JSCES不確かさのモデリング・シミュレーション法に関する研究会（第3回会合）日本計算工学会学会標準解説(2) S-HQC001:2014(続)&002:2015 2015年11月13日慶應義塾大学理工学部機械工学科高野 直樹naoki@mech.keio.ac.jp
前回資料
日本計算工学会(JSCES)学会標準
S-HQC001:2011  → S-HQC001:2014(第2版) 「エ学シミュレーションの品質マネジメント」 Quality Management of Engineering Simulation S-HQC002:2011  → S-HQC002:2015(第2版) 「エ学シミュレーションの標準手順」 A Model Procedure for Engineering Simulation S-HQC003:2015 「学会標準(HQC001&002)事例集」 The Application Examples for Quality Management of Engineering Simulation (HQC001) & A Model Procedure For Engineering Simulation (HQC002)前回資料
発生日時: 1991年8月23日場所:北海の大規模天然ガス生産地Sleipner Field 1. SINTEF, "Sleipner A GBS Loss Report 16 Quality Assurance", STF38 A97428, 1997. 2. M. P. Collins, F. J. Vecchio, R. G. Selby, and P. R. Gupta, "The failure of an offshore platform", Concrete International, pp. 29-35, 1997. 3. B. Jakobsen and F. Rosendahl, "The Sleipner platform accident", Structural Engineering International, Vol. 3, pp. 190-193, 1994.
訪回資料
海上石油プラットフォームの崩壊事故(2)
海上石油プラットフォームの基礎が崩壊,沈没した. . • FEM解析で発生する応力を低く見積もってしまった.損失額:7億ドル. Tricellの壁が水圧(水深65 m)に耐え前回資料
海上石油プラットフォームの崩壊事故(3)
使用ソフトNASTRAN .要素種類8節点ソリッド要素、ただし.縮退したプリズム要素も併用・事故後の検証実験で破壊モードが再現された•せん断応力を実際の47％と見積ってしまった訂回資料
海上石油プラットフォームの崩壊事故(4)
補強部材の設計図面専中高送部分の最終的Documentation結果の報告
節回資料海上石油プラットフォームの崩壊事故(5)
.補強部材の設計会社(Company B)はプリズム要素の精度の悪さの可能性を指摘したが、Tricell含む一部にはプリズム要素が残った。 • Company Aでは,荷重のつりあい、支持反力、いつかの注目部位の変形、に関してチェックが行われたが、Tricellに注意が向けられることはなかった。 • Company Bでも、各断面に発生する力を計算、応力集中は周辺の要素の値から外挿して求め、適切なプロセスに基づき、補強部材の設定が行われたが、Tricellのプリズム要素には注意が払われなかった。 • Company Cでは、プリズム要素による精度低下の指摘はなく、別プログラムでシェル要素を用いた解析は簡易なモデルで局部の応力集中の検証にはいたらなかった。また、検証にかけられる時間と予算は限られていた。 •事故後の実験検証にかかった費用•労力は約4倍。
節回資料品質保証とV&Vの体制確立の必要性(1)
人材の力量|と|体制(マネジメント) ◆数名の経験豊富な技術者だけがFEM解析するなら大きな問題は起こりにくいが、多人数の多様な熟練度の社員がかかわる場合や、外注を用いる場合の品質保証をどうするか？ ◆レビューの必要性プロ野球のエース投手でも失投はあるダブルチェック、トリプルチェックうっかりミス、思い込み◆人材の力量を体制(マネジメントシステム)でカバー前回資料
品質保証とV&Vの体制確立の必要性(2)
人材の力量｜と｜体制（マネジメント） ▶過去の解析例を生かす非常に手間・時間→コストがかかる文書化失敗例を残すのは難しい（心理的にもすぐに直して正しい結果が欲しくなる）膨大なデータ管理PDMS（プロセスデータマネージメントシステム） ◆コスト文書化、レビューはコストがかかる実験検証は非常にコストがかかるリスク(万が一の時のコスト)前回資料
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S-HQC001:2014
◆用語
シミュレーション(Simulation)シミュレーションとは、数値シミュレーションを意味する。現象を記述するモデルを作成し、このモデルから数値計算モデルを作成し、数値計算モデルにより自然現象の挙動を計算することを数値シミュレーションという。工学シミュレーション(Engineering simulation)エ学シミュレーションとは、問題の記述、シミュレーション、結果の工学的な解釈、のすべてのプロセスをいう。本書では工学シミュレーションをシミュレーションと呼ぶ。 ・シミュレーションのプロセスの例を附属書Aに示す。補送

◆用語
シミュレーションツール(Simulation tools)シミュレーションツールとは、シミュレーションソフトウェアとコンピュータのハードウェアをいう。シミュレーションの実施にコンサルタントや請負業者が不可欠の場合は、これらもシミュレーションツールに含まれる。供給者（Supplier）供給者とは、シミュレーションツール（シミュレーションを実施する際に使用する、シミュレーションソフトウェア、コンピュータのハードウェア、コンサルタントと請負業者）の供給者をいう。
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◆用語
製品(Product)製品とは、シミュレーション結果、シミュレーション結果の解釈、報告及び契約で明確にされる納品物を含めた、工学シミュレーションの結果をいう。組織(Organization)組織とは、工学的用途の工学的評価において、計算手法を採用して工学シミュレーションを実施することに責任を持つ部門をいう。解析者（Analyst）解析者とは、要求事項に応じてシミュレーションする問題を記述し、データの準備、シミュレーションの設計と実施に責任を持つ要員をいう。補送
◆用語工学的用途(Engineering application)工学的用途とは、シミュレーションの対象物をいう。既に存在している場合もあるし、これから作られる場合もある。用途の種類(Application type)用途の種類とは、工学的用途の種類をいう。例えば、原子カプラント、航空機、橋梁など。工学的評価(Engineering assessment)工学的評価とは、許容範囲内で工学的用途の安全性や機能的な信頼性を示すプロセスをいう。補送
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◆用語シミュレーションの種類(Simulation type)シミュレーションの種類とは、シミュレーションと関係した解析方法の種類をいう。例えば、音響解析、流体解析、熱解析、構造解析。計算手法(Computational method)計算手法とは、シミュレーションに採用される数値計算的な技法である。数値的近似(Numerical approximation)数値的近似とは、数値計算のための数学（数理）モデルの離散的近似をいう。補送
◆用語問題の理想化(Problem idealization)問題の理想化とは、工学的問題を概念的な数学（数理）モデルとして表現するプロセスをいう。結果の解釈(Results interpretation)結果の解釈とは、工学的な観点からシミュレーションの結果を解釈することをいう。重要性の区分(Category of importance)重要性の区分とは、シミュレーションの重要性の区分をいう。これは、工学的用途の評価における工学シミュレーションの重要性及び工学的用途の破損を人間の生命に対するリスクと機能不全のコストという観点から見た場合の重要性の両方から決まる。
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◆用語
検証(Verification)検証とは、客観的な証拠を提示することによって、規定要求事項が許容範囲内で満たされていることを確認することをいう。例えば、ソフトウェアの検証は、シミュレーションソフトウェアが正しい理論的基礎を有し、定義された機能的仕様を満たしていることを実証することが要求される。シミュレーションの検証は、シミュレーションのデータが正しく作成され入力されて計算が適切に実行されていることを確認することが要求される。補送
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◆用語
妥当性確認（Validation）妥当性確認とは、すべての検証が完了し、また、意図された用途又はシミュレーションの適用に関する要求事項が許容範囲内で満たされていることを確認することをいう。シミュレーションの妥当性確認の範囲には、問題の理想化、データ、数値的近似及び結果の解釈が含まれる。
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◆用語
参照解析(Reference simulation)参照解析とは、既存の工学的対象の、目的に適したシミュレーション結果であることが独立した手段で確認できるシミュレーションである。このようなシミュレーションは、シミュレーションソフトウェアの実行だけでなく、すべての適切なシミュレーションプロセス、例えば、問題の理想化、数値近似、結果の解釈に適用できる。参照解析は、同様の状態にある類似の工学的用途に対しては、シミュレーション手順の適格性確認に使用できる。補定
◆用語適格性確認(Qualification)適格性確認とは、規定要求事項を満たす能力があることを証明することをいう。適格性確認の適用範囲(Scope of Qualification)適格性確認の適用範囲とは、文書化され、適格性確認された手順又はプロセスの適用性の範囲のことをいう。適格性確認の適用範囲は次のものを考慮して定義しなければならない。 ①エ学的用途の種類、②解析方法のプロセス、③使用されるソフトウェア、④適格性確認の適用範囲の基礎となっている参照解析に関係し、手順又はプロセスの適用可能性に影響を及ぼす①～③以外の要因。
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◆用語適格性確認されたプロセス(Qualified process)適格性確認されたプロセスとは、規定要求事項を満たす能力があることが証明されたプロセスをいう。適格性確認された手順(Qualified procedure)適格性確認された手順とは、参照解析又は類似の工学的用途で同じ手順を採用し妥当性が確認されている複数のシミュレーションにより適格性が確認された手順をいう。適格性確認された手順には、シミュレーションにおける、問題の理想化、シミュレーションソフトウェアの実行、結果の工学的な解釈が含まれる。適格性確認された手順はルーチンのシミュレーション業務（定型的なシミュレーション業務）を意図したものである。補送

◆用語
手順の適格性確認(Procedure qualfication)手順の適格性確認とは、解析者により管理されたソフトウェアの実行を含むすべての文書化した手順が、工学的用途の重要性や目的に対して適切なものであることを証明することをいう。
1.序論

S-HQC002:2015

6.まとめ
付録

S-HQC002:2015
(1)契約内容の確認(2)業務範囲の明確化とレビュー (3)実行計画書の作成(4)解析計画書の作成及びレビュー (5)解析モデルの作成及び計算実行1)形状モデルの作成2)メッシュの作成3)入力データの設定4)事前検証5)計算の実行6)後処理(6)解析の検証(7)解析の妥当性確認とレビュー → -(8)図化処理(9)報告書作成(10)最終報告・納品(11)データの保管
解析の検証と妥当性確認の方法
事前検証と本計算の結果の検証結果を併せて、計画した解析が正しく行われたことを確認する。
確認した上で、問題の理想化及び解析結果が、顧客

S-HQC002:2015

3.解析の妥当性確認(つづき)解析結果の妥当性確認には、・・、何等かの独立した手法の結果と比較することを要求する。・・独立した手法としては、工学式、理論解などを用いた手計算、参照解析結果、代替計算及び実験などがある。
化することの妥当性を評価するために、ソリッド要素による部分モデルあるいは全体モデルによる計算を行って比較するなどの方法である。
解析の検証と妥当性確認の方法4.解析プロセスの妥当性確認解析業務が、適格性確認（認定）された解析手順に従って正しく実施されたことを確認することによって、解析の品質を管理する方法である。解析の検証と妥当性確認(V&V)と、解析プロセスの妥当性確認による品質管理を並行して行い、後者は前者を支援するとともに、簡素化が可能となる。
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-解析計画の再確認検証過程の再確認理想化(モデル化)の適切性の確認独立した手法の結果
S-HQC002:2015
妥当性確認の手順と論証材料の取得1)解析計画の再確認2)検証過程の再確認3)理想化(モデル化)の適切性の確認•基礎的解析モデルによる予備計算（見通し計算） •感度解析あるいは上下界評価•階層的モデリング•格子収束性試験やアダプティブ法4)独立した手法の結果との比較(外部的な論証材料) •工学式、理論解などによる手計算結果•参照解析•代替解析・実験あるいは実機（製品）の応用
線形or非線形、静的or動的、微小変形or大変形、等の解析種類の選択は解くべき偏微分方程式の選択である要素選択[仮定を含む]基本は3Dソリッド要素であり、変位場の仮定により、はり要素などの構造要素が選択されるl形状＝解析対象＝偏微分方程式が成立する領域[仮定を含む]細かな穴を省略する、等の形状のモデル化は数理モデル化の範囲に含める■材料特性＝構成式[仮定を含む] ■拘束条件(強制変位、接触条件) [仮定を含む] ⇒ Validation (妥当性確認)するのは数理モデル化の際の仮定
COMSOLによる片持はりの曲げ解析
Equations 0 = V S = Sad + C : Eel, Eel = E - Einel Sad = So + Sext + Sq Einel = Eo + Eth + Ehs + Epl + Ecr

COMSOLによるFSI解析
グリーン・ラグランジュひずみE u = 2( ∂x , ou」+ c.
 ∂u j + ∂u k  ∂u k
∂x j   ∂x j ∂x j F:変形勾配テンソルF = dx = dX + du = I + du dX dX dX Equations :Y.:q,=Fv, σ=J~FSF, F=(I+Vusolid), J=det(F) S- So= C : (E - Eo - Einel) ε = ⇒ (Vu 3olid) T + Vu 3olid + (Vu 3olid) Vu 3olid] S :第2Piola-Kirchhoff応力σ:コーシー応力大変形2.4.1材料(固体)
2.3.6流体－固体界面境界Equations Ufluid = Uw uw = ∂∪ solid , Uw = fsi.vWall ... Y.[…x