Python統合Windows版EasyISTRを使ってみた！

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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）

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

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

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 3

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

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 5

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

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

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 8

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

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

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

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

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

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

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

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 16

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

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

20. 3.12 シェル要素の解析 Fig.29 変位 19

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

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

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

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

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