OpenFOAMの剛体運動機能 │ DISCOVER CAE

OpenFOAMの剛体運動機能

OpenFOAMはオープンソースのCFDソフトですが、市販のCFDソフトに引けを取らない様々な機能が備わっています。その中の１つ、剛体運動を再現できる移動メッシュ機能について紹介します。

OpenFOAMの移動メッシュ機能では、次のようなことを解析できます。

1.　強制運動

スロッシング、プロペラの回転、ピストンによる流体の押し出しなどを解析する場合、解析領域内の剛体に6自由度(並進3成分、回転3成分)のすべてを強制移動させ、速度や角速度が既知の剛体運動を定義します。こうすることで、剛体の移動で流れ場が変動する様子を計算することができます。

2.　連成運動

海洋上の船や、はんだ付けの際に溶融はんだに浮く微小な電子部品などを剛体としてモデル化し、剛体が流体から受ける流体力（浮力、抗力など）を考慮した計算を行うことで剛体の運動を再現します。2次元解析では、運動を平面上のみに制限できるオプションを使います。また、仮想的なバネやダンパーを設定し、同時に並進と回転を制御することで、船がロープで係留されていて、一定距離以上は離れないようなモデルを表現することができます。

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標準の機能では再現できないことも、カスタマイズで追加できるのがOpenFOAMの特徴です。例えば、ロープをDEM粒子を複数個連ねてモデル化できるようにカスタマイズし、剛体モデルの浮体をこのロープでつなぎとめます。このロープはバネと異なり、のびきるまでは浮体には力が働きません。こうすることで岸壁に係留された船に対する波の影響を解析できます。