ものづくりに HPC を活用するためのツールとケーススタディー

計算 工学ナビ・ニュースレター2017年 春 号

提供 : 理研 AICS、
マツダ ( 株 )特集 ポスト「京」重点課題８

近未来型ものづくりを先導する革新的設計・製造プロセスの開発〜 各サブ課題の状況と今後の展望

大山 聖、坪倉 誠、加藤千幸、山出吉伸、高木亮治、奥田洋司、橋本 学、吉川暢宏

VO L .

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計算工学ナビ

ポスト「京」重点課題８ 近未来型ものづくりを先導する革新的設計・製造プロセスの開発 … サブ課題

A

設計を革新する多目的設計探査・高速計算技術の研究開発

宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所 准教授

大山 聖

上流設計段階で最適なパラメータを迅速に選び、機能の実現・高品質化・コスト最小化を可能とする革新的設計技術群を開発するとともに、これらの技術を統合して設計プラットフォーム基盤を構築する。また、開発技術を多方面に展開し産業競争力強化に貢献できることを実証する。

[1] Byte per FLOP

工業製品の設計にシミュレーションを活適化手法や､ 制約条件が厳しい設計問題でくなるため、計算機の能力を引き出す計算用する場合、設計の上流に適用することがも良質なパレート最適解を得ることができ技術が必要となる。本サブ課題ではシミュ最も効果が大きい。つまり、限られた時間る多目的設計最適化技術を開発し､ JAXAレーションの時間を短縮する技術として、で最良の選択を行い、下流工程での手戻りや産業界が抱える実設計問題に適用して有低 B/F[1] アルゴリズムの開発と時間方向のを低減することにより開発コストを抑える効性を実証することを目的としている｡ パ並列化技術を開発している。低 B/F アル効果が期待されている。たとえば設計に利レート最適解を得るための計算時間を短縮ゴリズムの例として、高い B/F を要求す用するシミュレーション技術の一つとして、するためは､ 必要世代数を削減することにる疎行列ベクトル積を、共通の係数行列に設計変数のパラメータを変えて実行した多着目し､ 新しい多目的進化計算アルゴリズ対して複数の解ベクトルを同時に解くアプ数のシミュレーション結果から、目的の性ムの研究開発を進めている｡ 並行して､ 厳

ローチとし、最内側ループの演算密度を高能を達成する設計パラメータを選び出す技

しい制約条件を持つ多目的設計最適化問題

めることにより B/F 値を下げ、演算性能を術が期待されている。このような計算技術においても良質なパレート最適解を得るこ引き出す方法に取り組んでいる。現時点では Capacity Computing に分類され、信頼とが可能な多目的進化計算アルゴリズムのは FX10で6倍程度の高性能化を達成して性の高い計算を多数実行する必要があり、研究開発を行っている｡ 平成28年度はベーいる。時間方向の並列化は、拡張性に富む非常に高い演算能力を必要とする。

スとなる多目的進化計算アルゴリズムの性Parareal 法を基本としたアルゴリズム開発

サ ブ 課 題 A で は、Capacity Computing

能調査【図1】と、これらのアルゴリズム開を実施している。逐次計算である時間進行の具体例として多目的設計探査技術とそれ発に必要とされる実問題をベースとしたベ計算を複数の時間領域に分割し、各時間領を実現するための高速計算技術、および上ンチマーク問題の作成を行っている｡ 平成

域を独立した初期値問題として解く。各時流設計プラットフォームの研究を実施して29年度は開発されたベンチマーク問題を間領域の最終時刻の値は次の時間領域の初いる。

もとにこれらのアルゴリズム開発を行う計期値と同値のはずであるが、値に食い違い画である｡があるため、この修正計算を反復的に行い、多目的設計探査は多目的設計最適化により最適化問題のパレート最適解を取得し､今後の HPC 計算機は、超並列、メニー収束時に全時間の解が得られる。これまで、その結果を分析することで設計に役立つ情コア、SIMD のキーワードが示すように異拡散方程式に対する評価により、空間並列報を抽出する設計支援技術である｡ ここでなるレベルの並列性により理論演算性能が性能が飽和した後でも10倍近い性能向上

はパレート最適解を得るために必要な計算非常に高くなる。その一方で、メモリかを果たしている。【図2】

時間を1/2～1/10に短縮する多目的設計最ら CPU へのデータ転送帯域は相対的に低Speedup

HV 値 ( 大きいほど良い解が得られている )計算工学ナビ Vol.12

Ns=64
Ns=210Ns=2

Ns=11［図1］テスト問題（6目的 WFG1関数）での進化計算アルゴリズムの比較

Ns=64

Ns=641

評価回数 ( 世代数×集団サイズ )2

Serial-in-timeTime slice=10Time slice=100
Ideal

100

1e+1

1e+2

1e+3

The number of nodes

1e+4［図2］領域分割法と時間並列法を併用したときのスケーラビリティ
Ns は空間方向の並列数、Time slice は時間方向の並列数を示す。逐次計算の並列性能が飽和した後も、時間並列により性能向上が確認できる。

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B

リアルタイム・リアルワールド
自動車統合設計システムの研究開発

神戸大学大学院 システム情報学研究科 教授

坪倉 誠

新素材や新たな動力を用いた次世代自動車を早急にかつ高い品質で実現するためには、実験代替を目的とした既存の CAE による設計手法に対して、より高次元で CAE を活用した設計プロセスの革新が必要である。本課題では、統一的なデータ構造に基づく流体・構造統一解析手法を開発し、HPC 環境を活用することで、精度を損なうことなく解析ランタイムを現状の数十倍に加速すると共に、時々刻々と変化する運転条件を考慮したリアルワールドシミュレーションの実現を目指す。
リアルタイムシミュレーション技術の開発
CAD データからの計算モデル作成時間➡

がボトルネックとなる空力解析について、➡

実験・実測に匹敵する速度で解析が可能なリアルタイムシミュレーション技術を開発する。ここでは階層直交格子と埋め込み境界に基づく格子作成手法を採用し、ポスト京アーキテクチャにチューニングすることで、目標を達成する。開発したシステムの実証解析として、空力多目的最適化等を実施する。

開発 CAD データ

階層直交格子計算モデル

空力解析例 (250億セル )［図1］テスト問題（6目的 WFG1関数）での進化計算アルゴリズムの比較 協力：マツダ（株）
FFR-HPC
CUBE

計算モデル作成 (120時間 )解析 (48時間 )可視化 (50時間 )解析 (120時間 )可視化 (4時間 )計算モデル作成 (10分間 )［図2］非構造格子を用いた既存 HPC シミュレーション（FFR-HPC）との比較

リアルワールドシミュレーション技術の開発
既存のシミュレーションに対して格段に高➡

精度で、かつ、実際の走行状態を考慮した➡

リアルワールドシミュレーション技術を開く流体・構造連成解析手法を適用すること［図3］ホイール回転と前輪舵角変化を考慮したターンする自動車運動・空力連成解析

で、システムの高精度化と信頼性の向上をはかる。開発したシステムの実証解析として、空力高速操安・乗り心地評価や車室内CAE������������������
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総合環境・快適性評価などを実施する。

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格子作成から可視化までのターンアラウ��������������

ンドタイムを抜本的に加速することで、例��������������➡

えばデザイナーとエンジニアが協調してコ統一的連成解析の実現により、空力・熱害、������

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期待される成果ンセプト設計が行えるようになる。また、協力：マツダ（株）

×発する。ここでは、統一データ構造に基づ����������������������������������
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構造・強度、振動・騒音といった開発セクションをまたぐような多目的設計や、設計��������������のより上流側での性能評価が可能となる。

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［図4］ポスト京で実現する革新的設計プロセス

3

計算工学ナビ

ポスト「京」重点課題８ 近未来型ものづくりを先導する革新的設計・製造プロセスの開発 … サブ課題

C

準直接計算技術を活用したターボ機械
設計・評価システムの研究開発

東京大学生産技術研究所
革新的シミュレーション研究センター センター長・教授

加藤 千幸

みずほ情報総研株式会社 サイエンスソリューション部
東京大学生産技術研究所 協力研究員

山出 吉伸

現状の100倍の計算の高速化、ならびに1/100の計算コストの削減を実現し、乱流の準直接計算を全てのターボ機械の性能と信頼性の評価に適用可能にするとともに、準直接計算による多目的最適化を可能にする。同時に、ターボ機械から発生する流体騒音の直接計算、計算の収束性向上、高機能自動メッシュ生成を実現し、ターボ機械用評価・最適設計システムを研究開発し、ポンプ、ファン、水車などの性能や信頼性の評価に適用することにより、開発したシステムの有効性を実証する。
ものづくり現場では製品性能を事前に把ターボ機械、自動車、船舶等の分野に対能および乱流モデルを開発中です。サブ握するため、様々な場面で流体解析が活用し、最大400億グリッド規模の解析が実行

課題 C では FFB の開発と並行して、格子されています。産業界で通常使用される流され、各分野において乱流の準直接計算のボルツマン法（Lattice Boltzmann Method、体解析ツールは乱流をモデル化する時間有用性が実証されました。図1は実証例題

LBM）に基づく流体解析システム FFX を開平均ベースの Reynolds Averaged Navier-とて、遠心送風機から発生する空力騒音予発しています。FFX は九州大学が開発したStokes Simulation（RANS）に基づいてい測の事例を示します。ここでは、50億グ

LBM コードをベースに開発をすすめ、プるため、騒音や振動あるいは複雑な流動をリッド規模の送風機内部流れ解析を含む流ロトタイプが完成しており、現在基礎検証含む乱流の予測には限界があります。サブ体音響連成解析により、空力騒音を精度よ計算を実施中です。図2 は九州大学で開発

課題 C では、乱流中の微小な渦の運動を直く予測できることを確認しました。サブ課

した LBM プロトタイプコードによる2次元接計算することにより乱流の高精度予測を

題Ｃでは、京における実証解析で有用性が翼まわりから発生する空力騒音予測の解析可能とする準直接計算技術をベースとする確認された乱流の準直接計算技術をベース事例です。LBM コードの特長は、計算格

流体解析システム FrontFlow/blue（FFB）に、ターボ機械の設計に資する流体解析シ子作成の容易性、小メモリ容量、高い実行を開発しています。乱流の準直接計算は計ステムを開発するとともに、ここで開発し性能であり、複雑形状を含む製品への適用算コストが高く、大きな計算機パワーが必た技術の実用化を推進しています。

が容易であり、また、数兆グリッド規模の要となりますが、京の活用によりものづく流体解析システムの開発では、既存の流解析が可能になります。これらに FFB でり現場の実製品への適用が可能になりまし

体解析システム FFB の高速化および機能培った乱流の準直接計算技術を組み合わせた。FFB は、京における実証解析として拡充に取り組んでいます。高速化の目標

ることにより、準直接計算により乱流の高は、メモリからキャッシュへの精度予測を実現する LBM コードを開発しロード効率を全ルーチンで理論ます。

［図1］送風機内部流れの準直接計算 (50億グリッド )［図2］LBM コードによる2次元翼まわりから発生する空力騒音の予測

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計算工学ナビ Vol.12値まで向上させるチューニング

これまでに開発した技術およびサブ課により2倍、演算に対するロード

題 C で開発中の技術の実用化は、FFB の主の割合を減らすアルゴリズムの要ターゲットであるターボ機械の分野で加実装により5倍、これらを組み合速します。一般社団法人ターボ機械協会でわせて10倍です。理化学研究所、は、2016年10月1日に HPC 技術のターボ富士通と連携し高速化技術の開機械分野での実用化を目的に「ターボ機械発をすすめ、現段階で主要カーHPC 実用化分科会」（以下、分科会）を設

ネルを対象に約8倍の高速化が確置しました。分科会には国内のターボ機械認されています。今後は、より関連メーカ、大学等の研究機関およびハーピーク性能が高い次世代の計算ドウエア・ソフトウエアベンダを含む36機に移植し更なる高速化を実現

法人が参画しています。分科会にはテーマするため、ポスト京を含む次世ごとにワーキンググループが設置されてお代 の512ビ ッ ト の SIMD（Singleり、圧縮機、ポンプ、ファン、大規模計算

Instruction Multiple Data stream）

技術、水車、キャビテーションおよび騒音演算器を搭載した計算機での高の各テーマにおける HPC 技術の実用化が速動作の技術開発を行っていま産学連携で推進されます。サブ課題 C ではす。機能拡充に関しては、詳細分科会と連携し、開発した技術のターボ機は割愛しますが、圧縮性計算機

械分野における実用化を推進します。

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D

航空機の設計・運用革新を実現する
コア技術の研究開発

宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所 准教授

高木 亮治

航空機の設計および運用における重要な課題を解決し、格段の効率化、高性能化、安全性向上を実現するコア技術を確立する。実機飛行試験など、開発の下流段階でしか評価できない設計課題の評価を設計初期段階で評価可能とする技術の開発、失速特性の高精度予測の実現、非線形飛行力学の導入による航空機の飛行制御技術の抜本的な改善、高度なシミュレーションの活用による高度運航制御モデルの開発などを行う。
本サブ課題では、航空機の設計・開発お自動車周りの流れなどに適用さよび運用・運航における重大な課題を解決れ大きな成果を挙げてきた。そし、格段の高性能化、安全性向上、さらにのためここで開発するプログラ

は利用者サービスとしての質の向上を実現

ム ( 階層型等間隔直交構造格子するコア技術の研究開発を行う。

ベース基盤ソルバー ) は京プロ

設計・開発の課題においては、これまで

ジェクトの際に理化学研究所おは実機試験など開発の下流段階でしか評価よび東京大学生産技術研究所でできなかった設計課題を、設計初期段階で開発されてきた FFV-HC をベー評価可能とするため、実機フライト環境をス に、JAXA お よ び 東 北 大 学 で高忠実度に再現でき、また、高速に解析を開発されてきた圧縮性流体解析実施できる革新的解析プログラムを、「京」技術を導入する形で開発していでの成果をベースとして研究開発する。具る。図1に階層型等間隔直交構

体的には離着陸時および実機詳細形状対応

造格子ベース基盤ソルバーを用の高速・高精度乱流解析技術の研究開発をいて作成した航空機形状まわり行う。そのため階層型等間隔直交構造格子の階層型等間隔直交構造格子を法と目的別壁モデルによる複雑形状の高解示す。

［図1］階層型等間隔直交構造格子ベース基盤ソルバーを用いて作成した航空機形状（NASA CRM 形状）まわりの階層型等間隔直交構造格子

航空機形状データとして STL 形式のデータを与えることで、自動的に階層型等間隔直交構造格子が作成される。

像度 LES 解析技術の研究開発を行い、こ自動車周りの流れに対して、れまで解析できなかったバフェット解析、航空機の実飛行条件での流れは失速特性解析、離着陸時騒音解析等の実現

レイノルズ数が1〜3桁高くなるを目指す。また、運用・運航の課題に関しため、ポスト京を持ってしても、ては、危険な状況下での航空機の安定性・現実的な計算コストで高精度安全性向上のキー技術である失速特性の高LES 解析を実現することは困難

精度予測技術を研究開発し、非線形飛行力である。そのため、レイノルズ学モデルの導入など航空機の飛行制御技術数依存性の少ない境界層の90%の抜本的な改善を目指す。また、現状の航以上を占める外層域の乱流構造を直接 LES開発している LES 壁面モデルの検証例

空機運用の高度化を目指し高度運航制御モで解像し、レイノルズ数依存性の大きい境を示す。高レイノルズ数遷音速バフェット

デルのコア技術として運航制御に必要とな界層の内層域（壁面近傍10% 程度）をモデ（翼型 OAT15A まわりの遷音速流れ、一様る離着陸制限の緩和に向けた空力関連要素

ル化する LES 壁面モデルの開発が不可欠

流マッハ数0.73、レイノルズ数3.0×106）

技術（ダウンウオッシュの予測など）の研である。ここでは LES 壁面モデルとしての解析を行った。LES 壁面モデルを用いた究開発を行う。

直交格子に適した境界埋め込み法向け LES

本解析はレイノルズ数依存性の強い乱流境［図2］LES 壁面モデルを用いた遷音速バフェットの解析例
高レイノルズ数流れの解析が現実的な計算コストで可能となり、遷音速バフェットの発生・維持メカニズムの解明が期待される。

ここで開発する革新的解析プログラムに壁面モデルの開発を行っている。現在、京界層内層域だけをモデル化する。そのためは航空機の全機まわりやランディングギア

コンピュータ上でチューニングされた既存特別なチューニング無しに高レイノルズ数を対象とした非常に大規模な解析を行うこプログラムをベースに LES 壁面モデルの遷音速バフェット現象の再現に成功していとや複雑な形状を取り扱うことが求められ開発・検証を行っているが、開発しているる。と同時に通常の LES と比べ格段に少る。そこで、開発する解析プログラムには階層型等間隔直交構造格子ベース基盤ソルない格子点数、大きな時間刻み幅を利用す大規模解析や複雑形状への対応が容易であバーの開発進展に伴い、確立した LES 壁ることが可能となり現実的な計算コストでる階層型等間隔直交構造格子法を採用し面モデルを順次基盤ソルバーに実装し、航高レイノルズ数流れの解析を実現できた。

た。この手法は京プロジェクトにおいて空機設計評価技術の確立を行う。
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計算工学ナビ・レポートE

ポスト「京」重点課題８ 近未来型ものづくりを先導する革新的設計・製造プロセスの開発 … サブ課題

新材料に対応した高度成形・溶接シミュレータの研究開発

東京大学 新領域創成科学研究科 教授

奥田 洋司

東京大学 新領域創成科学研究科 講師

橋本 学

高度溶接シミュレーション技術を開発し、溶接工程における溶接順序探索および逆ひずみ量推定の高精度化・高速化を行う。平成29年度までの達成目標として、入熱による熱弾塑性解析の計算精度を検証し、数 mm のオーダーの溶融条件を考慮した大規模並列計算性能を検証する。平成31年度までの達成目標として、ターゲット問題における部品規模の溶接解析の計算精度を従来アプリと比較し、開発するアプリの優位性を示す。そして、全体規模の溶接解析結果を実験値と比較し、開発するアプリの予測精度を検証する。
サブ課題 E で解決する社会的な課題は、開発する高度成形・溶生産時間短縮・コストダウンに貢献する加接シミュレータの特徴は、工法「成形法・溶接法」の高度化である。

①これまで利用されてきドイツでは、製造シミュレータによってた「固有ひずみ法」では架空の工場「デジタル工場」を作成し、作なく、熱弾塑性解析によっ業工程やり直しの回避を目指す動きがある。て解析領域全体を計算できること、②自動と溶接の一連の工程を解析可能にする。上

例えば、BMW 社が挙げられる。一方、日車／重機械フレーム全体規模 ( 数 m) の解記①〜③の溶接シミュレータの要素技術開本では、工場の同じラインで同じ製品を大析領域に対して、溶融部での高解像度 ( 数発とともに、溶接を取り巻く一連の製作工量生産するための自動化やロボット化を進μ m) の計算が可能であること、③温度場程 ( 単材加工、鉄構組立、仮付け溶接、本めてきた経緯があり、すり合わせや作り込( 熱伝導 ) と変位場 ( 弾塑性クリープ変形 )溶接 ) を計算できるようにして、製作工程のみなどのアナログな部分が大きい工程があの強連成解析が可能であることである。数総合的な予測に対する高精度化と高速化をる。特に、溶接工程では、熟練工によるトm 規模の解析領域に対して、数μm の解像実現する。

ライアル & エラーに頼る部分が多く、CAEに必要な要素数は、数千億〜数兆要素 (メッを十分に適用できていない傾向がある。

シュの粗密あり) になると考えられる。

陽的な自由度消去法+前処理+反復法

反復法線形ソルバー［図1］アセンブリ構造の大規模接触問題が解析可能な並列反復法

アプリケーションの利用フェーズでは、サブ課題 E を実施する東京大学を中核機関

サブ課題 E では、溶接工程における溶接

高度成形・溶接シミュレータの開発項目は、として、民間協力機関のプレス成形分野や順序探索／逆ひずみ量推定の高速化と高精①アセンブリ構造の大規模接触問題が解析

溶接分野の材料・加工・製品製造セクショ度化を行うため、オープンソース並列有限可能な並列反復法 ( 図1参照 )、②大規模熱ンと連携する。また、開発されたアプリケー

要素解析ソフト「FrontISTR (フロント・アイ

構造強連成解析手法 ( 熱伝導・弾塑性クリーションは、他分野や他プロジェクトとの連スター) 」をベースとした高度溶接シミュレー

プ変形 ) ( 図2と図3参照 )、③プレス成形の携にも展開する。さらに、サブ課題 F とサション技術を研究開発する。そして、高度スプリングバックを考慮した溶接解析である。

ブ課題間の連携を行い、熱可塑樹脂接触大溶接シミュレーション技術を現場へ導入し、高度成形・溶接シミュレータ専用のプリポス

変形 / 温度連成解析手法のコード検証およ

生 産時間短 縮やコストダウンだけでなく、トを利用して、一つのシステムでプレス成形び精度検証を行う。

熟練工によるトライアル & エラー依存からの脱却や新材料に対応した溶接法の開発のように「ものづくり基盤」の高度化につなげる。
サブ課題 E のターゲット問題は、①ジブクライミングクレーンのマスト全体規模の永久変形予測、②ラダーフレーム／サスペンションメンバ全体規模の永久変形予測である。ジブクライミングクレーンの溶接では、

von Mises 応力の分布

温度の分布［図2］試験片の溶接シミュレーション ( 熱構造連成解析の例 )本溶接を行うときの「熱反りによって生じる溶接隙間量を小さくできる溶接順序」を高速かつ高精度に探し出すことが重要とな④る。また、ラダーフレームの溶接では、「溶接解析ソフトを使用して逆ひずみ量を検討③①②するのに要する時間 (40日 )」を短縮化 (10分〜20分程度 ) することが重要となる。
6

計算工学ナビ Vol.12［図3］溶接順序②→③→①→④に対する von Mises 応力の分布 ( 熱構造連成解析の例 )ポスト「京」重点課題８ 近未来型ものづくりを先導する革新的設計・製造プロセスの開発 … サブ課題

F

マルチスケール熱可塑CFRP 成形シミュレータの研究開発

東京大学生産技術研究所 教授

吉川 暢宏

ジェットエンジンのファンブレードや自動車ボディの抜本的な軽量化を実現するために、成形性の高い熱可塑 CFRP（炭素繊維強化プラスチック）の活用に期待が集まっている。炭素繊維のミクロ構造にまで考慮した高度な最適設計が求められているが、現状では加熱成形後の繊維配置を正確に予測する手法がないため、正確な強度評価すらできていない。この状況から脱却するため、CFRTP（炭素繊維強化熱可塑プラスチック）製部品の成形プロセスを正確にシミュレーションできるソフトウェアを開発する。
研究の背景と目的

ミュレーションについては部材レベルで、自動車や航空機の軽量化と生産性向上それぞれ実体との照合を行い、開発したシのために熱可塑 CFRP 材料の活用が期待さミュレータの精度向上を図る。

れている。熱可塑 CFRP は、成形速度が速a. ミクロスケール熱可塑成形シミュレー

い、生産コストが安い、リサイクル可能でタの開発

開発状況および実施計画
本年度までの開発状況および来年度の実施計画を記す。
平成28年度の成果あるという利点を有している一方で、成形炭素繊維と樹脂を区分したミクロモデル

ミクロスケール熱可塑 CFRP 成形シミュ

時に形状不整や内部欠陥が発生しやすく、設定を機軸として、熱可塑性樹脂の温度依

レ ー タ を 開 発 し、 熱 可 塑 性 樹脂の温度、製品機能を保証するための製造管理が難し存材料特性モデルを組み込む。開発にあ結晶化度依存材料特性のモデル化を実施い。本研究開発では、熱可塑 CFRP 部材成

たってはサブ課題 E と連携し、温度と接触した。開発モデルを用いて行った熱可塑形時の形状変化および内部欠陥の発生を高大変形の連成解析機能も導入する。

CFRP 材料の成形シミュレーション例を図精度に予測可能なシミュレーションプログ

b. マルチスケール展開によるマクロスケー２に示す。図中には温度および結晶化によラムを作成する。形状と内部欠陥が予測でル熱可塑モデルの開発

る樹脂の体積収縮に起因する残留ひずみと、きれば、部材強度評価の精度も向上し、実開発したミクロスケール熱可塑成形シ機の試作と破壊を繰り返す試行錯誤的設計

ミュレータを「京」上で運用し、樹脂の温に陥っている現状の改善が期待される。さ

度依存性を考慮した直交異方性連続体としらには形状精度と強度を確保するための温てのマクロモデルの材料パラメータを決定

度管理と型形状を探索する製造の高度化もする。

レータ開発のため以下の項目を実施する。

推進されると期待される。

c. マクロスケール熱可塑成形シミュレー①プリプレグシート単位の直交異方性連続タの開発

体モデル化

開発内容

①初期プリプレグシート積層構成を正確

繊維軸方向の圧縮応力を示してある。
平成29年度の実施計画
マクロスケール熱可塑 CFRP 成形シミュ②ミクロスケールモデルシミュレーション

開発する成形シミュレーションシステムに有限要素モデル化するメッシャーを開発

によるマクロ材料パラメータ決定のマルチスケール構成を図1に示す。下記

した上で、②直交異方性連続体マクロス③ジェットエンジンファンブレードを模擬

a ～ c の開発項目を順次進めていき、ミクケールモデルによる接触大変形問題と熱伝した試験体の予備解析

ロスケール成形シミュレーションについて導問題を強連成問題として解く成形シミュ

は試験片レベルで、マクロスケール成形シレータを開発する。

ミクロスケール熱可塑 CFRP 成形解析プログラム

樹脂と繊維を区分したミクロモデル
熱可塑樹脂の温度、結晶化度依存材料特性モデル← FrontCOMP_cure 改良
温度と接触大変形の連成解析←サブ課題 Eとの連携試験片成形の解析による Validation｝➡

試験片から実部品へのマルチスケール展開

マクロスケール熱可塑 CFRP 成形解析プログラム

熱可塑樹脂の温度、結晶化度依存材料特性モデル｝

主要機能継承温度と接触大変形の連成解析
プリプレグシート単位の直交異方性連続体モデル化 (プリプレグシート積層モデラー)
ミクロスケールモデルシミュレーションによるマクロ材料パラメータ決定
ジェットエンジンファンブレードを模擬した試験体の予備解析［図1］マルチスケール熱可塑 CFRP 成形シミュレータ［図2］CFRTP の成形後残留ひずみ予測シミュレーション
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今号の表紙フルスケール自動車周りの空力解析例

理研 AICS で開発した階層直交格子に基づく統一的流体・構造解法ソルバ
CUBE を用いたフルスケール自動車周りの空力解析例。実際の開発に用いられている CAD データからデータ修正無しに１時間以内に数百億セル規模の格子を自動作成し、流体解析ができる。
神戸大学 坪倉 誠

編集後記

前号に続き、ポスト京のアプリケーション開発に関する特集です。この号では、重点課題８の各サブ課題について研究開発の状況をまとめました。
公式サイト (http://www.ciss.iis.u-tokyo.ac.jp/postK/) の情報も併せてご覧ください。(F)計算工学ナビ オフィシャルサイト

本誌の PDF 版やソフトウェアライブラリ、ニュースなどのコンテンツを提供している Web サイトは下記の URL からアクセスできます

http://www.cenav.org/

計算工学ナビ Vol.12
発行日： 2017年3月17日
発

行： 東京大学生産技術研究所
革新的シミュレーション研究センター〒153-8505 東京都目黒区駒場4-6-1
office@ciss.iis.u-tokyo.ac.jp