RD-E：2203 着水 - マルチドメイン

マルチドメイン法をALEおよびSPH流体-構造連成（FSI）着水問題に適用し、計算の高速化、精度、使いやすさについて検討されています。

使用されるオプションとキーワード

入力ファイル

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モデル概要

単位： mm, ms, KN, GPa, kg

マルチドメイン法は、大規模なRadiossモデルの計算パフォーマンスをある規準に合うように最適化するのに使用されます。これらのモデルは、明確に定義されたインターフェース / 結合を持つ異なるサブドメインに細分化が可能で、それらの異なるサブドメインは、異なるメッシュサイズによりモデル化されるため、設定する最小時間ステップが大きく異なることになります。RD-E：2201 ALE および RD-E：2202 SPH 着水モデルを使用してマルチドメイン設定の概要を説明します。Lagrangianの衝突三角柱オブジェクトと流体間で時間ステップの差を与えるため、三角柱の剛体を更新して三角柱の上側のエッジのみが剛体で、残りを変形体に設定します。この結果、Lagrangian構造の時間ステップが少なくなります。

マルチドメイン（単一入力フォーマット）モデリングの方法

マルチドメイン解析のセットアップには、単一ドメインモデルに対して以下の修正が必要です。
  1. Starterで、サブドメインの定義に/SUBDOMAINを使用します。
    この例題では、パートID 19がサブドメインとして定義されます。
    図 1.


    注: subdomain_title “prism_subdomain” は、サブドメインEngine名prism_subdomain_0001.radの接頭辞になります。
    図 2. マルチドメインアプローチにおけるドメインの説明

    ex_22-3_sph_ale
  2. 2つのEngineファイルをセットアップします：
    • 1つ目のEngineファイル（メインドメイン）：
      • 単一ドメインモデルのEngineファイルに、/RAD2RAD/ONキーワードを追加します。
    • 2つ目のEngineファイル（サブドメイン）：
      • 単一ドメインシミュレーションから Engine ファイルをコピーし、Engine ファイルの接頭辞が /SUBDOMAIN Starter オプションのタイトルと一致するように、ファイル名を変更します。

        この例では、サブドメインEngineをprism_subdomain_0001.radとします。

      • /RAD2RAD/ONキーワードを追加します。
      • /RUNの実行名を更新し、サブドメインEngineファイルの接頭辞と一致するようにします。/RUN/prism_subdomain/1.
      • Lagrangeパート（part ID 19）のタイムステップコントロールを定義。

        この場合、/DT/NODAが使用されます。

結果

マルチドメインモデルでは変形可能な三角柱を使用したため、結果を、RD-E：2201 ALE および RD-E：2202 SPH着水モデルの結果と直接比較することはできません。そのため、マルチドメインモデルを単一ドメインとして再実行し、比較のための結果を得ました。

加速度の結果は、CFC 60（-3db）フィルターを使用してフィルタリングされ、その後、単一ドメインとマルチドメインモデルの間で比較されました。
図 3. 単一ドメインとマルチドメインの比較

ex_22-3_acceleration_comparison
マルチドメインでの時間ステップは、単一ドメインと比べて大きくなっています。
  • 時間ステップ
    図 4. 単一ドメインとマルチドメインの比較

    ex_22-3_time_step_comparison

理論的な速度上昇 α MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqySdegaaa@3792@ の定式化：

α= T Mono T Multi = N e Fluid ⋅ C Fluid ⋅N c Struct +N e Struct ⋅ C Struct ⋅N c Struct N e Fluid ⋅ C Fluid ⋅N c Fluid +N e Struct ⋅ C Struct ⋅N c Struct MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbbG8FasPYRqj0=yi0dXdbba9pGe9xq=JbbG8A8frFve9 Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaaqaaaaaaaaa Wdbiaabg7acqGH9aqpdaWcaaWdaeaapeGaamiva8aadaWgaaWcbaWd biaad2eacaWGVbGaamOBaiaad+gaa8aabeaaaOqaa8qacaWGubWdam aaBaaaleaapeGaamytaiaadwhacaWGSbGaamiDaiaadMgaa8aabeaa aaGcpeGaeyypa0ZaaSaaa8aabaWdbiaad6eacaWGLbWdamaaBaaale aapeGaamOraiaadYgacaWG1bGaamyAaiaadsgaa8aabeaak8qacqGH flY1caWGdbWdamaaBaaaleaapeGaamOraiaadYgacaWG1bGaamyAai aadsgaa8aabeaak8qacqGHflY1caWGobGaam4ya8aadaWgaaWcbaWd biaadofacaWG0bGaamOCaiaadwhacaWGJbGaamiDaaWdaeqaaOWdbi abgUcaRiaad6eacaWGLbWdamaaBaaaleaapeGaam4uaiaadshacaWG YbGaamyDaiaadogacaWG0baapaqabaGcpeGaeyyXICTaam4qa8aada WgaaWcbaWdbiaadofacaWG0bGaamOCaiaadwhacaWGJbGaamiDaaWd aeqaaOWdbiabgwSixlaad6eacaWGJbWdamaaBaaaleaapeGaam4uai aadshacaWGYbGaamyDaiaadogacaWG0baapaqabaaakeaapeGaamOt aiaadwgapaWaaSbaaSqaa8qacaWGgbGaamiBaiaadwhacaWGPbGaam izaaWdaeqaaOWdbiabgwSixlaadoeapaWaaSbaaSqaa8qacaWGgbGa amiBaiaadwhacaWGPbGaamizaaWdaeqaaOWdbiabgwSixlaad6eaca WGJbWdamaaBaaaleaapeGaamOraiaadYgacaWG1bGaamyAaiaadsga a8aabeaak8qacqGHRaWkcaWGobGaamyza8aadaWgaaWcbaWdbiaado facaWG0bGaamOCaiaadwhacaWGJbGaamiDaaWdaeqaaOWdbiabgwSi xlaadoeapaWaaSbaaSqaa8qacaWGtbGaamiDaiaadkhacaWG1bGaam 4yaiaadshaa8aabeaak8qacqGHflY1caWGobGaam4ya8aadaWgaaWc baWdbiaadofacaWG0bGaamOCaiaadwhacaWGJbGaamiDaaWdaeqaaa aaaaa@ADAB@

速度上昇 α MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqySdegaaa@3792@ は以下のファクターで定式化することも可能です：
  • 相対的な要素数：
    ψ = N e S t r u c t N e S t r u c t + N e F l u i d MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY=biLkVcLq=JHqpepeea0=as0Fb9pgeaYRXxe9vr0=vr 0=vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaabaaaaaaaaape GaeqiYdKNaeyypa0ZaaSaaa8aabaWdbiaad6eacaWGLbWdamaaBaaa leaapeGaam4uaiaadshacaWGYbGaamyDaiaadogacaWG0baapaqaba aakeaapeGaamOtaiaadwgapaWaaSbaaSqaa8qacaWGtbGaamiDaiaa dkhacaWG1bGaam4yaiaadshaa8aabeaak8qacqGHRaWkcaWGobGaam yza8aadaWgaaWcbaWdbiaadAeacaWGSbGaamyDaiaadMgacaWGKbaa paqabaaaaaaa@503D@
  • 相対的な時間ステップ（相対的なサイクル数）：
    γ = d t S t r u c t d t F l u i d = N c F l u i d N c S t r u c t MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY=biLkVcLq=JHqpepeea0=as0Fb9pgeaYRXxe9vr0=vr 0=vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaabaaaaaaaaape Gaae4Sdiabg2da9maalaaapaqaa8qacaWGKbGaamiDa8aadaWgaaWc baWdbiaadofacaWG0bGaamOCaiaadwhacaWGJbGaamiDaaWdaeqaaa GcbaWdbiaadsgacaWG0bWdamaaBaaaleaapeGaamOraiaadYgacaWG 1bGaamyAaiaadsgaa8aabeaaaaGcpeGaeyypa0ZaaSaaa8aabaWdbi aad6eacaWGJbWdamaaBaaaleaapeGaamOraiaadYgacaWG1bGaamyA aiaadsgaa8aabeaaaOqaa8qacaWGobGaam4ya8aadaWgaaWcbaWdbi aadofacaWG0bGaamOCaiaadwhacaWGJbGaamiDaaWdaeqaaaaaaaa@56FF@

    d t は時間ステップです。

  • 相対的なサイクル毎のコスト：
    ξ = C F l u i d C S t r u c t MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY=biLkVcLq=JHqpepeea0=as0Fb9pgeaYRXxe9vr0=vr 0=vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaabaaaaaaaaape GaeqOVdGNaeyypa0ZaaSaaa8aabaWdbiaadoeapaWaaSbaaSqaa8qa caWGgbGaamiBaiaadwhacaWGPbGaamizaaWdaeqaaaGcbaWdbiaado eapaWaaSbaaSqaa8qacaWGtbGaamiDaiaadkhacaWG1bGaam4yaiaa dshaa8aabeaaaaaaaa@4592@
    Lagrangeシェル
    = 1
    Lagrangeソリッド
    = 3
    ALEソリッド
    = 6
    SPHセル
    = 15

    速度上昇 α MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqySdegaaa@3792@ は次のようになります。

    α= ξ+( 1−ξ )⋅ψ ξ⋅γ+( 1−ξ⋅γ )⋅ψ = elapsed  time   in   MonoDomain elapsed  time    in   MultiDomain MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbbG8FasPYRqj0=yi0dXdbba9pGe9xq=JbbG8A8frFve9 Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaaqaaaaaaaaa Wdbiaabg7acqGH9aqpdaWcaaWdaeaapeGaeqOVdGNaey4kaSYaaeWa a8aabaWdbiaaigdacqGHsislcqaH+oaEaiaawIcacaGLPaaacqGHfl Y1cqaHipqEa8aabaWdbiabe67a4jabgwSixlabeo7aNjabgUcaRmaa bmaapaqaa8qacaaIXaGaeyOeI0IaeqOVdGNaeyyXICTaeq4SdCgaca GLOaGaayzkaaGaeyyXICTaeqiYdKhaaiabg2da9maalaaapaqaa8qa caWGLbGaamiBaiaadggacaWGWbGaam4CaiaadwgacaWGKbGaaGPaVx aabeqabeaaaeaaaaGaamiDaiaadMgacaWGTbGaamyzaiaaykW7caaM c8EbaeqabeqaaaqaaaaacaWGPbGaamOBaiaaykW7faqabeqabaaaba aaaiaaykW7caWGnbGaam4Baiaad6gacaWGVbGaamiraiaad+gacaWG TbGaamyyaiaadMgacaWGUbaapaqaa8qacaWGLbGaamiBaiaadggaca WGWbGaam4CaiaadwgacaWGKbGaaGPaVxaabeqabeaaaeaaaaGaamiD aiaadMgacaWGTbGaamyzauaabeqabeaaaeaacaaMc8oaaiaaykW7ca WGPbGaamOBaiaaykW7faqabeqabaaabaaaaiaaykW7caWGnbGaamyD aiaadYgacaWG0bGaamyAaiaadseacaWGVbGaamyBaiaadggacaWGPb GaamOBaaaaaaa@9516@

  • 経過時間：
    図 5. ALE着水

    ex_22-3_elapsed_ale
    図 6. SPH着水

    ex_22-3_elapsed_sph

マルチドメインFSIの速度上昇は、シミュレーションで使用されるコアの数に応じて、単一ドメインのそれの6～9倍になります。

まとめ

  • ALEまたはSPHを使用するマルチドメインの場合は、流体と構造との間の接触インターフェースを最小化する必要はありません。
  • マルチドメインFSIの場合、メインドメインの流体、およびスケーリングファクターが0.5の要素自由時間ステップ（ALEの場合）を持つ定義された/DT/ALEを使用することを推奨します。Lagrangeサブドメインでは、スケーリングファクターが0.9の節点時間ステップ/DT/NODAを使用する必要があります。
  • Lagrangeパートをタイド接触インターフェースTYPE2を用いて構築した場合、Spotflag = 27を使用して運動条件定式化からペナルティ定式化に切り替えると解析計算時の短縮が図られます。