【電磁界解析】そろそろパソコンレベルででもできるようになってるかな?シミュレーション【CAE】

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CFDが動くんだから

OpenFOAMで結構なことができることは、わかっている。

【OpenFOAM】やっとレーシングカーボディを仮想風洞実験しました エアロダイナミクスチュートリアル【CFD】
まずはレーシングカーの3Dモデルを探す<おぃ 自分で作ればいいんでしょうが、そこも手抜きで、落ちているものをいろいろ探してみました。なかな...

GPU使わなくても、そこそこの時間内でできるので、そろそろFDTDとかモーメント法のシミュレーションもオープンソースのものがそこそこ動くんじゃないか?って気になっています。

CFDや拡散方程式系だとOpenFOAMがよくできていそうだけど、電磁界解析の方は、どれがいいのか?ちょっと離れていたので、少し調べてみようかと。。

研究に役立つLinux用ソフトウェア

このサイトをみつけて。。オープンソースでもういろいろできるようになってることを確認(笑)

回路シミュレーション(LT-Spice)

ちなみに、電磁界解析までしなくても、SPICE的な回路計算でもEMCではとっても役に立ちました。ただ、SPICEでも大地との結合だったり浮遊容量を入れたり、LやCにもR成分を必ずつけたりしないとちゃんと計算できないっていうのは、とても面白いところです。現実をできるだけ再現してあげるってことが数値シミュレーション(数値実験)ではとても大切ですね。

僕はPSpiceを使っていたけど、今はなくなってて、LT-Spiceが主流みたい。

Analog Devicesはかなりいろんなツールを公開していますね。

回路設計 / 計算ツール | 設計支援| アナログ・デバイセズ

昔からPCでできたけど、本当に早く計算できるようになりましたね。

細かい使い方は忘れているけど、だいたいP-Spiceと同じ感じで動きますね。

使い方などは、こちらのページが大変参考になります。

初心者のためのLTspice入門の入門(1)(Ver.3) 入手方法とインストール | LTspice
IC LSI OPamp オペアンプ アナログ フィルタ 電源 アナログ・デバイセズ リニアテクノロジー テキサス・インスツルメンツ マキシム
技術情報 : | マクニカオンラインサービス
お客様のやりたいコトを製品開発の仕様検討から製品の試作、量産設計までEnd to Endで徹底支援。

後で説明するかどうかわかんないですが、PEEC(部分要素等価回路)って方法を使うと、SPICEモデルでも電磁界解析ができます。

OpenCAE

流体・構造解析などのCAEの基本は、ここがとても詳しいです。

オープンCAEコンサルタントOCSE^2

基本的に、CAEをしようと思うと、CAD、メッシュ作成のソフトなどの入力部分、ソルバーと呼ばれる数値計算を行う部分、そして表示部分 に使うソフトが必要になります。

ここは、あとで説明とか。。あるいはOpenFoam系の僕のページにたくさん乗ってますのでそちらを参照してくださいませ。

電磁界シミュレーションはいろいろあるんですよねぇ~

もともと、微分系から始まるのと積分系からやるのとシミュレーションはいろいろなやり方があって、計算時間がかかるからということもあって、やりたい事に対して割と適した方法を選ばないとぜんぜん計算できないんです。。Wikiに詳しくのってますね。

電磁場解析 - Wikipedia

あと、「電磁界シミュレーションの基礎知識」も読んでみると最近の動向がわかります。

本当に沢山のシミュレータがでています。売り物であれば、ANSOFTあたりHFSSとかを入れていればほとんどなんでもできるようになってそうですねぇ~(笑)

新しくオープンソース化されていたりで、何がなんだか?浦島太郎状態ですけど。。気になるリンクをまずは上げていこうかな?ってことで。

github で Electromagnetic で検索すると、割と最新動向がわかりやすいかもです。

大御所のNEC2

Numerical Electromagnetics Code NEC2 unofficial home page

モーメント法でアンテナ解析とかにもう30年以上前から使われていますね。まだ健在。

現在は4NEC2等できているようです。

4nec2 antenna modeler and optimizer
NEC2/4 based Antenna modeler, analyzer and optimizer.

線状アンテナシミュレーションでは、これがとても有効ですね。

3D Spherical Measured Antenna Gain Desktop Data Plotting
Our customers enjoy 3D plots on their own desktop, which allow 3D pattern rotation, scaling, and access to the entire frequency range in their test program.

日本製のOpenFDTD、OpenMonなど E EM

株式会社EEM

アンテナ解析だと、GPUも使って高速に計算できるようです。凄いですねぇ 後で試す候補

スウェーデンのオルフソンさんがやってるEMC関係のソフト

EMC research
SP has long experience of EMC research, which is performed against the background of our expertise in calculation methodology and measurement technology.

ここには、PCBmonとかのソフトがあります。

OpenEMS

openEMS.de | Homepage

MatlabやOctaveをインターフェースとして、FDTDを動かすオープンソース

これも後で試す候補

FreeFEM

FreeFEM - An open-source PDE Solver using the Finite Element Method

こちらは、有限要素法 流体から電磁波までなんでもできる。かなり総合的なCAEになってますね。有限要素法で流体・力学解析なら、Elmer や Salome も 有名ですね。日本ではDEXCSとして、配布もされています。

あとで試す候補

gprMax

gprMax: Electromagnetic simulation software
gprMax is open source software that simulates electromagnetic wave propagation. It solves Maxwell’s equations in 3D using the Finite-Difference Time-Domain (FDT...

地中レーダの伝搬をシミュレーションする目的で作られているFDTDのシミュレータ。媒質中の散乱を見るのには地中だけでなく使えそうですね。

MEEP

これが本命なのかな?MITが開発しているPythonインターフェースがあるFDTDシミュレータ。

Manual - MEEP Documentation
None

Pythonのユーティリティをあつめた物もありますね。

FilipDominec/python-meep-utils
Simulations of electromagnetic waves - easier scripting, postprocessing and field export - FilipDominec/python-meep-utils

参考になる使い方としては、

MEEP-IR-MIcrolens
Meep Tutorial - AbInitio
MEEP (公開) - PukiWiki
GitHub - NanoComp/meep: free finite-difference time-domain (FDTD) software for electromagnetic simulations

など Python使えて、JupiterNotebookでできるのは、勉強するにもとてもいいかもですね。

Binderで試せるSimPEG

実際に鉄板表面電流などを求めている BinderでJupyterを動かしてシミュレーションができます。リポジトリはこちらで

simpeg-research/heagy-2018-em-casing
Forward simulations of electromagnetics over steel-cased wells - simpeg-research/heagy-2018-em-casing

Binderは

GitHub: simpeg-research/heagy-2018-em-casing/master
Click to run this interactive environment. From the Binder Project: Reproducible, sharable, interactive computing environments.

これをクリックすると、Jupyterが立ち上がりシミュレーションができる

↑これ動かなくなってますね。2019バージョンができてる。

こちらは、地質学的な電磁波シミュレーションです。

GitHub - simpeg-research/Astic-2019-PGI: Reproducible examples for published PGI inversions
GitHub: simpeg-research/Astic-2019-PGI/master
Click to run this interactive environment. From the Binder Project: Reproducible, sharable, interactive computing environments.

SimPEG自体は、こちら

SimPEG Research
Research projects using SimPEG for forward Simulations and Inversions - SimPEG Research
SimPEG — SimPEG 0.12.0 documentation
Simulation and Parameter Estimation in Geophysics
SimPEG
Open-source framework for geophysical inversions

どこからやっていくか?

実はこれが一番重要なのかも。。 どれも大量に情報があって、読んでいくのも大変。どこかでつまづきそうな気もするし。。どうしようかな?やるの大変そうだな。。って思ってしまうのは、普通ですね。

でも・・ そんな時は、好きなやつからやってみる。 自分がやりたいことだったり、何か課題があってやらなければならないってものがあったら。。それに近そうなものからやってみると、なぜかやってるうちに、できるようになるんですよねぇ~(笑)

とにかくやってみることが、重要なのかも。。

Pythonが少しいじれる人・やってみたい人 → MEEPかSimPEGな?

Octaveが少しいじれる人・やってみたい人 → OpenEMSかな?

Cが少しいじれる人・やってみたい人 → OpenFDTDとかかな?

たぶん、最終的には、ぜんぶちょこっとやってみることになると思います(笑)

もし、これ読んで、これがいいよ!とか新しい情報お持ちの方は、ご連絡ください。

それぞれ、Tutorialをやってみた感想などを書いて行こうかな?って思います。

市販の伝搬系のシミュレーター

Wifi室内シミュレーション

Wi-Fi環境構築支援ツール iBwave Wi-Fi / Wi-Fi Mobile | NTT-AT
公共交通機関や大型施設等のWi-Fi環境構築ご担当者様必見!サイトサーベイ&シミュレーションツール
iBwave Design: 屋内ネットワーク設計の 世界標準ソフトウエア

建物や地形などの障害物を考慮した電波伝搬をレイトレース法を用いてシミュレーション

電波伝搬解析ツール Wireless InSite|ネットワーク・電波伝搬ソリューション|株式会社構造計画研究所
【Wireless InSite】は屋内外の3次元モデルを用いて、多彩な伝搬モデルを兼ね備えた電波伝搬シミュレータです。携帯・WiMAX の基地局設計、無線WANの解析、ITSやアドホックネットワークなど、高速かつ大規模なネットワークシミュレーションが必要な場面で大きな効果を発揮します。
WiFi Performance Simulation in a House with Two Routers — Remcom - Electromagnetic Simulation & Antenna Modeling Software Examples
The following example investigates WiFi throughput coverage in a house provided by 802.11ac routers operating at 5 GHz using an 80 MHz bandwidth. The geometry f...

通信用のシミュレータと一緒に通信レートなども算出できる

同様な製品はたくさんありますね。

PrOpNet - 情報工房
WinProp - 情報工房
電波伝搬シミュレーションソフト WinProp の紹介。
OPNET Modeler製品概要
ネットワークシミュレーション・モデルの開発キットOPNET(オプネット)Modelerの紹介。ネットワークシミュレーションソフトのOPNET。

主に、レイトレースと、FDTDなどを使っていますね。どちらかというと、最近はモデラーの方が大切なのかもですね。

建物や都市のモデルは、この記事が詳しい

Medium.com で表示

ちょっと検索するだけでもたくさんでてきますね。

リアリスティック REAL 3DMAP TOKYOは東京23区3次元都市データです。株式会社キャドセンター
「REAL 3DMAP TOKYO」は「MAPCUBE」の東京23区すべての建物をフルテクスチャ化、窓ガラスの反射も適用したリアリスティック3次元都市データです。
Unity向け3D都市モデルデータ「ZENRIN City Asset Series」|ゼンリン
リアルな街がゲームの舞台に!ゼンリンのゲーム開発用3D都市モデルデータがUnity初登場!
3D地図データ
実際の街並みを再現した立体的な地図データです。汎用的なFBX形式で、建設や防災などのシミュレーションや、ゲーム開発など幅広い用途にご利用いただけます。

ゼンリンでも販売しているようです。

こんなこともできるんですね。OSMから引っこ抜いて、AutoCAD形式にする方法なんかもある

建物を含む3Dマップをダウンロード : 模型屋と3DCAD
GoogleMapやAppleMapでの3D表示の街並みをグリグリ動かし自由に眺められる機能はすばらしいものがあります。これを3DCADに読み込めたらと考えますが、さすがににそこまで自由に利用はできません。ところがOpenStreetMap(OSM)だとそれもできます。OSMはフリーの地理情報データ

へ~

OSM Buildings

UnityならGoogle Earthで使えるのですよね(笑)

「Google マップ」の3Dデータをカスタマイズしてゲーム制作への利用が可能に。Unityと連携してオブジェクトの自由変換が可能
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});  Googleが「Google マップ」の3DデータをUnityと連携してゲーム制作に利用出来ることを発表しています。  Google Maps APIを使い、Go

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