snappyHexMesh/cfMeshコマンドを
用いたメッシュ生成
若嶋 振一郎(NIT, Ichinoseki College) [email protected]
初出： 2017/01/05 更新： 2017/05/20
Outline
1. snappyHexMeshコマンドについて 1. snappyHexMeshコマンドの概要と準備 2. snappyHexMeshコマンドの実行 2. cfMeshについて 1. cfMeshパッケージの導入 2. cfMeshに含まれるコマンド 3. 準備 4. cfMeshコマンドの実行snappyHexMeshコマンド
• OpenFOAMに付属する非構造格子生成コマンド • blockMeshは構造格子を生成 • blockMeshと組み合わせて利用する • しばしばsHMと省略形で引用 • 基本的な流れ ① blockMeshDictでベースメッシュ作成 ② constant/triSurface以下に置いた形状ファイル(.stl, .obj, .vtkなど)から特徴 線を抽出 ③ 形状ファイル、特徴線データを用いてsystem/snappyHexMeshDictに記述し た設定に従い、メッシュを生成sHMのしくみ
• CADソフトウェア等で、STLなどの形状ファイルを出力する（形状のどちら 側にメッシュを張るかを確認しておく） • blockMesh でベースメッシュを作成する（手動） • snappyHexMeshの機能により、形状近傍のベースメッシュを細分化する （8分木法） • 領域外になる部分のセルを取り除く(ここまでで “castellate”の状態 ) • 領域外に飛び出ているメッシュを形状に合わせる(“snap”) • 必要があれば境界層メッシュを挿入する(“addLayers”)Tutorial: $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike ①形状データは三角形の表面メッシュ(STL, OBJ, VTK形式)ファイルを 用意し、constant/triSurface/に置きます
$ cp $FOAM_TUTORIALS/resources/geometry/motorBike.obj.gz constant/triSurface
$ gunzip constant/triSurface/motorBike.obj.gz (gzip形式を解凍) $ paraview constant/triSurface/motorBike.obj
※ STLファイルなどで、形状のある部分をパッチとして境界条件の指定 に使いたい場合は、個別のstlファイルとして出力して個別にしていする か、それらを１つのstlにまとめておく（solid ～endsolidの組を複数作る）
Tutorial: $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike ② surfaceFeatureExtractコマンドによる特徴線の抽出を実施（設定 ファイルsystem/surfaceFeatureExtractDict） $ surfaceFeatureExtract → constant/extendedFeatureEdgeMesh以下にobj形式の形で特徴線形状データ が生成。さらにextendedFeatureEdgeMeshファイルも生成 →more motorBike.extendedFeatureEdgeMeshを用いて、constant/triSurfaceの下 に.eMesh形式の特徴線データを出力 →この.eMesh形式ファイルをsnappyHexMeshDict内で記述し、特徴線のデータを メッシュ生成に利用
system/surfaceFeatureExtract
motorBike.obj {
// How to obtain raw features (extractFromFile || extractFromSurface) extractionMethod extractFromSurface;
extractFromSurfaceCoeffs {
// Mark edges whose adjacent surface normals are at an angle less // than includedAngle as features
// - 0 : selects no edges // - 180: selects all edges
includedAngle 150;
}
subsetFeatures {
// Keep nonManifold edges (edges with >2 connected faces) nonManifoldEdges no;
// Keep open edges (edges with 1 connected face) openEdges yes;
}
// Write options
// Write features to obj format for postprocessing
writeObj yes; } // ************************************************************************* // 面と面が作る角度が includedAngle(deg.) 以下であれば、そ の辺を特徴線とする 形状ファイル名を指定（複数の場合は、並べて記述）
Tutorial: $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike ③ blockMeshコマンドによるベースメッシュ生成
$ blockMesh
Tutorial: $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike ④ snappyHexMeshコマンドの実行 → system/snappyHexMeshDictで制御 → 内部的なステップ 1. castellatedMesh ベースメッシュの細分化＋必要部分の切り出し 2. snap メッシュの形状へのスナップ 3. addLayers 境界層メッシュの生成 ※ snappyHexMeshコマンド実行時に-overwriteオプションをつけない場合は、こ れらの３つのステップでのメッシュの状態が、３つの時間レベルのデータフォル ダに個別にメッシュが保存されます
Tutorial: $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/motorBike $ snappyHexMesh ・・・・ かなり時間がかかる
$ ls
0.orig 1 2 3 Allclean Allrun constant system
$ paraFoam & 各時間のメッシュを確認してみる(バイクカウル部の垂 直断面図)
snappyHexMeshDict
• https://cfd.direct/openfoam/user-guide/snappyhexmesh/に詳述 • snappyHexMeshDict（300行！）の構造を順に確認してみる
// Which of the steps to run castellatedMesh true;
snap true;
addLayers true;
② 形状の記述
// Geometry. Definition of all surfaces. All surfaces are of class // searchableSurface.
// Surfaces are used
// - to specify refinement for any mesh cell intersecting it
// - to specify refinement for any mesh cell inside/outside/near // - to 'snap' the mesh boundary to the surface
geometry { motorBike.obj { type triSurfaceMesh; name motorBike; } refinementBox { type searchableBox; min (-1.0 -0.7 0.0); max ( 8.0 0.7 2.5); objやstlファイルを記述し、ここではそのsurfaceに motorBikeというパッチ名をつける 特定の領域（BOXやCYRINDERなど）でメッシュをリ ファインする領域も指定できる
③ castellatedMesh/snap/addLyersの設定
// Settings for the castellatedMesh generation. castellatedMeshControls
{
（別紙で説明）
}
// Settings for the snapping. snapControls
{
（別紙で説明）
}
// Settings for the layer addition. addLayersControls
{
（別紙で説明）
④ MeshQualityControlの設定
meshQualityControls {
#include "meshQualityDict"
// Advanced
//- Number of error distribution iterations nSmoothScale 4;
//- Amount to scale back displacement at error points errorReduction 0.75;
}
// Include defaults parameters from master dictionary
#includeEtc "caseDicts/meshQualityDict“
//- minFaceWeight (0 -> 0.5)
⑤ Advanced部分の設定（経験的にあまり弄ることはない） // Advanced // Write flags writeFlags ( scalarLevels layerSets
layerFields // write volScalarField for layer coverage
);
// Merge tolerance. Is fraction of overall bounding box of initial mesh. // Note: the write tolerance needs to be higher than this.
sHMの実行のまとめ
$ blockMesh $ surfaceFeatureExtract $ snappyHexMesh ⇒ 3つの実行ステップごとに、ステップで生成したメッシュが時刻ディレクトリ に保存される。問題が無ければ0以外のディレクトリを削除して $ snappyHexMesh –overwrite として、上書きでメッシュ生成を行う # すべてまっさらな状態から行うには、 $ foamCleanPolyMesh メッシュのチェック $ checkMeshsHM関連のトピックス（後日追記予定）
• 2Dメッシュの生成方法 • stl,obj形式について
cfMesh（A library for polyhedral mesh generation ）
• Creative Fields（http://cfMesh.com）で開発中
• 商用版のcfMeshPro([email protected])と無償版cfMesh(1.1.2)の２つが ある（機能的には当然Pro版が最新実装）
• 無償版cfMeshはsourceforgeでソースが公開（GPL）
• https://sourceforge.net/p/cfmesh/code/ci/v1.1.2/tree/
cfMeshの機能
• 八分木法によるメッシュ生成（sHMと似ている） • stlや基本的形状から細分化領域を指定できる • 自動境界適合メッシュ生成、テトラ、ヘキサ、ポリヘドラルメッシュ • 境界層メッシュ生成 • 並列計算によるメッシュ生成download & install
$ cd of-4.x (ユーザーフォルダ)
$ git clone https://git.code.sf.net/p/cfmesh/code cfmesh-devel $ cd cfmesh-devel $ ./Allwmake (OF4.xの導入済みであること) インストール後の更新 $ cd cfmesh-devel $ git pull $ ./Allwmake
cfMeshにより導入されるコマンド（24個）
• FLMAToSurface • FMSToSurface • FMSToVTK • cartesian2DMesh • cartesianMesh • checkSurfaceMesh • copySurfaceParts • generateBoundaryLayers • importSurfaceAsSubset • improveMeshQuality • improveSymmetryPlanes • mergeSurfacePatches • meshToFPMA • pMesh • patchesToSubsets • preparePar • removeSurfaceFacets • scaleMesh • scaleSurfaceMesh • subsetToPatch • surfaceFeatureEdges • surfaceGenerateBoundingBox • surfaceToFMS • tetMeshcfMeshに含まれるtutorial
$ tree -L 2 . . ├── cartesian2DMesh │ └── hatOctree ├── cartesianMesh │ ├── asmoOctree │ ├── bunnyOctree │ ├── elbow_90degree │ ├── intakePortOctree │ ├── multipleOrifices │ ├── sBendOctree │ ├── sawOctree │ ├── ship5415Octree │ └── singleOrifice ├── pMesh │ ├── bunnyPoly │ └── multipleOrifices └── tetMesh ├── cutCubeOctree └── socketOctree ※ 配布のものそのままでは、エラーになるものもあるようですcfMeshによるメッシュ生成の流れ(cartesianMesh)
① stlファイルの準備 • cfMeshは単独のstlファイルが必要 • ただし、stlファイルの中に、パッチ毎のsolidが含まれている状態 → 面毎に名前がついており、パッチ名に対応する 例 tutorials/cartesianMesh/sawOctree/sav1.stlstlファイルの構造
solid patch000 facet normal 0.811072 -0.468654 0.350037 outer loop vertex 4.76676 10.8144 51.1671 vertex 4.64955 10.8767 51.5221 vertex 4.59512 10.6202 51.3048 endloop endfacet ・・・ endsolid patch000 solid patch001 facet ．．． endsolid patch001 : 三角形（facet）のデータ solid パッチ名cfMeshによるメッシュ生成の流れ(cartesianMesh)
② 特徴線の抽出(.fmsファイルの作成) • sHMと同様に特徴線を抽出し、メッシュ生成に利用する（無くてもよい） • もとの形状データ＋特徴線データを１つのファイルに出力する • 特徴線を含んだ形に変更するためには，下記のコマンドを実行する。（引数 は入力ファイル名と出力ファイル名）$ surfaceFeatureEdges sav1.stl sav1withFeature.stl
• 出力ファイルの拡張子をfmsにすることで，cfMeshのファイル形式で出力さ れる(ｆｍｓ形式のほうが精度が良い) angleオプションをつけるべし
• surfaceFeatureEdges all.stl all.fms
cfMeshによるメッシュ生成の流れ(cartesianMesh)
③ cartesianMeshの実行
• system/meshDictを設定
• 特徴線を含んだ形に変更するためには，下記のコマンドを実行する。（引数 は入力ファイル名と出力ファイル名）
$ surfaceFeatureEdges sav1.stl sav1Feature.stl
• 出力ファイルの拡張子をfmsにすることで，cfMeshのファイル形式で出力さ れる(ｆｍｓ形式のほうが精度が良い) angleオプションをつけるべし
