。[部品間に一致するメッシュを作成]オプションは、既定ではオンです。一致するメッシュは、隣接した部品を結合する最も簡単で最も直接的な方法です。メッシュのマッチングは、ネイティブの SimMech プロセッサを使用して行う線形解析の表面接触でも必要です。しかし、不一致(非等角)メッシュを生成するほうが有利な場合もあります。次に例を示します。
   • MES または一般表面間接触による非線形静解析では、部品間でメッシュが一致しない(非等角メッシュ)場合に、最高のパフォーマンスと結果が得られます。非線形解析では、接触は、1 つの部品上の節点と、隣接する部品上の要素のメントの間に検出されます。節点が一致している場合、各節点の周囲の面の間で接触解析が振動し、収束が困難になることがあります。
   • 大規模または複雑なアセンブリ、または部品のサイズが大幅に異なるアセンブリの場合、すべての部品のメッシュを一致させるときに問題が発生することがあります。一部の部品に対するメッシュが失敗することがあります。または、表面メッシュが部品の交差の近くで歪むことがあります。
   注: ネイティブの SimMech プロセッサを使用して行う線形解析の場合、[一般接触設定]ダイアログに表示される[スマート接着]オプションの 1 つをオンにすることにより、不一致のメッシュを有する部品を結合することができます。Autodesk Nastran ソルバーを使用する場合は、結合接触のためにスマート接着も一致したメッシュも必要ありません。さらに、Nastran ソルバーでは、線形表面接触のために一致したメッシュは必要ありません。最後に、Nastran ソルバーは、ギャップで隔てられている部品を結合することもできます([オフセット溶接]タイプの接触を使用)。
4. [メッシュの生成]をクリックします(または、[メッシュ] [メッシュ] [3D メッシュを生成]リボン コマンドを使用します)。
5. メッシュ作成プロセスが完了したら、[はい]をクリックしてメッシュの結果を表示します。

満足のいく結果が得られない場合は、次のいずれかの方法でメッシュ サイズを調整します。

• [メッシュ] [メッシュ] [3D メッシュ設定]ダイアログ ボックスで、[メッシュ サイズ]スライダを[粗い]または[細かい]の方向に動かし、再度[メッシュの生成]をクリックして新しいメッシュを作成します。
• ジオメトリの特定の重要な領域を中心にして細かなメッシュが必要な場合は、選択したポイント、エッジ、または表面に、メッシュの細分化を適用します。
  • [メッシュ] [メッシュ] [3D メッシュを生成]を使用して、新しいメッシュを作成します。
• 密集したフィーチャ周辺のメッシュを細かくする必要がある場合は、[メッシュ][細分化節点][自動]コマンドを選択します。
  • スライダを適切な位置に合わせて[生成]をクリックします。黒の細分化節点がモデルに追加されます。細分化節点の数を変更するには、スライダを動かし、[生成]を再度クリックします。自動的に細分化節点を生成するたびに、以前作成された細分化節点はスライダの新しい粗い/細かいの位置で指定された節点に置き換えられます。
  • 適切な数の細分化節点が作成されたら、[完了]をクリックします。
  • [メッシュ] [メッシュ] [3D メッシュを生成]を使用して、新しいメッシュを作成します。

CAD モデルのソリッド メッシュ作成は 3 段階で処理されます。

1. 最初に、CAD モデルの表面がメッシュ化されます(進行状況を示すダイアログに、「表面メッシュの部品n」と表示されます)。
2. すべての部品が表面メッシュ化された後、各部品が正しくメッシュ化されたかどうか、表面メッシュを確認します。各面のメッシュを調べて、隣接する面が一致し、それによりメッシュが隙間のないソリッドを囲んでいることを確認します(部品n の表面メッシュを確認)。
3. 最後に、各部品のボリュームをソリッド要素で埋めるようにソリッド メッシュ(ソリッド メッシュ部品n)が作成されます。

   [解析時にソリッド メッシュを作成]オプションの状態に応じて、解析が始まるまでソリッド メッシュを延期するか、表面メッシュの生成後に直ちに実行されます。このオプションは、[メッシュ][メッシュ][3D メッシュ設定] [オプション] [モデル]領域にあります。 既定ではオンで、[Simulation を実行]をクリックする最初のときまで、または[モデルをチェック]操作を実行する最初のときまで、ソリッド メッシュの作成は延期されます。

注: 複数の部品で構成されるアセンブリでは、部品は各部品のバウンディング ボックス(全体の寸法)の体積の大きさ順(最小から最大)でメッシュ化されます。部品は数値順にメッシュ化されません。そのため、[メッシュ進行]ウィンドウの[情報]領域にはプログラムが「表面メッシュ部品 27」と表示される一方で、進行状況ダイアログには「部品 5 / 34」などと表示されることがあります。

モデルに荷重または境界条件が存在しているときに、モデルのメッシュが再生成された場合は、次のことが当てはまります。

• 表面荷重および表面境界条件は維持されます。
• エッジ荷重およびエッジ境界条件は維持されます。
• 節点荷重および節点境界条件は破棄されるため、モデルに再適用する必要があります。

重要:

メッシュの生成後に、特定の条件に合わせて線の属性(部品、表面、およびレイヤ)を変更することができます。たとえば、複数の表面を組み合わせて 1 つの表面番号を割り当てれば、荷重の適用や変更がしやすくなるというメリットがあります。CAD 部品のメッシュが再生成された場合に、手動の変更が上書きされる場合と上書きされない場合があることに注意してください。具体的には次のとおりです。

• (CAD 部品ではない)別の部品番号にラインが変更された場合、そのラインは、CAD 部品のメッシュが再生成されたときのまま維持されます。
• 同じ部品内の別の表面番号にラインが変更された場合は、次のようになります。
  • CAD 部品に存在しない表面番号に線が割り当てられた場合、変更されたその線は、CAD 部品のメッシュが再生成されたときのまま維持されます。変更された線が原因で CAD モデルに問題が発生しないように注意してください。つまり、場合によっては変更された線を手動で選択して削除することが必要になります。
  • CAD 部品に存在する表面番号にラインが割り当てられた場合、変更されたそのラインは、CAD 部品のメッシュが再生成されたときに上書きされます。
• 同じ部品内の別のレイヤ番号に線が変更された場合、その線は、CAD 部品のメッシュが再生成されたときに上書きされます。

状況によっては、上記の手順に加えてさらに別の手順が必要になることがあります。次のセクションでは、CAD ソリッド モデルをメッシュ化する際に使用されることが多い高度な機能の一部を(順不同で)紹介しています。

全般的なヒント

• 複数の部品で構成されるアセンブリでは、[メッシュ生成]コマンドを使用すると、アクティブ状態の部品すべてでメッシュが生成されます。これにより、オンの場合は、隣接する部品間で確実にメッシュを一致させることができます。特殊な理由により、モデル全体のメッシュ化が不要でメッシュ マッチングを意識しなくてよい場合には、メッシュを生成しないすべての部品のアクティブ状態を解除します(部品を選択し、右クリックして[使用停止]を選択します)。アクティブ状態を解除した部品の既存のメッシュは変更されません。
• 時として、節点を特定の位置に合わせることが必要になります。その場合は、作図点(従来のシード ポイント)を追加します。初期の表面メッシュを生成した後、必要な作図点(および必要な作図点に対して相対的な既知の位置)の領域の頂点を選択します([選択][選択][頂点])。 右クリックし、[追加][作図点]を選択します。 選択した頂点に対して相対的な作図頂点オフセット(DX、DY、DZ)を入力します。また、「作図点 - シード点」のページも参照してください。
• 部品のアセンブリを使用していて、異なる部品(たとえばブロック要素とプレート要素)上に異なるタイプのメッシュが必要な場合は、次のように操作します。
  1. ブラウザで部品を右クリックし(または表示領域で部品を選択して右クリックし)、右クリック メニューから[CAD メッシュ オプション][部品]を選択します。このコマンドにより、[メッシュ][メッシュ][3D メッシュ設定]を選択したときと同じダイアログが表示されますが、これらのメッシュ設定は、選択した 1 つまたは複数の部品にのみ適用されます。
  2. [メッシュ タイプ]で目的のタイプを選択し、必要なメッシュ オプションを指定します。
  3. [保存]をクリックします。
  4. グローバル メッシュ設定から変更する他の部品に対して、手順 1 から 3 を繰り返します。
  5. [メッシュ] [メッシュ] [3D メッシュを生成]をクリックします。
  注: ソリッドと表面部品が混在する CAD アセンブリの読み込み時には、大多数を占める部品タイプに基づいて、グローバル メッシュのタイプが設定されます(ほとんどのソリッド CAD 部品には[ソリッド]、ほとんどの表面 CAD 部品には[プレート/シェル])。大多数ではないメッシュ タイプは、グローバル設定の優先設定として部品のメッシュ設定を使用して、部品単位で自動的に定義されます。

メッシュ サイズ

• メッシュ サイズを既定サイズのパーセンテージに基づいて設定するには、[モデル メッシュ設定]画面のスライダを使用する方法もあります。 [オプション]ボタンをクリックし、[タイプ]パラメータ([メッシュ サイズ]内)を[絶対メッシュ サイズ]に設定します。 次に、[サイズ]フィールドに実際の寸法としてメッシュ サイズを入力します。
• 複数の部品で構成されたアセンブリを使用している場合、部品ごとにメッシュ サイズを変えることができます。
  1. ブラウザで部品を右クリックし(または表示領域で部品を選択して右クリックし)、[CAD メッシュ オプション] [部品]コマンドを選択します。このコマンドにより、[メッシュ][メッシュ][3D メッシュ設定]を選択したときと同じダイアログが表示されますが、これらのメッシュ設定は、選択した 1 つまたは複数の部品にのみ適用されます。
  2. [メッシュ サイズ]、およびグローバル設定と異なる他のメッシュ作成オプションを指定します。
  3. [保存]をクリックします。
  4. グローバル メッシュ設定から変更する他の部品に対して、手順 1 から 3 を繰り返します。
  5. [メッシュ] [メッシュ] [3D メッシュを生成]をクリックします。

  指定した部品に基づくメッシュ設定の優先設定を指定した後、グローバル モデル メッシュ設定を使用してモデル全体をメッシュ化するには、[メッシュ] [メッシュ] [すべての部品にモデル メッシュ設定を使用]をクリックします。

  モデル内の一部の部品に対して部品のメッシュ設定を指定した後、それらの 1 つをグローバル モデル メッシュ設定を適用してメッシュ生成するには、ブラウザで部品を右クリックし(または表示領域で部品を選択して右クリックし)、右クリック メニューから[CAD メッシュ オプション][モデル]を選択します。

  注: 部品のメッシュ設定に割り当てられている部品については、ブラウザ内の記号が (モデルのメッシュ設定)から (部品のメッシュ設定)に変わります。

  [形状ベースの自動メッシュ サイズ関数を使用]オプション([メッシュ][メッシュ][3D メッシュ設定][オプション][モデル]で設定)がアクティブである場合、[自動百分率]スライダを使用して作成されたメッシュ サイズは部分ごとに異なります。 (メッシュサイズは各部品の物理サイズに基づいて調整されます。)部品ごとにメッシュ サイズを細かく調整するには、部品のメッシュ設定を使用してください。

• 必要な細分化節点の座標がわかっている場合は、[メッシュ][細分化節点][指定]を使用して、モデルを最初にメッシュ化する前に細分化節点を追加できます。モデルを最初にメッシュ化する前に、エッジおよび表面の細分化を指定することもできます。詳細は、「メッシュの細分化」ページを参照してください。

  もちろん、初期メッシュを生成し、頂点、エッジ、または表面を選択し、細分化を適用し、メッシュを再作成することもできます。

• [メッシュ][メッシュ][3D メッシュ設定][オプション][表面]ダイアログの[オプション]タブにある[エッジ曲線の細分化]領域でパラメータを調節することによって、フィーチャの曲線に沿った小さい要素を作成できます。(詳細については、「モデル メッシュ設定: サーフェス」のページを参照してください。)

部品間での接触およびメッシュのマッチング

• はめあい部品のメッシュが一致する必要がある場合、隣接する部品に、ほぼ(正確でない場合)同じメッシュ サイズを使用します。これは、これらの部品のメッシュ間の良好な一致を保証し、一致領域およびその付近の不良要素の可能性を減少させることに役立ちます。
• 部品間に小さなギャップがあると、それが意図的なものかどうかにかかわらず、想定外の挙動につながることがあります。偶発的なギャップの場合は、隣接する部品間のメッシュが一致しなくなる可能性があります。(すべての数字が丸め誤差の対象となるため、完全な CAD モデルであっても部品間に数学的ギャップが生じる可能性があることに注意してください。)一方で、部品間に意図的に作った小さいギャップは、モデルのメッシュ生成時に除去されます。つまり、部品が互いにつながるように引き伸ばされます。メッシュがどの程度まで引き伸ばされるかは、メッシュ マッチングの許容誤差によって制御できます。「メッシュ マッチング」ページを参照してください。
• 2 つの部品が出会う場所の周辺のメッシュは、[バーチャル インプリンティング]がオン(一致したメッシュの既定)の場合、より滑らかになる可能性があります。詳細については、「」ページの「バーチャル インプリンティングメッシュ マッチング」セクションを参照してください。 さらに、CAD ソリッド モデルを Simulation Mechanical で開いたときに、部品の表面を交差部でで分割することができます。「表面分割」ページを参照してください。この 2 番目の方法は、適用荷重または拘束を、表面(隣接部品の下に伸びている表面ではない)の露出した部分にのみ適用する必要がある場合に好都合です。
• 一致する 2 つの部品間の接触のタイプは、ブラウザの下部にある[接触]エントリを使用して設定することができます。モデル全体に適用する接触も、このブラウザのエントリから設定可能です。または、2 つの部品間の接触や各表面ペア間の接触は、対象の項目を選択して右クリックし、[接触]を選択することで設定することもできます。使用できる接触のタイプは、解析のタイプに応じて異なります。また、「接触ペア」のページも参照してください。
• 表面間接触のあるメカニカル イベント シミュレーション(MES)解析を実行する場合や、接触状態で開始する部品に滑りや分離が生じる場合は、隣接する表面上のメッシュを一致させないようにします。メッシュ マッチ一般表面接触ペアは、不良な収束(より長い実行時間)に至ることがよくあります。メッシュの一致を避けるには、[モデル メッシュ設定]ダイアログの[部品間に一致するメッシュを作成]オプションをオフにします(「メッシュ マッチング」ページを参照)。一方、部品が最初接していて、スライド動作が微小である場合は、メッシュを一致させることができます。この場合、接触タイプとして[点から点]を指定します。

ソリッドのメッシュ化

• ソリッド メッシュのタイプには、いくつかの生成オプションがあります(ブリックと 4 面体の混合、すべての 4 面体、ブリックおよびウェッジ、ガスケット)。[メッシュ][メッシュ][3D メッシュ設定]ダイアログで[オプション]ボタンをクリックしてから、[ソリッド]をクリックして[一般]タブでソリッド メッシュのタイプを確認できます。また、「モデル メッシュ設定: ソリッド」ページも参照してください。

薄い部品

• パーツが薄い(厚さの構成要素が 1 つである)場合は、[中立面]オプションを使用して、ブリック メッシュの代わりにプレート要素を生成することを検討してください。(厚さが 1 つのブリック要素だけで構成される場合よりも、プレート要素を使用する方が、曲げを正確に処理できます。)または、ソリッド メッシュに対して[ブリックおよびウェッジ(薄肉部品の層状メッシュ)]オプションを使用する方法もあります。この方法では、厚さを構成するブリック要素の数をユーザが指定して、ソリッド メッシュを作成します。「モデル メッシュ設定: ソリッド」ページを参照してください。

流体の解析用に別の FEA プログラムにエクスポートするモデル

• 流体解析用に別の FEA アプリケーションにメッシュをエクスポートする予定がある場合、流体体積をメッシュする必要があることに留意してください。CAD モデルが固体部品(バルブ ボディやポンプ ハウジングなど)のみで構成される場合は、既存の CAD アセンブリの内側または外側の周囲を満たす流体部品を作成する必要があります。流体部品を作成するには、SimStudio Tools で [作成] [流体体積]コマンドを使用します。
• 流体解析モデルでは、[すべて 4 面体]メッシュは、[ブリックおよび 4 面体]ハイブリッド メッシュよりも好まれます。このメッシュ タイプは、流体領域全体にわたって節点の密度がより均一になる傾向があります。

ガスケット材料

• 非線形解析では、モデルのいずれかの部品がガスケットである場合、メッシュを作成する前に、要素タイプを[3D ガスケット]に設定します。このオプションでは、厚さに対して要素を 1 つだけ生成するようにメッシュ エンジンが指令を受けます。つまりこれが、ガスケット要素の条件の 1 つです。「3D ガスケット要素」も参照してください。

  部品に 3D ガスケット要素タイプを割り当てると、部品に基づくメッシュ設定にも適用されます。そのため、ブラウザ内の記号は、部品に基づくメッシュの設定記号()に変わります。

• 3D ガスケット要素タイプを線形解析で使用することはできませんが、次の方法を使用することにより、同じ効果を手動で実現することができます。
  1. ガスケットとしてメッシュ作成する部品[CAD メッシュ オプション]見出しを右クリックし、コンテキスト メニューから[部品]を選択します。
  2. [部品メッシュ設定]ダイアログで、[ソリッド]メッシュ タイプが選択されていることを確認し、[オプション]をクリックします。
  3. ダイアログの左端に表示されている[ソリッド]アイコンをクリックします。
  4. [ブリックおよびウェッジ (薄肉部品の層状メッシュ)]オプションをオンにします。
  5. ダイアログの[層状メッシュ]タブに移動します。
  6. [押し出しコントロール]リストで、[レイヤ]を 1 に設定します。
  7. [OK]をクリックし、次に[保存]をクリックして設定を受け入れ、[部品メッシュ設定]ダイアログを終了します。

  この方法は非線形解析で使用することもできますが、要素タイプを[3D ガスケット]に設定すると、さらに便利です。