OpenFOAM｜株式会社テラバイト｜CAE・解析

解析分野の機能比較

OpenFOAM（Open source Field Operation And Manipulation）は、OpenFOAM財団がGPL（一般公衆ライセンス規約）に準じて提供するライセンスフリーのオープンソース CFDソルバーです。さらにソースコードが全て公開されているため、ユーザーカスタマイズにより不足している機能を自由に拡張する事ができます。このため、市販ソフトに劣らない様々な計算が可能となっており、世界中のユーザーに利用されています。
テラバイトが実施したカスタマイズも含め、OpenFOAMで計算可能な代表的な対象/分野を表にまとめました。また、代表的な分野における解析のイメージ図も示します。

溶接・溶断
熱硬化性樹脂(ポッティング)
発泡成形
インクジェット
DEM(VOF法との連成)
攪拌
はんだ
港湾・水理
空調・ビル風

弊社の代表的なカスタマイズ実績と、解析事例に関しましてはこちらをご覧ください。

この様にOpenFOAMでは様々な解析が可能ですが、大元は1989年に英国インペリアルカレッジで開発されたC++研究コードになります。2004年にオープンソース化し、数多くのボランティア開発者が参加するコンソーシアムで開発が進みました。現在では、OpenFOAM foundation (OpenFOAM.org)が常時デバックと機能拡張をおこなっており、OpenFOAMはポピュラーなCFDソルバーに成長しました。OpenFOAM財団はOpenFOAM と関連ドキュメントの版権を持つ英国の法人で、ユーザの利益のためにオープンソースを無料提供しています。なお、OpenFOAM はOpenCFD社の登録商標で、OpenFOAM 財団は2011年に商標使用権を獲得しています。

境界形状の定義

STLファイルを利用

メッシュ作成

メッシュ作成

ポリへドラルや境界層メッシュにも対応しています。メッシュ作成は、コマンドからソルバーと共に提供されているメッシング機能から作成する事も可能です。その他にもOpenFOAM形式のメッシュデータを出力できる外部ソフト(例：アルテア社のHyperMesh等)の利用も可能です。

GUI、日本語マニュアル

OpenFOAMにはGUIや日本語マニュアルはありません。 ※当社ではお客様の使用範囲に関する操作をわかりやすく解説した専用チュートリアルの作成サービスをおこなっています。

カスタマイズ自由度

OpenFOAMはソースが公開され、機能追加などのカスタマイズが自由におこなえます。 ※当社ではOpenFOAMのカスタマイズサービスを提供しています。シンプルなカスタマイズから高度機能の開発まで、幅広く対応します。また、OpenFOAM受託解析サービスもご提供しています。

結果表示

フリーのポスト処理ソフトParaViewを利用します。断面コンター図やベクトル図、流線、等値面の描画機能のほか、グラフ作成、特定ポイントの数値データの出力等がおこなえます。

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運用方法

OpenFOAMはフリーソフトのため、一般の商用CFDソフトとは異なり、利用料を支払う必要がありません。同時に複数の計算を実行する場合や多人数で使用する場合、数百・数千コアを用いた大規模並列計算をおこなう場合でも、 OpenFOAMは費用を気にすることなく利用できます。
また、所有しているパソコン全てにインストールし同時に計算実行する事も可能なため、ライセンス費用の制限を受ける商用ソフトとは異なり、多数のPC、多人数による運用も検討できます。
テラバイトは、これらOpenFOAMの特徴を最大限に生かす様々なサービスを提供しています。

運用方法

粘度モデル

ニュートン流体以外に、Power Law、Cross Power Law、Bird Carreau、ビンガム流体等の非ニュートン流体を指定できます。
反応率を考慮したMacoskoモデルをカスタマイズで組み込むことができ、熱硬化性樹脂の流動計算に対応します。

乱流モデル

RANSやLES等、40種類以上の乱流モデルが準備されています。

熱計算

熱伝導、熱伝達、輻射熱の計算が可能です。固体の発熱量や壁面温度を直接指定することもできます。

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剛体運動

剛体強制運動（ファン回転など）や、流体力を受けた剛体の受動運動（浮子の浮き沈みなど）がおこなえます。
また、バネやダンパー等で動きに制御を追加したり、並進固定やピン固定など自由度の制限が設定できます。

VOF自由界面モデル

OpenFOAMでは界面での拡散を防ぐため修正MULES法を採用しており、界面が激しく振動し、水滴が飛び散るような現象の計算でも界面における流体率の拡散が抑えられ、解析精度が保たれます。
また、水(液体)、オイル(液体)、水銀(液体)等、3種類の混ざり合わない液体を同時に解くことができます。
表面張力や接触角が設定でき、表面張力が卓越する微小スケール問題で数値誤差によって界面が振動するといった問題が生じません。

DEM

個別要素法(Discrete Element Method)のソルバーも組み込まれています。一般的な流体解析ソフトにも粒子追跡機能は実装されていますが、粒子同士の衝突は考慮できません。粒子密度が高い場合、粒子同士の衝突を考慮する必要がでてきます。DEMでは一つ一つの粒子の運動を計算しますが、その際、粒子同士の衝突(ソフトスフィアモデル)も考慮して計算します。OpenFOAMではDEM単独の計算だけでなく、流体との連成計算も可能です。

OpenFOAM最大のメリットは、ライセンス費用が掛からない事です。インストールしていただければ、ライセンス費用を気にすることなく、どなたでも自由に利用する事ができます。マルチコア超並列計算をおこなう場合でも、コストを気にする事なく大規模な計算が可能です。

一方で、親切なマニュアルが存在せず、公式サポート窓口もありません。このため、インストール方法や操作方法に関して独自で習熟する必要があり、調査や導入・運用にコストがかかってしまいます。

メリット	デメリット
ライセンス費用が掛からない気軽に試せる自由にカスタマイズ可能	丁寧なマニュアルがない公式サポート窓口がない習熟に工数が掛かる

テラバイトはこれらの問題を解決するご支援として、OpenFOAMに関連した様々なサービスを提供しています。

OpenFOAMの導入支援

インストール支援、汎用のトレーニング、お客様専用のトレーニング、ベンチマーク等、OpenFOAM導入に関する様々な支援を行います。初めて流体解析ソフトを使用する方も、安心して導入できるように弊社の経験豊富なスタッフがご支援いたします。

・　インストール方法が分からない
・　設定方法を調べるのに時間がかかる
・　エラー原因が分からない
・　妥当な解が得られない
・　機能が不足している
etc

サービス4 専用のトレーニングイメージ

専門トレーニングでは、お客様個別の解析対象に則したトレーニング資料を作成します。この資料を元にすることで、自社内で様々な条件変更の計算が可能になるだけでなく、人材育成や引継ぎの際にもご利用いただけます。

※　攪拌解析や熱流体解析は定期的に汎用トレーニングを開催しています。イベントはこちら

受託解析

テラバイトがお客様の希望する解析を代理で実施し、結果をご報告するサービスです。どの様な条件を設定するか等、詳しい解析内容について事前に協議したうえで作業を進めます。

初めてOpenFOAMを触る方の場合、ご自身で想定するモデル構築をおこなうと、どうしても時間がかかってしまいます。また、流体解析経験者の方であってもシンプルな条件であれば独学でモデル作成が可能な場合も多いですが、精度が求められる複雑で高度なモデルでは、限られた時間内では満足のいく精度が得にくい場合も出てきてしまいます。

テラバイトにはOpenFOAMのソースコードに精通した専任エンジニアがおり、お客様の様々な要望にあわせた幅広い解析が可能です。また、納品物として入力ファイルをご提供する場合(※要相談)、お客様ご自身で様々な条件変更の計算を行う際の基準モデルとしてもご利用いただけます。

サポート

インストール方法や一般的なモデル設定方法に関して、メールや電話でご質問いただけるサービスです。
計算したい条件設定方法をご自身で調査すると、どうしても時間がかかってしまいます。特にOpenFOAMの場合、丁寧なマニュアルが存在しないため、サポートをご利用いただくことで、大幅な工数削減につなげることが出来ます。
また、サポート契約をしていただいたユーザー様は、インストールマニュアル(WSL2)のご提供、FAQをはじめとした弊社のユーザ様専用サイトをご活用いただけます。

サポート

コンサルティング

サポートではご支援できない高度な流体解析の問題に対するサービスです。例えば、計算を実行したけど実験結果と合わない、いろいろなテーマで計算を行いたいので参考用の入力ファイルを作って欲しい、流体解析の理論を知りたい、特定のテーマで計算する際のモデル作成のコツを知りたい等、お客様の問題に応じて様々なご支援をいたします。
また、部署内でのOpenFOAM担当者の人材育成したいなど、ソフト運用に関するご相談、運用体制構築のスケジュール作成、専門トレーニング実施等に関してもご支援いたします。サービス内容も多岐にわたるため、ご予算に応じて様々な方法をご選択いただけます。

カスタマイズ

OpenFOAMはソースコードが全て公開されているため、不足している機能をユーザー自身で自由に追加する事ができます。しかしながら、適切な機能開発のためには、C++の知識と、広範囲に及ぶOpenFOAMのソースコードの解読が必須となります。このため、自社でカスタマイズを行う場合、膨大な作業工数が必要になってしまいます。
テラバイトは、専任の技術者がソースコードを解読しているため、ユーザー様が希望する機能開発に対して幅広いご支援が可能です。
例えば、、、、

OpenFOAMをベースに新ソルバーを開発したい
OpenFOAMに解析機能や数学モデルを追加したい
外部の解析ソフトと連成して複合解析をおこないたい
OpenFOAM操作性を向上させたい

開発・納入したカスタマイズモジュールについては、当社で責任を持ってサポートいたします。

OpenFOAMカスタマイズ実績（抜粋）に関しましては、以下のページをご参照ください。
https://www.terrabyte.co.jp/OpenFOAM/?page_id=1150

OpenFOAMのインストール

OpenFOAMをスムーズに導入するためのインストール手順と環境設定に関して説明します。

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OpenFOAMチュートリアル

OpenFOAMの基本操作を学べるシンプルなチュートリアルを紹介しています。初めての方におすすめの入門用です。

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モデル設定FAQガイド

サポート契約者様向けにご提供しているOpenFOAMのインストールや操作に関するFAQの一部をご紹介します。

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OpenFOAM-VOD

VODにてOpenFOAMの概要説明と、OpenFOAM用GUIによる解析を行います。技術者養成講座の受講を検討している方へおすすめです。

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攪拌技術

攪拌装置設計、条件設定、トラブル対策に用いられるシミュレーション技術とスケールアップのポイントを解説した攪拌技術専門書です。

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発泡プラスチック成形

発泡プラスチックの材料、成形法、装置、用途を紹介し、環境問題も触れています。テラバイトが担当した章は、第13章です。

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お客様の業務へのCAEソフトウェア適用やご導入における疑問は、問合せフォームよりお送りください。当社のCAEコンサルタントがお客さまのご相談を伺い、円滑なCAEソフトウェア導入・立ち上げをサポートいたします。

テラバイトでは、お客様の特定業務に対するCAE立ち上げも含め、結果を出すCAE活用をおこなうための、お客様の環境に合わせたご支援を「CAEコンサルティング」として承っております。詳しくはお問合せください。

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