「Coreform Cubitでは、メッシュ品質、制御性、使いやすさの理想的なバランスを実現できました。」
Dr.-Ing. Paul Nizenkov
Managing Director / 共同創業者
Boltzplatz
背景
boltzplatz boltzplatzはドイツ・シュトゥットガルト大学発のエンジニアリングサービス企業です。同社は、もともと大気圏突入や宇宙推進など宇宙システム解析向けに開発されたオープンソースソフトウェアPICLasを開発しています。PICLasは電磁力の影響下にある希薄気体・プラズマ挙動を予測でき、半導体製造や真空コーティング分野でも利用されています。数値解析により高価な試作と大量の実験を減らし、時間とコストを削減できます。
課題
PICLasの解析手法では、精度向上と収束高速化のため高品質なHexメッシュが必要です。電子ビーム発生器では、電子を光速のかなりの割合まで加速して真空コーティング工程で材料を蒸発させます。この解析には高品質Hexだけでなく、CAD形状の修正も必要でした。
boltzplatzはfull-hexメッシュ生成のため複数の商用メッシャーを比較しました。multi-block方式の製品は必要な品質とセル数の細かな制御が可能でしたが、操作が煩雑でCAD形状修正ができませんでした。別の自動化重視の方式はhanging nodeを使えましたが、複雑形状では要素数が過大になりました。
図1：Coreform CubitのWebcutで分割した解析領域全体。
解決策
Coreform Cubitで、メッシュ品質・制御性・操作性の求めていたバランスを得ることができました。
メッシュ生成は顧客提供CADから始まりますが、そのままでは通常メッシュに適しません。Coreform Cubitの豊富なcleanup/repair機能を用いて、形状簡略化や修正をCubit内で直接実施できます。
図2：電子源と加速アノード周辺の拡大図。Coreform Cubitで生成した高品質メッシュを示します。
Coreform Cubitのメッシュ生成機能は高い制御性を備えながら、直感的に利用できます。boltzplatzは複雑形状を単純な領域へ分解するためWebcutを頻繁に使います。メッシュ生成後はscaled Jacobianで品質を確認し、問題要素を特定して修正します。必要品質へ到達したメッシュはboltzplatz preprocessorへ出力され、PICLas用へ変換されます。
まとめ
解析で得られた電子ビーム径は実験計測と良好に一致しました。このため顧客は、新しいビーム発生器設計や既存製品改良を検討する際に、解析を予測的に利用できます。
図3：電子ビーム発生器（灰色）と電子ビーム（青色）の解析結果。ベクトルは磁場を示します。電子は左下で生成され、電位差で加速されます。下流の磁場がビームを集束し、出口へ導きます。右下に示すように解析結果は実験計測と良好に一致しています。
真空表面コーティングや半導体製造などではプラズマプロセスが重要です。本事例では電子ビーム発生器の解析に成功し、実験計測と非常に良好な一致を得ました。Coreform Cubitの高品質メッシュと短いターンアラウンドにより、数値解析を使った今後の製品最適化が可能になります。