11月 « 2014 « ACS NEWS

11/18に　Implicitにおけるモルタル接触機能を紹介した。今回は、同じモデルをExplicitで計算し、
モルタル接触の効果を試してみる。

計算条件はExplicit用に変位を初期速度に変更した以外は前回とほぼ同じだである。
先ずは、MORTARなしの場合。　以下の4タイプの接触を試す。

１. CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL  : CPUTIME=９秒　面・辺接触では板厚分オフセットしている。

反対側を表示

２. CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE & SINGLE_SURFACE　SOFT=２
    S_S ペア指定あり　   ：　CPUTIME=１０秒　
    S_S ペア指定なし    　：　CPUTIME=１１秒
    SINGLE_SURF ACE :    CPUTIME=９秒
　エッジ接触は考慮されないので、片側は貫通する

反対側から表示

３. CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE_MORTAR & SINGLE_SURFACE_MORTAR   
   S_S ペア指定有り　：　CPUTIME=２２秒
　S_S ペア指定なし　：　CPUTIME=１３０秒
　SINGLE_SURFACE : CPUTIME=１２６秒

エッジ・エッジ接触では、板厚分のオフセットは適用されない。（こちらの方が良い）

反対側から表示

注意：_MORTARを指定すると、接触条件から定まるΔｔが小さくなる（約３割程度小さくなった）。
このため、タイムステップスケールファクタを調整する必要があった。

MORTARいよる計算時間の増加は、全て接触計算に使われている。ズボラに　”全接触”　とやると、かなりの増加に
なってしまうので、個別に必要な箇所にMORTARオプションを設定するべきかもしれない。

12/5 他の問題で気になる結果（傾向）が出たので、開発元へ確認。

LSDYNAにおける応力・ひずみ等の解析結果は、”D3PLOTファイル”　に保存され、LSPREPOSTでコンタ表示等を
行うことができる。しかしながら、接触の結果（接触力、圧力等）は、アスキーファイル出力のみで、グラフ表示しか
出来ず、コンタ表示するには、アスキーファイルを読んで自分で何とかするしかなかった。
D3PLOTのファイル内容を見ると、接触に関する情報は一切入っていない。このファイルに接触の結果も追加して
くれれば良さそうなものだが、大人の事情か、そうもいかなかったようで、９７１後期に　”INTFORファイル”　が追加された。

INTFORファイルを使って、接触力などの結果をコンタ表示する方法を以下に紹介する。

１、接触定義　SPR & MPR in *CONTACT_**

接触解析結果を出力したい接触ペアの　SPR & MPR 　を　１　にセット。これを忘れると出力されない。

２、INTFOR出力間隔と、出力情報の指定

*DATABASE_EXTENT_INTFOR : 間隔。通常はD3PLOTと同じにする。
*DATABASE_EXTENT_INTFOR: 全てデフォルト（全てセーブ）で良い。
  最後の変数 ieverf=1 とすると、出力毎にファイルが更新（ intfor01, 02,,,,)　される。

３、実行時引数　s=ファイル名  を必ず指定する。

例）
％ lsdyna i=test1.k 　jobid=contact_out　s=intfor

出力されるINTFORファイル名は、contact_out.intfor, contact_out.intfor01, 02,,, となる。

この指定を忘れると、INTFORは全く出力されず、がっかりすることになる。
LSDYNAの実行が始まると、INTFOR出力が確認できる。
もし intforのメッセージがなかったら　s=ファイル名　の指定忘れである。

（Implicit解析での例）

４．　LSPPによるINTFOR表示

LSPPを起動して、Ｏｐｅｎ Binary-Plotで　INTFORを選択する。
ここでは、昨日紹介した、モルタルコンタクトの例を使用して紹介する。

（１）表示セレクション

AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE 　（接触ペア２組）
モデルが表示されると、色設定がD3PLOTの場合と異なっているため、奇異に思える。
これは接触ペア毎に色設定されているためであり、マスター・スレーブの確認が容易である。

ペア１のみ表示

ペア２のみ表示

これに対して、AUTOMATIC_SINGLEの場合は、全体で接触ペア一組しかないので、こうなる。

（２）結果表示

FriCompで成分を選んで表示するのみ。通常の操作と変わらない。

表示できる変数を示す。

先週来日した、Dr.Ishengへ、Implicit解析において推奨する接触オプションを聞いてみた。
彼からの答えは、「モルタルコンタクトしかないしょ！！」 あるいは、「モルタルコンタクトしかないっぺよ！！」
Isheng訛ったか？？　まあ、どっちでもいいのだが、答えはひとつ。モルタル接触なのだ。
恥ずかしながら、モルタルの名前は知っていたが、試したことはなかった。
そこで、数年前の資料を引っ張り出してテスト問題を作成、その結果をリポートする。

資料は、2010年、LSDYNA 971R5 当時（2010年）に掲載されていた。

・セグメント-セグメント接触、M.A.Puso & T.A.Laursen(2004年)
・陰解法における接触解析の品質と収束性の向上
・元々は陰解法用であったが、陽解法でも使える。MPP & SMP対応
・Automatic_S2S, Automatic_SINGLE_SURFACE & TIED S2Sで使用可能

資料にあった絵を見てこんな例題を作ってみた。

PART-1 と 2 は　辺・面接触、PART-1と3は辺・辺接触。静解析、TIME=100 (DT=1.0*100ステップ)が最終荷重

PART-1 と　2,3間には板厚以上の隙間あり。　
PART-1を押し込んでいくと、PART-２、３との接触が外れる可能性あり。

詳細な計算条件は記載していないが、データが欲しい方は連絡頂ければ差し上げます。

最初にMortarなしで、接触タイプをいくつか選び、更に接触オプションAのSOFTを変更しながらテストを行った。

１、CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL
     SOFT=0  : Time=39.5で発散。CPU=433秒
     SOFT=1 : Time=37.4で発散。CPU=451秒

２、CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE
     SOFT=0 : Time=7.6で発散。　CPU=481秒
     SOFT=1 : Time=7.6で発散。   CPU=415秒
     SOFT=2 : Time=10.0で発散。  CPU=507秒

３、CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE
     SOFT=0 : Time=7.5で発散。　CPU=549秒
     SOFT=1 : Time=7.5で発散。   CPU=577秒
     SOFT=2 : Time=10.0で発散。  CPU=573秒

何と、従来手法では全て解けなかった。解けない問題ほど収束回数が増えて計算時間が長くなる。
長くなるのに、欲しい答えは出てこない、性質の悪い問題である。

４、CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_MORTAR & SINGLE_SURFACE_MORTAR
    セグメント接触なので、MORTARの場合、SOFTオプションは無関係。
　　SURFACE_TO_SURFACE_MORTAR : 完走。CPU=37秒
     SINGLE_SURFACE_MORTAR          : 完走。CPU=44秒

途中の変形状態、辺・辺は板厚効果なしで接触している。

視点を変えて、辺・面接触の様子。PART-2の板厚が考慮されている。

最終荷重での変形。PART-1.vs.2 の接触は辺・面から、面・辺の接触に変わっている。

結論：Implicitの接触は、MORTARしかない。こうなったら”_MORTAR”　と書かなくても、デフォルトにして欲しいと思う。

“MORTAR” をつけると悩ましい計算でも楽しくなってしまうので、最後に押し込み量を２倍にして実験。
計算時間は、37秒から63秒に増えたが、あっさりと完走した。

今日は、もうひとつ新機能の紹介。*CONTRO_SUBCYCLE_{N}_{M}

陽解法のメッシングでは、「なるべく均一な大きさのメッシュを切るように」と教えられてきたと思う。
もし、ひとつでもサイズの小さなメッシュがあった場合、全体の計算時間がこの小さな要素に支配
されてしまうためである。
しかし、余程簡単な問題でない限り、同じ大きさのメッシュを生成することは極めて困難だろう。
今回追加されたSUBCYCLEの機能はこれをある程度解決してくれる。モデルを各要素のΔtにより
領域分割し、Δｔの大きい領域は計算をちょっと省略して高速化するする手法のようた。

LSTCから入手した資料によると、*CONTRO_SUBCYCLE_{N}_{M} と記載されている。
最新のマニュアルには何故かこの{N}{M}の記述はない。
が、N,M=2,4,8,16,32,64 のどれかを入れれば使えるらしい。

意味はわからないが、早速試してみる。

先ずはSUBCYCLEなしで計算実行。なるべくメッシュの粗密があるモデルで試すべき。

1094秒で終了。次にSUBCYCLEを追加して実行してみる。

*CONTROL_SUBCYCLE_16_16 と　*CONTROL_SUBCYCLE_64_4 を試してみた。結果はどちらも同じ。

約２０％程度計算時間を短縮できた。

SUBCYCLEを使ったかどうかは、D3HSPファイルに表示される以下のメッセージで分かる。

さて、計算結果はどうか？

SUBCYCLEなし　８コマ目のミゼス相当応力

次にSUBCYCLEあり

計算を省く領域があるためか、出力時刻が微妙にずれている、
このため応力値も少し変わっているが、気にはならないだろう。

入力データ一行追加のみで使えるので即戦力として使えそうだ。

Rev.7.1.1から NASTRANデータを直接入力・変換・解析実行まで行う機能が追加された。従来は、LSPPで読み込んでからLSDYNAに変換して計算実行という手間が不要となった。

テストに使用したNASTRANデータ：平板の固有値解析

LSDYNA入力データ  : nast.k

*keyword
*title
nastran inc test
*include_nastran
eigen.nas
$beam,shell,soild
0,0,0,
*end

0,0,0は、ビーム、シェル、ソリッド要素の変換後の要素タイプ。デフォルトは、ビーム=2, シェル=21, ソリッド=18

LSDYNA実行　：　lsdyna i=nast.k [jobid=test]

変換状況のメッセージが表示される。

 *** Warning 10633 (KEY+633)
      NASTRAN input 506
     PARAM,CONTACTSTAB,AUTO
 invalid param entry contactstab

（対応不可能データは無視してくれる）
Start processing NASTRAN input  deck
 -> Processing orientation vectors
 -> Processing grid
 -> Processing scalar element
 -> Processing mat9
 -> Processing mpc
 -> Processing psolid
 -> Processing time control
 -> Processing spc
 -> Processing output requests
 -> Processing duplicate ids
 -> Processing curves
 -> Processing Element Volumes
 -> Processing params

 Finished processing Nastran input data
これ以後に解析実行開始

変換したデータは、[jobid.]dyna.inc ファイルに保存されるので、変換内容を確認できる。

計算結果を表示してみる。

前回で最適化計算が終了したので、今回はこれら計算結果の表示・評価について紹介する。

表示項目については、例題マニュアル　P14 Exercises からいくつかの項目を抜き出して紹介する。

初めに、P16 File Viewingから。マニュアルでは最後の手順になっているが、設定通り計算できたかどうか、初めにこの表示で確認するべきである。

lsoptui  – File Menu – Summary Report

計算結果は、作業フォルダ- Stage1(ユーザ設定) – 収束回数.サンプリング回数 フォルダに格納される。
今回の例では、C:\temp^lsopt1\Stage1\1.1 – 1.20 & 2.1 フォルダの下に計算結果ファイルが存在している。
設定が間違っていなければ、以下のようなサマリーが表示されるはずだ。

描画メニューの起動

以下、例題マニュアルの順に紹介していく。

1.Scatter Plot

1.1 Find the Baseline design ( Design 1.1 ) and display the FEM using LSPP

Itaration all を選択　（以降の操作に共通）

１．１を選択して、LSPPアイコンを選択

LSPP (Ver2.1)が起動、モデルが表示される。LSPPはかなり古いバージョンで現在とはメニュースタイルが異なる。

1.3 Select the Infeasible Points – 赤のポイントを選択

２． Parallel Coordinate Plot

2.1 Display the Variables, Constraints, Objectives

2.3 Find a feasible point with the lowest Intrusion

2.4 Slide the upper bound  of the Intrusion to 520 : 条件を満たすデザインのみが選択される。

３．Histories

3.1 Display All the ACCE histories

３．Metamodel Surface

3.1 Display the Metamodel Surface for the HIC function.

５．2D Interpolator

5.1 & 5.2 – Select Constraints, Predicted Value, Transpose and Link Ranges

６．Metamodel Accuracy

6.1 Study and compare the PRESS value for HIC, Mass,,,,,

７．Sensitivities

７．１　Using Linear ANNOVA

７．３　In the GSA/Sobol, ７．４　Display the Transpose

８．Predicted Histories

８．１　Select the ACCE

９．　Optimization History

9.1 View the HIC and Intrusin by selecting “Split”

lsoptuiを終了した人は、lsoptui を起動してsinglestage.lsoptを読み込む。

３. 設計変数の設定

setupをダブルクリック

tbumperとthoodを連続変数として定義

下限値、上限値の設定

4. サンプリング手法の設定

Samplingをダブルクリック

この例題では、Radial Basis Function Network (RBFネットワーク：放射基底関数と呼ぶらしい）を選択。
サンプリング回数を 10 → 20 に設定

Featuresタブ。応答曲面設定

5. 制約条件Intrusion計算設定
メインメニュー “+” から、 Add Compositeを選択

変数名を　INTRUSION とし、計算式(節点４３２と１６７のＸ方向変位差）を定義

Compositesアイコンがフローに追加される

Global Sensitivities追加（今回の最適化では使用しない）

6. 最適化目的関数と制約条件の設定

Optimizationアイコンをダブルクリック

画面右側に定義済変数が表示されている。HICを目的関数に選択

制約条件設定。COnstraintsタブ指定後、INTRUSIONを選択

ここまでで設定は終了。ここまでの設定内容をメイン画面にて保存しておく。

7．最適化計算実行

計算実行状況は、コマンドプロンプト画面に表示される。

最適化計算終了。コマンドプロンプト画面で ENTERしてメインウインドウに戻る。

最適化計算結果表示については、次回で紹介する。

追記：最初のLS-OPTは機能が少なかったので、操作は単純でした。最新版になって多くの機能が追加され、
ここまで設定するにも結構疲れるような、、、、

（１）で紹介した例題を用いて、最適化設定作業の手順を紹介する。
私も最適設計の詳細・用語について全て理解している訳ではないので、トレーニングクラス用マニュアル　
  “lsopt_50_intro_problemset.pdf”
で紹介されている、”Simple Optimizaition and Viewing Results” の例題をゼロから定義する手順について以下に紹介する。

ここでは、作業用フォルダを C:\temp\lsopt1とし、ここに main.k と　car5.k をコピーしておく。

１．最適化内容

・設計変数：板厚　tbumper 　連続変数　初期値=3.0 下限値=1.0 上限値=5.0
                     板厚　thood　　　連続変数　初期値=1.0  下限値=1.0 上限値=5.0
・目的関数　HIC（頭部損傷基準値 15ms）最小 （初期値　68.0）・制約条件　INTRUSION （50msにおける貫通量） 550mm以下 （初期値 576mm）
・最適化　任意の手法でサンプリングを行い、応答曲面を作成して最適化実行

２．lsopt起動　

アイコンから、または、作業フォルダに移動して lsoptui を起動する。
Open recentは履歴なので状況により異なる。ファイル名等に任意の名称を入力して CREATE

lsoptデフォルトのフローが表示されるので、 Stage1 をダブルクリックする。

２. lsdyna実行方法と変数の設定

lsdyna実行コマンドと、入力ファイルを指定する。

Units per Job : 1job当たりに使用するCPU数
Global Limit : 同時に使用可能なCPU数

LS-OPTでは、以下の標準インタフェースも用意されている。詳細は、LS-OPtマニュアル参照

Parameterタブを開くと、*PARAMETERで設定した変数が取り込まれる。

Hisoriesタブを開いて、節点432と167の変位履歴を設定する。

節点167の加速度をフィルタ処理を施して変数定義（今回はこの変数は使用しない）

Responsesタブ – Injuryを選択

Injury設定画面が表示されるので、HICを選んで以下の設定を行う

MASS設定。設定するが、今回の最適化では使用しない。板厚の変わるパートのみを指定する。

DISP432とDISP167の50ms(Time=0.05)における値を定義

Responses定義終了

操作説明が長くなってきたので、一度ここまでの設定内容を保存しておく。lsoptuiメイン画面でSave

第３回に続く。