20241109_OpenRadiossを用いたエアバッグ 解析のモデル構築

オープンCAE学会2024での報告

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1. OpenRadiossを用いた エアバッグ 解析のモデル構築 2024年11月9日（土） オープンCAEシンポジウム2024
2. 本発表の内容 衝突シミュレーションにおけるエアバッグのCAE解析について解説 目的 OpenRadiossを使用したエアバッグのシミュレーション の構築 車が衝突 膨張開始 膨張途中 膨張完了 　　慣性で前へ 時間軸 デバイスで保護 2 エアバッグ シートベルト 脚まわり 座面摩擦 エアバッグ
3. 目次 ❏ OpenRadiossについて ❏ OpenRadiossの解析事例 ❏ エアバッグのモデル作成フロー ❏ エアバッグの現象の理論 ❏ エアバッグのモデル化のキーワード ❏ 解析設定 ❏ 解析条件 ❏ 解析結果 ❏ OpenRadioss計算実行ツール ❏ OpenRadiossの課題・今後 3
4. OpenRadiossについて • 2022年9月にAltair社Radiossのオープンソース化 • ドキュメントはAltairのRadiossを参考 • ExampleがAltairホームページに公開されている • OpenRadiossの公式ホームページが非常に充実している • 陽解法ソルバ（陰解法もあり） • AGPL-3.0 license • LS-DYNAのキーワードをサポート（全てではない） 4 公式ページ ソースコード：github YouTube ユーザーイベント
5. OpenRadiossの計算事例 5 熱源移動 ヤリスのポール衝突 人体モデル（ THUMS） ※LS-DYNAから変換 エアバッグ衝突解析 スマホの落下解析 試験片の引張り
6. エアバッグのモデル作成のフロー Gmsh Salome LS-PrePost 形状作成 〇 〇 〇 メッシュ作成 〇 〇 〇 節点結合 ？ △ 〇 PART分け × × 〇 折り畳み × × △ (2)メッシュ作成 (1) モデル作成 (3)コピー (4)外周節点を結合 (5)折りたたむ 円形2次元 コピー 結合 6
7. エアバッグの現象の理論 比熱の温度依存性 熱伝達率h、エアバッグ表面積 A ガス注入 Heat Loss Vent hole Fabric porosity 圧力p 熱力学第一法則 圧力p 熱力学 力学 7 理想気体の状態方程 式 力のつり合いの式 ＋：入ってくるエネルギー ー：出ていくエネルギー 気体が外部 にする仕事 正味のエネルギー 内部エネルギー 接触圧 張力 接触圧 張力
8. エアバッグのモデル化のキーワード OpenRadioss LS-DYNA 非一定圧力 ガス気流 /MONVOL/FVMBAG2 粒子法 *AIRBAG_PARTICLE 均圧法 /MONVOL/AIRBAG1 *AIRBAG_SIMPLE_AIRBAG_MODEL *AIRBAG_HYBRID 多室型 /MONVOL/COMMU1 多室型 *AIRBAG_INTERACTION 圧力設定 /MONVOL/PRES *AIRBAG_LOAD_CURVE *AIRBAG_SIMPLE_PRESSURE_VOLUME 変換が可能である ※多室型はOpenRadiossへの変換が未対応 ※ALEもあるが最近使われないので除外 エアバッグ内のガス注入のキーワードはいくつかあり、LS-DYNAのキーワードを変換し てOpenRadiossで計算することができる。 ガスの注入 インフレータ 8 エアバッグ
9. 解析設定 球体 PART ID = 6000000 PART シェル要素 ・・・ 節点 節点 PROPERTIES MAT エアバッグ
 PART ID = 1,2
 /PROP/SH_ORTH/
 直交異方性シェルロパティ
 /MAT/LAW19 (FABRI)
 エアバッグの繊維をモデル化する 弾性直交異方性材料
 /MONVOL/AIRBAG1
 注入気体の混合入力を使 用した単室型エアバッグ
 /PROP/INJECT1
 構成気体ごとの注入質量
 /MAT/GAS/MOLE
 気体分子量と比熱係数Cp(T)
 固定プレート
 PART ID = 3
 /PROP/TYPE1（SHELL）
 3節点または4節点のシェル要 素
 /MAT/RIGID/
 ※↑廃止（/RBODYを推奨）
 エアバッグ反力板
 PART ID = 6000000
 /PROP/TYPE1（SHELL）
 3節点または4節点のシェル要 素
 /MAT/RIGID/
 ※↑廃止（/RBODYを推奨）
 球体
 PART ID = 6000001
 /PROP/TYPE1（SHELL）
 3節点または4節点のシェル要 素
 /MAT/RIGID/
 ※↑廃止（/RBODYを推奨）
 シェル要素の属性 材料特性 9 各PARTにプロパティと材料特性を定義する
10. 解析条件 10 エアバッグ 初期状態：平置き状態 Φ600 ※折り畳み無し Vent hole：Φ35×2 インフレータ マスフロー、温度条件 定圧比熱：1000kg/kJ K ※正確な情報はメーカーより • 直径：200mm • 重量：4.5kg（頭相当） • 初速度：56km/h(15.6m/s) 30ms時 330mm インフレータ特性 800mm ※正確な情報はメーカーより 条件 初期状態
11. 解析結果 11 エアバッグの膨張のシミュレーション エアバッグ内の熱力学的な物理量の出力ができる
12. 解析結果 12 球体が反力板に衝突する前にエアバッグで受け止める 衝突波形はノイズが大きいことか ら各波形に応じたフィルタをかけ る決まりがある。 • ISO 6487 • EURO NCAP フォン・ミーゼス応力のコンタ
13. 解析結果 13 #---1----|----2----|----3----|----4----|----5---- /PARAMETER/GLOBAL/REAL/1 ball mass bmass 4.5 /PARAMETER/GLOBAL/REAL/2 sensor TTF TTF 0.0 /PARAMETER/GLOBAL/REAL/3 球体初期値位置 ball_ztra 150 /PARAMETER/GLOBAL/REAL/4 VH Area Vent 1923 # VH45*2 # VH40*2=2512 # VH35*2=1923 # VH30*2=1413 /PARAMETER/GLOBAL/REAL/5 ball velocity bvel -15.6 ...(省略)... /SENSOR/TIME/1 #sens_title TTF # Tdelay &TTF 設計パラメータ・試験条件によって変更可能なようにパラメータにしておくと便利 球体質量 着火開始時間 球体初期位置 の平行移動 Vent hole面積 球体の初速度 変数の利用 VH Φ30 Vent hole違い VH Φ35 VH Φ40 TTF = 0ms TTF = 5ms TTF = 10ms TTF違い(VH35)
14. OpenRadiossの計算実行ツール 14 2022年 2023年 2024年 計算実行スクリプトを 実行して対応 計算実行（並列数指定）、 vtk、csv出力のGUI d3plot変換が可能 ➡LS-PrePostでの可視化が可能 EasyISTRからOpenRadioss のメッシュ変換 VS Codeでキーワード 補間 インストールから結果処 理までのGUI vtk・csv出力のスクリプト
15. OpenRadiossの課題・今後 15 • 計算実行、結果処理のツールは整ってきたが、モデル作成・メッシュ作成・解析設 定の難易度は高い。 ➡プリの部分の強化が必要 • モーフィング、節点結合、パート分けなど簡単にできるツールがLS-PrePostくらい？ ➡LS-PrePostも今後どうなるか分からないため代替案を考えておく必要あり • 今回のエアバッグ衝突解析のような「どことどこが接触しているのか」「節点グルー プはどこか」など、結果の事前確認ができない。 ➡ツールの開発が必要？ • 今後は解析事例を増やしつつ、ツール（特にプリの部分）の開発が必要。
16. END 16
17. TTF ball mass 熱伝達率 ベントホール 自己接触定義 平行移動Trans 出力 接触定義 012_case001_airbag_TTF 0_V30 &TTF 0.0 &bmass 4.5 &bvel 15.6 5e-7 45 type19 ball z 150 &ball_ztra 荷重 加速度 013_case001_airbag_TTF 0_V30 &TTF 0.0 &bmass 4.5 &bvel 15.6 5e-7 45 type19 ball z 150 &ball_ztra 荷重 加速度 013_case001_airbag_TTF 0_V30_noCT &TTF 0.0 &bmass 4.5 &bvel 15.6 5e-7 45 type19 ball z 150 &ball_ztra 荷重 加速度 17
18. TTF ball mass 熱伝達率 ベントホール 自己接触定義 参照形状 平行移動 Trans 出力 007_airbag_contactMass _heatloss1_ball 0 40 5e-7 30 008_airbag_TTF5 5 40 5e-7 30 008_airbag_TTF15 15 40 5e-7 30 009_airbag_TTF0_ref &TTF 0.0 &bmass 4.5 5e-7 30 type19 ball z -400 010_airbag_TTF0_Area &TTF 0.0 &bmass 4.5 5e-7 45 type19 ball z -400 &ball_ztra 荷重 加速度 011_airbag_TTF0_VH30 &TTF 0.0 &bmass 4.5 5e-7 45 type19 ball z -400 &ball_ztra 荷重 加速度 012_case001_airbag_TT F0_V30 &TTF 0.0 &bmass 4.5 &bvel 15.6 5e-7 45 type19 ball z 150 &ball_ztra 荷重 加速度 18
19. 実行ファイル ライブラリ 19
21. /MONVOL/AIRBAG1/1 #monvol_title airbag gas #surf_IDex H_conv 1 5E-7 # Ascale_T Ascale_P Ascale_S Ascale_A Ascale_D 1.0 1.0 1.0 1.0 # MAT_ID MU Pext T0 Iequi Ittf 3 0.011.01300000000000E-04 293.0 0 3 # Njet 1 #inject_ID Sens_ID Ijet node_ID1 node_ID2 node_ID3 2 1 0 0 0 0 # Nvent Nporsurf 1 # surf_IDv Iform Avent Bvent vent_title 0 1 30.0 1.0 phi30 # Tstart Tstop dPdef dtPdef I_dtPdef 0.01.00000000000000E+30 0.0 0.0 0 # fct_ID_t fct_ID_P fct_ID_A FScale_t FScale_P FScale_A 3 0 0 1.0 1.0 1.0 #fct_ID_t' fct_ID_P' fct_ID_A' Fscale_t' Fscale_P' Fscale_A' 0 0 0 1.0 1.0 1.0 熱伝達率 ベントホール開 始終了時刻 ベントホールサ イズ径 1：等エンタルピー 21
22. ##HWCOLOR properties 2 5 /PROP/INJECT1/2 injection gas mass # N_gases Iflow Ascale_T 1 1 # Mat_ID fun_ID_M fun_ID_T Fscale_M Fscale_T 4 1 2 1.00000000000000E-03 1.0 1：質量流 ##HWCOLOR materials 3 33 /MAT/GAS/MASS/3 air # MW 0.0288 # Cpa Cpb Cpc Cpd Cpe 1007.0 # Cpf /MAT/GAS/MASS/4 injection gas # MW 0.0288 # Cpa Cpb Cpc Cpd Cpe 1007.0 # Cpf 22
23. /TRANSFORM/TRA/6000000 #transform_title ball TRANSFORM # grnd_ID X_translation y_translation z_translation node_ID1 node_ID2 sub_ID 6000 0 0 -500 /TRANSFORM/TRA/6100000 #transform_title RBODY TRANSFORM # grnd_ID X_translation y_translation z_translation node_ID1 node_ID2 sub_ID 4 0 0 -500 23
24. /INTER/TYPE19/33 #Title Airbag self contact # surf_id2 surf_id1 Istf Ithe Igap Iedge Ibag Idel Icurv 38 39 4 0 0 1 0 0 # Fscale_gap Gap_max 0.0 0.0 # Stmin Stmax dtmin Irem_gap Irem_i2 1000.0 0.0 0.0 # Stfac Fric Gapmin Tstart Tstop 0.0 0.6 0.3 0.0 0.0 # IBC Inacti VisS VisF Bumult 000 6 0.0 0.0 0.0 # Ifric Ifiltr Xfreq Iform sens_ID fric_ID 0 0 0.0 0 0 0 /SURF/PART/38 INTER_group_38_of_PART 1 2 /SURF/PART/39 INTER_group_39_of_PART 1 2 エアバッグのセルフフコンタクト 24
25. /PARAMETER/GLOBAL/REAL/2 sensor TTF TTF 0.0 /SENSOR/TIME/1 #sens_title TTF # Tdelay &TTF https://2022.help.altair.com/2022/hwsolvers/ja_jp/rad/topics/solvers/ra d/parameter_starter_r.htm 25
26. #---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----| /TH/MONV/1 #thgroup_name Chambers # var_ID1 var_ID2 var_ID3 var_ID4 var_ID5 var_ID6 var_ID7 var_ID8 var_ID9 var_ID10 DEF GAS # Obj_ID1 Obj_ID2 Obj_ID3 Obj_ID4 Obj_ID5 Obj_ID6 Obj_ID7 Obj_ID8 Obj_ID9 Obj_ID10 1 #---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----| /TH/INTER/2 #thgroup_name head2airbagContact # var_ID1 var_ID2 var_ID3 var_ID4 var_ID5 var_ID6 var_ID7 var_ID8 var_ID9 var_ID10 DEF # Obj_ID1 Obj_ID2 Obj_ID3 Obj_ID4 Obj_ID5 Obj_ID6 Obj_ID7 Obj_ID8 Obj_ID9 Obj_ID10 3 #---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----| /TH/ACCEL/3 #thgroup_name headAccel # var_ID1 var_ID2 var_ID3 var_ID4 var_ID5 var_ID6 var_ID7 var_ID8 var_ID9 var_ID10 DEF # Obj_ID1 Obj_ID2 Obj_ID3 Obj_ID4 Obj_ID5 Obj_ID6 Obj_ID7 Obj_ID8 Obj_ID9 Obj_ID10 1 #---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----| /ACCEL/1 #accel_title accelerometer1 # node_ID Skew_ID Fcut 6028182 0 0.0 加速度のID 26
27. /FUNCT/1 #title inf mass flow # X Y 0 0 2 2.5 4 3.0 5 3.0 6 2.5 8 2.3 11 2.0 12 1.6 15 1.25 19 0.44 28 0.44 30 0.0 150.0 0.0 #---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----| ##HWCOLOR curves 2 5 /FUNCT/2 #title inf temp # X Y 0.0 780.0 150.0 780.0 27