Python統合Windows版EasyISTRを使ってみた！

第21回オープンCAE勉強会@関東（構造など）での発表内容です。
https://openfem-kanto.connpass.com/event/211186/presentation/

Transcript

1. 2021年5月8日
   第21回オープンCAE勉強会＠関東（構造など）
   Python統合Windows版EasyISTRを使ってみた！
   Ver.3.26
   龍野 潤/Jun Tatsuno
   （CAE懇話会・オープンCAE学会）
   

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2. 目次
   1 FrontISTRの概要 3
   2 EasyISTRの概要 5
   2.1 EasyISTRを用いた解析フロー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
   2.2 Python統合Windows版EasyISTRパッケージがリリース . . . . . . . . . . . . 7
   2.3 Python統合Windows版EasyISTRパッケージのインストール . . . . . . . . . 8
   2.4 インストール後の設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
   3 応用事例（EasyISTR5 操作マニュアルより） 11
   3.1 接触解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
   3.2 弾塑性解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
   3.3 固有値解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
   3.4 周波数応答解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
   3.5 時刻歴応答解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
   3.6 接触を含む時刻歴応答解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
   3.7 接触を含む弾塑性解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
   3.8 熱応力解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
   3.9 熱伝導解析（静解析） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
   3.10 熱伝導解析（静解析）結果から熱応力解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
   1
   

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3. 3.11 熱伝導解析（動解析） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
   3.12 シェル要素の解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
   3.13 ソリッドとシェルの混在モデル解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
   3.14 梁（beam）要素の解析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
   3.15 梁のたわみ解析（ビーム、シェル、ソリッド） . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
   4 まとめ 23
   2
   

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4. 1 FrontISTRの概要
   • ＦｒｏｎｔＩＳＴＲは東大) 奥田先生の研究室が開発しているオープンソースソフトウェ
   ア（主にCISSプロジェクトなどの国プロ予算などを活用し開発を継続している)
   • 元になるソフトはGeoFEM (地球シミュレータ向けに開発有限要素法ソフト)
   • 有限要素法構造解析ソフトウェア：各種非線形解析機能を有する
   • 分散領域メッシュ＋反復法ソルバによるノード間並列解析機能を有する
   • ライセンス形態 MIT License
   • プリは同じCISS プロジェクトで開発されたRevocapを用いるのが一般的
   • メッシュ書式は商用ソフトABAQUSに似た独自書式
   Fig.1 FrontISTRロゴ
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5. Table.1 FrontISTRの機能表
   線形静解析 熱応力解析を含む
   非線形静解析 材料非線形：超弾性/弾塑性/熱弾塑性/粘弾性/クリープ等方/移動/複合硬化
   幾何学的非線形：TotalLagrange法/UpdatedLagrange法
   境界非線形(接触)：Lagrange乗数法、有限すべり、摩擦
   線形動解析 陽解法/陰解法
   非線形動解析 陽解法/陰解法
   非線形静解析と同等の材料非線形/幾何学的非線形/境界非線形（接触）機能
   固有値解析 ランチョス法、変形後解析機能
   熱伝導解 定常/非定常（陰解法）
   要素タイプ 四面体/六面体/五面体/シェル/トラス
   1次/2次、非適合モード、選択的次数低減積分
   4
   

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6. 2 EasyISTRの概要
   • EasyISTR5 は、Salome（前処理）
   、FrontISTR（ソルバー）、ParaView（後処理）を有機的
   に結びつけるGUI
   Fig.2 EasyISTRの起動画面
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7. 2.1 EasyISTRを用いた解析フロー
   Table.2 EasyISTRを用いたFrontISTRにおける構造解析のフロー
   ステップ 使用ソフト 詳細
   モデル作成 FreeCAD、Salome CADモデリング
   前処理（プリ） Salome 解析メッシュ作成（.unvファイル作成）
   EasyISTR 材料物性値、
   解析種類、
   境界条件等の設定
   （.mshファイル、
   .cnt
   ファイル作成）
   ソルバー FrontISTR 連立一次方程式の求解
   後処理（ポスト） EasyISTR eGrip追加
   （elementGroupをvtuファイルに追加、
   DISPLACE-
   MENTから回転を削除（shell、beamは、回転含む）
   ）
   ParaView 可視化
   Fig.3 Salome Fig.4 EasyISTR Fig.5 FrontISTR Fig.6 ParaView
   6
   

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8. 2.2 Python統合Windows版EasyISTRパッケージがリリース
   • 研究構造解析DEXCS-RDstr版は、2015以後、リリースなし
   • Windows環境でEasyISTRを使うにはMSYS2（Windows上で動くUnixシェル環境）で
   Python関連のツールの導入が必要
   Fig.7 柴田先生のツイート
   7
   

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9. 2.3 Python統合Windows版EasyISTRパッケージのインストール
   2.3.1 統合版EasyISTRのインストール
   1. Cドライブ直下にDEXCSフォルダを作成*1
   2. インストールパッケージを、http://opencae.gifu-nct.ac.jp/files/easyIstrPython.zipからダ
   ウンロード（登録等なし）
   3.「easyIstrPython.zip」
   （186MB）をDEXCSフォルダに展開
   2.3.2 FrontISTRのインストール
   1. インストールパッケージ「Windows x64 executable(MPIver.)」を、
   https://www.frontistr.com/download/からダウンロード（登録等なし）
   2.「FrontISTR-latest.zip」
   （17.4MB）を任意のフォルダに展開
   2.3.3 Salomeのインストール
   1. インストールパッケージ「SALOME packages Windows 10 64-bits」を、
   https://www.salome-platform.org/downloads/current-versionからダウンロード（登録等
   なし）
   *1 インストール先は「C:\DEXCS」フォルダに固定
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10. 2.「SALOME-9.6.0.zip」
    （1.4GB）を任意のフォルダに展開
    2.3.4 ParaViewのインストール
    1. インストールパッケージ「ParaView-5.9.0-Windows-Python3.8-msvc2017-64bit」を、
    https://www.paraview.org/download/からダウンロード（登録等なし）
    2.「ParaView-5.9.0-Windows-Python3.8-msvc2017-64bit.zip」
    （545.4MB）を任意のフォルダ
    に展開
    9
    

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11. 2.4 インストール後の設定
    1. FrontISTRのインストール場所を設定するために、EasyISTRを起動
    2. メニューの「ファイル＞設定内容の変更」から「usingAppファイル内容の編集」を開く
    3. インストールしたフォルダに合わせて「FrontISTR、Salome、ParaView」を設定
    Fig.8 設定内容の変更
    10
    

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12. 3 応用事例（EasyISTR5 操作マニュアルより）
    3.1 接触解析
    Fig.9 2部品の接触 Fig.10 すべりのあるモデル（スナップフィット）
    Fig.11 2枚の板をボルトで締結するモデル
    11
    

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13. 3.2 弾塑性解析
    • 材料は、Steelで材料モデルは、以下で設定。
    ◦ 材料モデル：PLASTIC（塑性）
    ◦ 降伏条件：MISES
    ◦ 硬化則：MULTILINER（多直線近似（等方硬化則）
    ）
    Fig.12 応力-ひずみ線図
    Fig.13 変位（20%圧縮） Fig.14 変位（20%引張）
    12
    

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14. 3.3 固有値解析
    Fig.15 固有値リスト Fig.16 変形モード（1次） Fig.17 変形モード（2次）
    Fig.18 変形モード（3次） Fig.19 変形モード（4次） Fig.20 変形モード（5次）
    13
    

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15. 3.4 周波数応答解析
    Fig.21 周波数応答の結果
    3.5 時刻歴応答解析
    未実施
    3.6 接触を含む時刻歴応答解析
    未実施
    14
    

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16. 3.7 接触を含む弾塑性解析
    Fig.22 板のプレス曲げ加工
    15
    

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17. 3.8 熱応力解析
    • AlminumとSteelを貼り合わせたバイメタル
    Fig.23 変位 Fig.24 mises相当応力
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18. 3.9 熱伝導解析（静解析）
    • Aluminumと熱伝導の悪いGlassを組み合わせたモデル
    • plate端面（fix）を温度固定し、先端（loadF）に熱流束を加えて、各部温度を求める
    • solver出力に「3.温度：TEMP」の追加が必要
    Fig.25 変位 Fig.26 温度
    17
    

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19. 3.10 熱伝導解析（静解析）結果から熱応力解析
    Fig.27 変位 Fig.28 mises相当応力
    3.11 熱伝導解析（動解析）
    未実施
    18
    

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20. 3.12 シェル要素の解析
    Fig.29 変位
    19
    

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21. 3.13 ソリッドとシェルの混在モデル解析
    • EasyISTRで扱えるソリッドと混在可能なシェル要素
    ◦ 1次の三角形（761）
    、四角形要素（781）のみ
    ◦ 2次要素は、扱えない。
    • 微小変形に限られる
    Fig.30 変位 Fig.31 mises相当応力
    20
    

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22. 3.14 梁（beam）要素の解析
    Fig.32 梁のたわみ解析 Fig.33 三角すい構造の解析
    Fig.34 梁構造（ラーメン構造）解析 Fig.35 梁構造（トラス構造）解析
    21
    

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23. 3.15 梁のたわみ解析（ビーム、シェル、ソリッド）
    Fig.36 変位
    22
    

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24. 4 まとめ
    • 今回、Python統合Windows版EasyISTRをインストールし、従来よりも簡単にインストー
    ルできることを確認
    • EasyISTR操作マニュアルの応用事例を実施し、接触解析や塑性などの非線形解析機能を
    確認
    • 今後はFrontISTRの精度検証や他の商用ソフト、オープンCAEソフトとの結果比較を行い
    たい
    以上
    23
    

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25. 参考文献
    [1] 一般社団法人 FrontISTR Commons,https://manual.frontistr.com/ja/,(Accessed on
    05/05/2021).
    [2] 第３７回勉強会：H270221 - OpenCAE Users Wiki,(Accessed on 05/05/2021).
    [3] 奥田洋司, オープンソース有限要素法構造解析コードFrontISTRの産業応用における現状
    と課題, 日本原子力学会 計算科学技術部会（2012）.
    [4] 藤井 成樹,EasyISTRの紹介,第19回FrontISTR研究会（2015）.
    [5] 生野 達大,FrontISTRを組み込んだオールインワンCAEシステムのデモ,第21回
    FrontISTR研究会（2015）.
    [6] 藤井 成樹,EasyISTR操作マニュアル（easyistr-3.26-210413版）.
    [7] AboutEasyISTR - OpenCAE Users Wiki,
    http://opencae.gifu-nct.ac.jp/pukiwiki/index.php?AboutEasyISTR(Accessed on
    05/05/2021).
    [8] WindowsEasyIstrPython - OpenCAE Users Wiki,http://opencae.gifu-
    nct.ac.jp/pukiwiki/index.php?WindowsEasyIstrPython,(Accessed on 05/05/2021).
    [9] 柴田 良一,オープンCAEで学ぶ構造解析入門 DEXCS-WinXistrの活用,朝倉書店（2017）.
    24
    

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