FreeCADメモ:回転押し出しでbendingPypeを作ってみた

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流れ計算のベンチマーク問題でよく見かける形状(たとえば、こちら)ですが、これをFreeCADで作成してみました。 モデルダウンロードは⇒こちら

使用ヴァージョン

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使い慣れたCADがあれば、ごく簡単にできるもので、管理人もblenderで作成するならば、10分もあれば出来てしまう問題です。

しかしながら、blenderには後述する様々な問題があって、今回はFreeCADに挑戦してみたということです。

なおFreeCADも最近はマニュアルも日本語化され、様々なチュートリアル(たとえば、こちら)も出まわるようになってきたので、何とかなるだろう・・・と思って取り組みを開始。またFreeCADを日常的にお使いの人であれば、これも簡単に出来たことだったかもしれないのですが、管理人のようにたまにしか使わない人間にとっては、コツを掴むまでに半日以上の試行錯誤があってようやくという、まだまだハードルの高い問題でした。しかも、これも1週間もすれば忘れてしまいそうな内容なので、ここにメモとして記しておくことにしました。

 

 この問題での使用法ノウハウ

  1. 曲がりパイプの作成方法
  2. 曲がりパイプと短径の直パイプの結合

くらいですが、このうち、2.の部分は、FreeCADを使ったことがあるという人にとっては、ごく簡単で問題ないので、ここでは記しません。

曲がりパイプの作成方法

基本的には、

スケッチ画面で断面形状(この場合は円)を描いて、ストレート部分は単純押し出し、曲がり部は回転押し出しでつなげていく。

ということで良く、単純に押し出した端面を直接操作するのでなく、端面で新たにスケッチを作成するというひと手間が必要という面はあるのですが、回転押し出しにはコツが必要だったというか、機能に制限があったということです。

回転押し出しの留意点:回転軸は固定?

多分、普通にCADを使っている人であれば(blenderでもそうですが)、回転押し出しの回転軸や押出角度は自由に設定できるであろう・・・という先入観でモデルを作成してしまいがちですが、FreeCADの場合、回転軸は水平軸もしくは垂直軸しか選べないということです。

そこはマニュアルにも記してあるのですがね。ただ、そこには

ただしPropertiesテーブルを使うと任意の軸を定義することができます。

ということも記してあったので、その方法をいろいろ探ってみたのですが、さっぱりわかりませんでした。メニューらしきものはあったのですが、キー入力を受け付けてもらえなく、まだ開発途上ということかもしれません。

ということで、スケッチ画面で断面形状を作成する場合には、最初から回転軸の位置を想定した部位に断面形状を配置しておく必要があったということです。

回転軸が水平軸もしくは垂直軸しか選択できないということが判った上でモデル作成すれば、何のことはなかったかもしれませんが、関連してもう1点制限があったので、手こずったところです。

エラー:Revolve axis intersect the sketch

たとえば、以下のようなスケッチ画面の例で、緑色の円を回転押し出ししたいという場合、

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垂直軸で回転押し出ししようとすると、、、

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以下のようになってしまう。

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「回転軸がスケッチと交錯する」といわれているんだが、それがどうした?!という感でしたね。この例の場合、水平軸の回転押し出しはちゃんと作成してくれたので、ここにきて交錯した場合には作成できない!ということがようやくわかった次第です。

実は、最初に始めたのが、回転軸が固定の意味も判らないまま、スケッチ軸原点を中心にした円を作成して作業していたので、この場合は、どう頑張っても作成出来ないということで、このエラーの意味に悩みました。

 

その他の問題

つぎに押し出した端面で新たにスケッチを作成する必要があるのですが、この作業にはちょっとしたコツというか、FreeCADのGUIにはまだまだ洗練されていない部分があるようです。

参照線(既存形状の輪郭線)の選択

端面を選択して、スケッチ図を作成する場合に、その端面の輪郭線を参照線にしてスケッチ図を作成するのが効率的で食い違いなく押し出しできます。

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問題は、この輪郭線を選択するのが難しい場面があったことです。

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解決策は、単純で、図形を拡大して選択しましょう・・・でした。

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マウスの操作モード

デフォルトの操作モードは、とくに物体を回転させる方法が面倒くさくて、そういう場合を想定してか、Inventor navigation というモードも用意されており、これを使うとParaViewと同じような一般的なマウスの操作方法で画面操作ができるのですが・・・

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このままだと、前節の端面の選択が出来なかったり、スケッチモードで、部品が配置出来なかったりします。

判っていれば、どうってことない問題ですぐ対処できますが、慣れるのにしばらく経験が必要のようです。

 モデルエクスポートの問題

igesは駄目ですね。stepにしましょう。Netgenですべてデフォルトのままメッシュ作成してみました。

igesの場合

NETGEN - -home-et-Desktop-mixing_elbow-mixing_elbow3.igs_098

 

stepの場合NETGEN - -home-et-Desktop-mixing_elbow-mixing_elbow2.stp_099

但し、Netgenの場合、igesで上記のようになったとしても、

Geometry > IGES/STEP Topology Explore/Doctor… > Heal geometry

のメニューを実行すれば、stepとほぼ同じ結果にはなってくれます。

また、stl(エクスポートでMesh formats を選択)はバイナリ形式なので、このままでは上のNetgenや、OpenFOAMでは使えません。別途ツールでアスキー形式に変換する必要があります。

(6/10 追記)

メッシュメニューで、 「図形からメッシュを作成する」を実行すれば、同じメッシュメニューから、「ExportMesh」することができ、こちらの方法であれば、アスキー形式の出力も可能でした。

 

blenderのモデル作成上の問題

なんといってもマウス操作が独特で、CAE分野の一般的なソフトの中にあって特異で、馴染めない人が多い。

ポリゴン(多面体)形式で形状を作成するので、本例のような円筒面や球といった、滑らかな曲面は作成できない。メッシュ分割を細分化しても、ポリゴンの分割線はそのまま残ってしまう。

 

 

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