20220920_LS-DYNA2OpenRadioss

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1. LS-DYNA to OpenRadioss
   【準静的過程とは】力がつりあっている状態でどうして板が動くのか？
   2022年10月22日(土)
   1
   

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2. OpenRadiossについて
   2
   

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3. OpenRadiossとは
   3
   OpenRadioss
   動的問題のための有限要素解析（FEA）ソルバー Altair Radiossをオープンソース化
   2022年9月8日
   LS-DYNAのフォーマットで書かれたモデルの読み込みと実行が可能
   OpenRadioss
   

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4. ビルドはこれを見ればOK
   4
   https://github.com/OpenRadioss/OpenRadioss
   How to Use OpenRadioss
   •How to Build OpenRadioss
   •How to Run OpenRadioss
   Community and Ways to Participate
   git
   and git-lfs
   are need to clone the OpenRadioss repository. See How to contribute.
   •How to contribute
   •Code of conduct
   Community Manager
   Marian Bulla
   communitymanager@openradioss.org
   Post Processing tools
   Tools are available to convert Radioss formats to VTK and CSV
   •Animation files to VTK
   •Time History file
   Resources
   Online Help Documentation:
   •Radioss online help
   Help Documentation in pdf form:
   •reference guide
   •user guide
   •theory manual
   https://github.com/OpenRadioss/OpenRadioss/releases
   手っ取り早く使い方はこちらを解凍
   するだけでOpenradiossが使える
   

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5. Altair
   5
   LS-DYNA
   Radioss
   ユーザーガイド
   LS-DYNAのキーワードに対応する
   Radiossのキーワード
   Altair oneに登録すると日本語
   マニュアルが入手できる
   

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6. マニュアルの見方
   6
   /MONVOL/GAS
   キーワード
   設定内容（オプションなど含むので特に設定
   していなくてもデフォルトでも何とかなる）
   定義
   理論、注釈
   コメント
   使いたい内容か確認
   

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7. モデル作成方法
   7
   形状作成
   メッシュ作成
   条件設定
   解析実行
   結果処理
   • FreeCAD
   • Salome(shaper)
   • LS-PrePost
   • FreeCAD
   • LS-PrePost
   • Gmesh
   • Netgen
   • LS-PrePost(LS-DYNAファイル）
   • HyperWorks(student版）
   • ParaView(VTK)
   • Hyperview Player(h3d)
   • LS-DYNAファイル→Radioss変換
   • Radioss
   変換
   

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8. Gmshチュートリアル
   8
   https://openradioss.atlassian.net/wiki/spaces/OPENRADIOSS/pages/24444938/Tensile+Test+Example+Tutorial+Using+Gmsh
   https://gmsh.info/bin/Windows/
   Developer
   

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9. 結果出力
   9
   OpenRadioss/tools
   • anim_to_vtk
   • th_to_csv
   linux64/build.bashを実行する
   OpenRadioss/exec
   animation VTK出力
   data csv出力
   

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10. 結果出力
    10
    例：VTKファイル結合(リンク)
    N=`find .| grep "v1A" | wc -l`
    for i in `seq 1 $N`
    do
    Num=`printf %03d $i`
    `/opt/OpenRadioss/exec/anim_to_vtk_linux64_gf BIRD_WINDSHIELD_v1A"$Num" > BIRD_WINDSHIELD_v1A"$Num".vtk`
    done
    $anim_to_vtk_linux64_gf BIRD_WINDSHIELD_v1A001→ BIRD_WINDSHIELD_v1A001.vtk
    ※ひとつひとつ実行しないといけない
    例：csvファイル出力
    $th_to_csv_linux64_gf zug_test3_RST01
    絶対パス、相対パスで場所を指定
    VTKファイルはParaViewで読み込可能
    

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11. 結果出力
    11
    Hyper View Player
    h3dファイル
    ※アニメーション作成のみでコンターやデータ出力などは扱えない
    

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12. 例題(Radioss)
    12
    https://openradioss.atlassian.net/wiki/spaces/OPENRADIOSS/pages/8749071/Example+Models
    Bird Strike On Windshield
    using SPH
    INIVOL and Fluid Structure Interaction (Drop Container)
    using (ALE) FSI
    Spring-back Yaris impact on pole at 40km/h Football (Soccer) Shots
    

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13. 衝突加速度
    例題(LS-DYNA)
    13
    Tensile Test Model in LS-DYNA® format Camry Impact Model in LS-DYNA® format
    Airbag deployment
    https://www.toyota.co.jp/thums/
    https://lsdyna.ansys.com/
    人体モデル(TUHMS)
    ダミーモデル
    

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14. マニュアル
    14
    https://www.dynasupport.com
    

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15. モデル
    15
    https://www.dynaexamples.com/
    

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16. モデル
    16
    https://www.nhtsa.gov/crash-simulation-vehicle-models#12101
    米国運輸省道路交通安全局
    試験データもある
    

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17. 17
    気になったこと
    【準静的過程とは】力がつりあっている状態でどうして板が動くのか？
    

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18. 気になったこと
    18
    圧力𝑝 外力𝐹𝑒
    面積𝑆
    圧力𝑝
    𝑑𝑥
    熱量𝑄 ＋
    外力𝐹𝑒
    系が熱力学的平衡の状態を保ったまま、
    ある状態から別の状態へとゆっくり変化
    する過程を指す熱力学上の概念
    準静的過程
    疑問
    力がつりあっているのにどうして板が動くのか？
    運動方程式を考えるなら、板が静止している状
    態からスタートして𝐹𝑡
    = 0なら板が動かないので
    はないか・・・
    

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19. 平衡熱力学での準静的過程
    19
    圧力𝑝 外力𝐹𝑒
    面積𝑆
    圧力𝑝
    𝑑𝑥
    熱量𝑄
    圧力𝑝
    力のつり合いがとれている。
    𝑃𝑆 = 𝐹
    𝑒
    力のつり合いがとれていない。
    𝑃𝑆 > 𝐹
    𝑒
    力のつり合いがとれている。
    𝑃𝑆 = 𝐹𝑒
    平衡状態・・・(1)
    平衡状態・・・(2)
    あいだは非平衡
    「ある平衡状態」から
    「別の平衡状態」を見ている
    ※間が非平衡状態であっても良い
    この(1)(2)の状態
    しか見ていない
    外力𝐹𝑒
    外力𝐹𝑒
    熱量𝑄
    熱量𝑄
    

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20. 外力がする仕事𝑊
    𝑒
    面積𝑆
    熱量𝑄
    内部エネルギーΔU
    気体が外に
    する仕事𝑾
    熱力学第一法則
    𝑄
    熱量
    ΔU
    内部エネルギー
    𝑾
    気体が外にする仕事
    

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21. 圧力𝑝 外力𝐹𝑒
    面積𝑆
    圧力𝑝
    𝑑𝑥
    熱量𝑄 ＋
    𝐹𝑡
    = 𝑃 𝑡 𝑆 − 𝐹𝑒
    > 0
    となると動き始める。
    初速度𝒗𝟎
    熱量𝑄
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡
    運動方程式
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡
    初速度𝒗𝟎
    𝐹𝑡
    = 𝑃 𝑡 𝑆 − 𝐹𝑒
    = 0
    初速度𝒗𝟎
    のまま動く
    外力𝐹𝑒
    板が動き始めるとき
    

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22. 圧力𝑝 外力𝐹𝑒
    熱量𝑄
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡
    運動方程式
    圧力𝑝 外力𝐹𝑒
    熱量𝑄
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡
    初速度𝒗𝟎
    圧力𝑝 外力𝐹𝑒
    熱量𝑄
    𝐹𝑡
    = 𝑷 𝒕 𝑆 − 𝐹𝑒
    > 0
    となると動き始める。
    初速度は加速
    熱量の影響で圧力が上昇
    𝐹𝑡
    = 𝑷 𝒕 𝑆 − 𝐹𝑒
    < 0
    となると動き始める。
    速度は減速
    体積が速く膨張す
    るので圧力が減少
    熱量の影響で圧力が上昇
    𝐹𝑡
    = 𝑷 𝒕 𝑆 − 𝐹𝑒
    > 0
    となると動き始める。
    速度は加速
    速度𝑣
    time
    time
    𝐹𝑡
    +
    -
    +
    𝐹𝑒
    ある平均速度
    板が動いているとき
    

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23. 圧力𝑝 外力𝐹
    熱量𝑄
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡
    𝐹𝑡
    = 𝑷 𝒕 𝑆 − 𝐹 > 0
    となると動き始める。
    初速度𝒗𝟎
    運動方程式
    圧力𝑝 外力𝐹
    熱量𝑄
    熱量の影響で圧力が上昇
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡 𝐹𝑡
    = 𝑷 𝒕 𝑆 − 𝐹 < 0
    となると動き始める。
    速度は減速𝒗𝟎
    初速度𝒗𝟎
    体積が速く膨張するの
    で圧力が減少
    熱量の影響で圧力が上昇
    圧力𝑝 外力𝐹
    熱量𝑄
    𝐹𝑡
    = 𝑷 𝒕 𝑆 − 𝐹 > 0
    となると動き始める。
    速度は加速𝒗𝟎
    time time
    𝐹𝑡 速度𝑣
    𝐹𝑒
    ある平均速度
    板が動くときにこの
    サイクルを繰り返す
    板が動いているとき 外力が大気圧のみの場合
    𝐹 = 𝑃𝑎
    𝑆
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝐹𝑡
    

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24. この微小区間の間は圧力一定としている
    ここで圧力は、微小区間動く際には一定圧力としている
    が・・・・
    運動方程式ではp(t)として時間変化するものとしている。
    ゆえに、離散化して数値計算すると解は振動する。
    →しかし、これは意味のある振動ではなく、数値的に出てきた振
    動である
    この連立微分方程式を解くこと
    で、板の速度をもとめることが
    できる。
    

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25. LS-DYNA to OpenRadioss
    【準静的過程とは】力がつりあっている状態でどうして板が動くのか？
    25
    

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26. ANSYS LS-DYNA
    26
    https://www.ansys.com/ja-jp/academic/students?intcid=website-ansys-dspl-
    students_downloads-09022021-student-promotion-na
    半年くらいは使える
    Problem Size Limits
    128K nodes/elements
    • プリポスト(LS-PrePost)
    • ソルバ(LS-RUN)
    

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27. モデル作成方法
    27
    形状作成
    メッシュ作成
    条件設定
    解析実行
    結果処理
    • LS-PrePost
    • LS-PrePost
    • LS-PrePost(LS-DYNAファイル）
    • ParaView(VTK)
    • LS-DYNAファイル→Radioss変換
    

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28. モデル作成
    28
    

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29. モデル作成
    29
    キーワードの作成
    600
    1000
    

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30. モデル作成
    30
    200×200×10
    ※mm
    TOP
    BOTTOM
    SIDE
    𝑧
    重力無し
    PART 材質 プロパティ
    TOP 剛体
    yz並進固定(Z方向フリー)
    xyz回転固定
    シェル(1点積分要素)
    Belytschko-Tsay
    BOTTOM 剛体
    xyz並進固定
    xyz回転固定
    シェル(1点積分要素)
    Belytschko-Tsay
    SIDE
    (その他の面）
    NULL(構造の挙動に対して無効)
    yz並進固定(Z方向フリー)
    xyz回転固定
    シェル(1点積分要素)
    Belytschko-Tsay
    

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31. モデル作成
    31
    

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32. 計算実行
    32
    #!/bin/bash
    set -e
    rhome="/mnt/c/work/OpenRadioss/OpenRadioss_linux64/OpenRadioss"
    # export LD_LIBRARY_PATH=".:$rhome/extlib/hm_reader/linux64"
    # export RAD_CFG_PATH="$rhome/hm_cfg_files"
    echo ** Run Starter **
    $rhome/exec/starter_linux64_gf -i $1.key
    echo ** Run Engine **
    $rhome/exec/engine_linux64_gf -i $1_0001.rad
    echo Done./run.sh $1
    ./make_vtk.sh $1
    rhome="/mnt/c/work/OpenRadioss/OpenRadioss"
    N=`find .| grep "A" | wc -l`
    for i in `seq 1 $N`
    do
    Num=`printf %03d $i`
    `"$rhome"/exec/anim_to_vtk_linux64_gf $1A"$Num" > $1A"$Num".vtk`
    done
    `rm -r $1A"$Num".vtk`
    run.sh make_vtk.sh
    ./run.sh $1
    ./make_vtk.sh $1
    Allrun
    $./Allrun abcv2
    計算実行スクリプト VTK変換スクリプト
    位置パラメータ
    ファイル名を指定
    

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33. 検証
    33
    1. TOPとSIDEに重量無し→𝑚 = 0より動いた瞬間に加速度、速度、位置が無限大
    2. TOPとSIDEに重量あり→ 𝑃 = 𝑃𝑎
    (力のつり合い）
    𝑚
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    = 𝑃𝑆 − 𝑃𝑎
    𝑆
    𝑑𝑣
    𝑑𝑡
    =
    𝑃𝑆 − 𝑃𝑎
    𝑆
    𝑚
    運動方程式
    

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34. 結果
    34
    1. TOPとSIDEに重量無し相当
    TOPとSIDEの密度を通常の1/1000倍
    ※これ以上密度を小さくすると発散
    2. TOPとSIDEに重量あり
    → 𝑃 = 𝑃𝑎
    (力のつり合い）
    

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35. 結果
    35
    1. TOPとSIDEに重量無し相当
    TOPとSIDEの密度を通常の1/1000倍
    ※これ以上密度を小さくすると発散
    2. TOPとSIDEに重量あり
    → 𝑃 = 𝑃𝑎
    (力のつり合い）
    大気圧基準(kPa)
    (ms)
    Radiossでの出力方法がわからなかったので断念
    ※結果はLS-DYNAで出力
    ※LS-PrePostで読み込み
    

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36. 結果
    36
    1. TOPとSIDEに重量無し相当
    TOPとSIDEの密度を通常の1/1000倍
    ※これ以上密度を小さくすると発散
    2. TOPとSIDEに重量あり
    → 𝑃 = 𝑃𝑎
    (力のつり合い）
    

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37. 結果
    37
    2. TOPとSIDEに重量あり→ 𝑃 = 𝑃𝑎
    (力のつり合い）
    

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38. • 熱力学は偉大だが、（個人的に）わからないことが多い
    量子力学より前に完成にもかかわらず変更を受けず現代でも十分使える理論であることがすごい
    • LS-DYNAからOpenRadiossへ変換できるのは未来を感じる。特に衝突系
    • 要素数が多い場合にOpenRadiossのありがたみがある?
    • Radiossの設定GUIはどれを使うのが良いか
    テンプレートテキストでもあれば良いが・・・
    まとめ
    38
    モデリング&シミュレーションにおけるV&V
    現実世界の問題（実現象）
    概念モデル
    解析モデル
    計算結果 解析解など
    計算結果
    実験
    実験データ
    検証(Verification)
    妥当性確認(Validation)
    現実世界の問題の本質部分をモデル化→妥当な結果が得られるかどうか
    

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39. 結果
    39
    1. TOPとSIDEに重量無し→𝑚 = 0より動いた瞬間に加速度、速度、位置が無限大
    2. TOPとSIDEに重量あり→ 𝑃 = 𝑃𝑎
    (力のつり合い）
     熱力学第一法則
    ሶ
    𝑄 =
    𝑑𝑈
    𝑑𝑡
    + 𝑝
    𝑑𝑉
    𝑑𝑡
    定圧比熱を用いてエネルギー注入
    ሶ
    𝑄 = ሶ
    𝑚𝑖𝑛
    𝐶𝑝
    𝑇𝑖𝑛
     理想気体の状態方程式
    𝑝 = 𝛾 − 1
    𝑈
    𝑉
    速度が求まる
    𝑣 =
    ሶ
    𝑚𝑖𝑛
    𝐶𝑝
    𝑇𝑖𝑛
    𝛾𝑝𝑆
    

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40. 速度の抽出
    40
    

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