こんにちは（@t_kun_kamakiri
Altairのサイト にこれまで商用利用としていたRadiossを2022年9月からオープンソース化するという内容の記事が投稿されていました。
今回解説するのはこちらの熱源が移動する解析
Altairの例題集は大変参考になります。本記事では、できるだけテキスト編集をメインにOpenRadiossの基本的な設定を解説します。
WSL2
解析設定の手順
解析設定にはStarterファイルとEngineファイルの作成が必要です。
001thermal_0000.rad：Starter ファイル（解析設定ファイル）
001thermal_0001.rad：Engine ファイル（解析制御と出力設定ファイル）
モデル作成
モデル作成はCADソフトを使います。
FreeCADはその名の通りCADソフトですが、メッシャーもついており出力形式もSTEP、igs、stlなど他のソフトでも読み込める形式で出力が可能です。
Salome-mecaは、shaperというCAD機能もありますしメッシャーもあり、メッシュ生成後に節点を接合したり修正したり非常に多くの機能があります。FreeCADと同じように様々な出力形式に対応しています。
Fusion360は、個人的に使ったことないのでホームページを見てください_(._.)_
今回はFreeCADを採用してモデルだけを作成してSTEPファイルをとして出力することを考えます。
作成するモデルは以下の寸法の100×100の正方形の面と、5×5の正方形の面です。
FreeCADを起動してX-Y平面にスケッチを開始します。
メッシュ作成
続いてメッシュ作成に移ります。Gmsh を使います。
Gmshを使う理由はOpenRadiossの形式として出力に対応しているからです。
先ほど出力したSTEPファイルをGmshで読み込んで、グループを作ります。
Gmshから出力したファイルを確認すると以下のようになっています。
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#RADIOSS STARTER
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
# Created by Gmsh, Radioss Mesh Interface by PaulAltair sharp@altair.com
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ BEGIN
D : \ OpenRadioss \ work \ 001_example \ radioss \ 100_thermal \ model
2022 0
Mg mm s
Mg mm s
/ NODE
1 - 50 50 0
2 - 50 - 50 0
（省略）
/ SHELL / 2000001
#SET_ELEMENT=PhysicalSurface11
1 1 26 89 5
2 26 37 90 89
3 37 36 91 90
（省略）
/ SHELL / 2000002
#SET_ELEMENT=PhysicalSurface22
605 530 539 554 534
606 539 542 555 554
（省略）
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ GRNOD / NODE / 1
#title
under_plate
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
2 1 3 4 9 8 15 10
5 47 48 49 50 51 6 53
（省略）
/ GRNOD / NODE / 2
#title
thermal_plate
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
531 530 533 532 540 541 536 535
534 539 544 545 546 549 550 551
（省略）
/ END
「/GRNOD/NODE」の節点グループは後ほど拘束条件や接触条件に使います。
節点と要素
モデルはメッシュという要素に分割されて作られています。
今回は扱うモデルは厚みのないシェル要素で、下の絵のように要素は3つもしくは4つの節点から構成されています。
節点は節点のIDとx , y , z x , y , z
要素は3つもしくは4つの節点IDを指定
節点が3つで構成される要素は「/SH3N」のキーワードを使い、節点が4つの場合は「/SHELL」というキーワードを使います。
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#RADIOSS STARTER
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
# Created by Gmsh, Radioss Mesh Interface by PaulAltair sharp@altair.com
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ BEGIN
D : \ OpenRadioss \ work \ 001_example \ radioss \ 100_thermal \ model
2022 0
Mg mm s
Mg mm s
/ NODE
1 - 50 50 0
2 - 50 - 50 0
（省略）
/ SHELL / 2000001
#SET_ELEMENT=PhysicalSurface11
1 1 26 89 5
2 26 37 90 89
3 37 36 91 90
（省略）
/ SHELL / 2000002
#SET_ELEMENT=PhysicalSurface22
605 530 539 554 534
606 539 542 555 554
（省略）
/ END
また、PART IDが以下のように対応していることを確認します。
001thermal_0000.rad
Gmshでメッシュ作成からRadioss形式(.rad)に出力した際にシェル要素には自動的にPART IDと関連付けされています。
節点、シェル要素（ソリッド要素）がPARTと紐づいていることを確認したら、次に行うのはPARTに対するプロパティと材料特性の設定です。
材料特性の設定
OpenRadiossには多くの材料特性の設定が用意されており、こちらの材料一覧 から確認することができます。
今回使うのは以下の材料設定です。
この材料則は、Johnson-Cook材料モデルを使用して等方性弾塑性材料を表します。
他にも/THERM_STRESS/MAT
MAT ID = 1は100×100の正方形の面の材料特性に使い、MAT ID = 2は5×5の正方形の面の材料特性に使うようにします。
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##HWCOLOR materials 1 5
/ MAT / PLAS_JOHNS / 1
PLATE - Alumaterial1
# RHO_I
0.0028
# E Nu Iflag
7000.0 0.33 0
# a b n EPS_p_max SIG_max0
260.0 450.0 0.5
# c EPS_DOT_0 ICC Fsmooth F_cut Chard
# m T_melt rhoC_p T_r
2.51 298.0
/ HEAT / MAT / 1
# T0 RHO0_CP AS BS IfORM
398.0 2.51 0.23 1
# T1 AL BL EFRAC
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
##HWCOLOR materials 2 6
/ MAT / PLAS_JOHNS / 2
Source - Alumaterial1
# RHO_I
0.0078
# E Nu Iflag
210000.0 0.33 0
# a b n EPS_p_max SIG_max0
206.0 450.0 0.5
# c EPS_DOT_0 ICC Fsmooth F_cut Chard
# m T_melt rhoC_p T_r
2.51 298.0
/ HEAT / MAT / 2
# T0 RHO0_CP AS BS IfORM
800.0 2.51 0.23 1
# T1 AL BL EFRAC
5×5の正方形が熱源なので800[K]としています。
以下、こちら からの引用です。
１．これは、真の応力およびひずみ出力を伴うひずみ速度および温度効果を含む弾塑性材料モデルです。
２．このモデルでは、相当応力が塑性降伏応力よりも低い時、材料は線形弾性材料として挙動します。もっと高い応力値では、材料は塑性挙動で、応力は以下のように計算されます：
σ = ( a + b ε n p ) ( 1 + c ln ˙ ε ˙ ε 0 ) ( 1 − ( T ∗ ) m )
T ∗ = T − T r T m e l t − T r
ε p ˙ ε T T r T m e l t
３．I flag 1 の場合、σy, UTS および ε U T S に実験工学応力およびひずみデータを入力でき、パラメータa 、b およびn が計算されてStarter出力ファイルに出力されます。
５．εp ε m a x p
今回は以下のように設定しています。
SIG_Y = 0.09025：降伏応力
UTS = 0.175：工学応力UTS > σy
EUTS = 0.24：UTSにおける工学ひずみ
EPS_p_max = 0.75：破壊塑性ひずみ
ICC（設定なし） ：デフォルトは1なのでひずみ速度効果あり
つまり、蘇生ひずみεpが0.75を超えるとシェル要素が削除されるというモデル設定です。 マニュアル
テキスト設定の入手方法
その場合は、マニュアルの材料設定 のページにいくと、以下のように材料設定が使われている例題の紹介があるので、どれかひとつ参考になるモデルからテキスト設定をコピペすることを考えます。
以上で材料設定が終わりです。
※ここでは材料特性の設定を記述しただけで、PARTとは紐づいていません。
プロパティの設定
シェル要素に対して要素の定義と厚みの設定を行います。
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#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ PROP / SHELL / 1
PID 1
# Ishell Ismstr Ish3n Idrill P_Thick_Fail
1 1
# Hm Hf Hr Dm Dn
# N Istrain Thick Ashear Ithick Iplas
1 1.0
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ PROP / SHELL / 2
PID 2
# Ishell Ismstr Ish3n Idrill P_Thick_Fail
1 0
# Hm Hf Hr Dm Dn
# N Istrain Thick Ashear Ithick Iplas
1 1.0
ほとんどがデフォルト設定でよく、すべて設定しなければならないというわけではありません。
Ishell = 1の場合：/DEF_SHELL が定義されていない場合のデフォルト。Q4、変形モードと剛体モードに直交する粘弾性アワグラスモード（Belytschko）
Thick = 1.0：厚み設定
その他の設定は必要に応じてマニュアル を見て設定します。
※ここではプロパティの設定を記述しただけで、PARTとは紐づいていません。
PARTの作成
ここで先ほど記述したプロパティと材料特性をPARTに紐づけます。
PARTは要素（ビーム要素、シェル要素、ソリッド要素）で構成されており、PARTへはプロパティのIDと材料のIDを指定します。
設定は10カラム（10行）ごとに区切られているので、記述する位置を間違えないようにしましょう。「#」で始まる行はコメント行になるので、設定のメモを残しておくとわかりやすいです。
先ほどGmshでメッシュ作成からRadioss形式(.rad)に出力した際にシェル要素には自動的にPART IDと関連付けされていましたが、以下のように変更しておきましょう。
するとPART IDはそれぞれ100×100の正方形の面にはPART ID = 1 が、5×5の正方形の面にはPART ID =2 となります。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ PART / 1
#part_title
Plate
# prop_ID mat_ID Thick
1 1
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ PART / 2
#part_title
Source
# prop_ID mat_ID Thick
2 2
これでPARTにプロパティと材料が紐づけられました。
解析設定としてPARTにプロパティと材料を指定すると使用されるため、例えば使う可能性があるプロパティや材料を設定の記述だけをテキストに書いておくこともできます。
熱源の拘束条件
今回の解析は5×5の正方形が熱源となりy軸方向には自由に動けるようにしますが、その他の軸と回転は拘束するようにします。
/BCS
こちらは節点グループに強制速度を与えるため節点グループに「/GRNOD」を使う必要があります。しかし、節点グループはGmshで出力後に編集したように既に作成済みです。1 」の1がIDになっているので、それを使えば良いでしょう。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ GRNOD / NODE / 2
#title
thermal_plate
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
531 530 533 532 540 541 536 535
534 539 544 545 546 549 550 551
（省略）
拘束条件のキーワード「/BC」の「grnod_ID = 2」と節点グループのIDを与えることで拘束条件が設定されます。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ BCS / 2
PID 2 NODE GR
# Tra rot skew_ID grnod_ID
101 111 0 2
Tra：x,y,zの拘束設定（0がフリー、1が拘束）
rot：ωx、ωy、ωzの拘束設定（0がフリー、1が拘束）
なので節点グループID = 2はy方向のみ自由に動くことができる設定になっています。
熱源の強制速度
今回の解析は5×5の正方形が熱源となりy軸方向に0.5[m/s]で移動するものとします。
今回は/IMPVEL
こちらも「/IMPVEL」の「grnod_ID = 2」と節点グループのIDを与えることで拘束条件が設定されます。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ IMPVEL / 3
Vy
#funct_IDT Dir skew_ID sensor_ID grnod_ID frame_ID Icoor
1 Y 0 0 2 0
# Scale_x Scale_y Tstart Tstop
1.0 0.5 0.01.00000000000000E + 31
funct_IDTには強制速度の時間変化を与える関数テーブルをしているする必要があります。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ FUNCT / 1
#title
curve1
# X Y
0.0 1.0
1.00000000000000E + 30 1.0
これにより関数は常に値を1.0を取るようになっていますが、「/IMPVEL」キーワードの「Scale_y = 0.5」とスケールしているため、熱源移動のy方向の速度は常に0.5[m/s]にしています。
補足ですが、「/GRNOD/NODE/」のように節点グループの節点を全て記述するという方法もありますが、PARTに属するすべての節点を指定していることと同じなので以下のように書いても良いです。
/GRNOD/PART
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ GRNOD / PART / 2
#title
thermal_plate
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
2
「item_ID1 = 2」とPART ID を指定すると、PART ID = 2の全ての節点がグループ化されます。こちらの方が設定自体は楽ですよね。
PARTの1つの節点群をグループにしたい場合は、「/GRNOD/NODE/」を使うなどモデルによって使い分けると良いでしょう。
100×100の正方形の面の拘束
100×100の正方形の面は完全に拘束します。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ BCS / 1
PID 1 NODE GR
# Tra rot skew_ID grnod_ID
111 111 0 1
こちらも「grnod_ID」には節点グループの指定が必要ですが既に以下のように節点グループは作っています。
Tra：x,y,zの拘束設定（0がフリー、1が拘束）
rot：ωx、ωy、ωzの拘束設定（0がフリー、1が拘束）
なので節点グループID = 1は完全に拘束の設定です。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ GRNOD / NODE / 1
#title
under_plate
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
2 1 3 4 9 8 15 10
5 47 48 49 50 51 6 53
（省略）
接触条件の設定
100×100の正方形と5×5の正方形の熱源(800K)との接触を定義します。
接触条件の設定は解析で理解が難しいものの1つなので、自分も理解が乏しいです。
今回はペナルティ法を使うため、OpenRadiossで設定できるペナルティ法をマニュアルから引用します。
/FRIC_ORIENT /FRICTION /INTER/TYPE3 /INTER/TYPE5 /INTER/TYPE6 /INTER/TYPE7 /INTER/TYPE8 /INTER/TYPE10 /INTER/TYPE11 /INTER/TYPE14 /INTER/TYPE15 /INTER/TYPE19 /INTER/TYPE21 /INTER/TYPE23 /INTER/TYPE24 /INTER/TYPE25 TYPE25 は、ペナルティ法を使用した一般的な節点対サーフェスの接触インターフェースです。ペナルティ剛性は一定であるため、時間ステップの影響は受けません。
熱伝導などを扱える接触は/INTER/TYPE7
こちらはサーフェスと節点群との接触を定義する必要があります。
スレーブ：Slav_idにはサーフェス
マスター：Mast_idには節点グループ
それぞれPART IDを指定することで、グループは簡単に作っています。
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#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ INTER / TYPE7 / 2
New INTER 2
# Slav_id Mast_id Istf Ithe Igap Ibag Idel Icurv Iadm
21 12 0 1 0 0 0 0 0
# Fscalegap GAP_MAX Fpenmax
0 0 0
# Stmin Stmax %mesh_size dtmin Irem_gap
0 0 0 0 0
# Stfac Fric Gapmin Tstart Tstop
1E - 7 . 15 1.01 0 0
# IBC Inacti VisS VisF Bumult
000 0 0 0 0
# Ifric Ifiltr Xfreq Iform sens_ID
0 0 0 1 0
# Rthe Tint Ithe_form
. 015 398 1
# Frad Drad Fheats Fheatm
0 0 0 0
/ GRNOD / PART / 21
PID 1 NODE GROUP
1
/ SURF / PART / 12
PID 2 SURF GROUP
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
2
接触剛性K μ マニュアル を見ることをお勧めします。
熱伝達の設定
オプションとして外気との熱伝達（自然対流、強制対流）の考慮も行うことができます。/CONVEC 」キーワードを使います。
SURF_IDでサーフェスを指定。
FUNCT_IDで参照温度の時間変化の関数IDを指定
Hで熱伝達率を設定
/ CONVEC / 1
CONVEC with water
# SURF_ID FUNCT_ID SENSOR_ID
11 6 0
# ASCALE FSCALE TSTART TSTOP H
0 0 0 0 0E - 4
/ SURF / PART / 11
New SURF
# item_ID1 item_ID2 item_ID3 item_ID4 item_ID5 item_ID6 item_ID7 item_ID8 item_ID9 item_ID10
1
/ FUNCT / 6
CONVEC , temp vs time
# X Y
0 298
60 298
熱伝達は以下のように計算されます。
˙ Q = H ( T − T i n f ( T ) )
設定は記述しましたが、熱伝達率が大きすぎるとあまり熱伝達の様子が見れなかったので今回はH=0としています。つまり、熱伝達は起こっていません。
しかし、現実には外気との熱伝達があるため設定するほうが良いです。
節点の履歴
必要に応じて出力するようにしておくと便利です。時刻歴応答「/TH」からはじまるキーワード を使います。
/TH/ACCEL：加速度
/TH/INTER：接触力など
/TH/NODE：節点の変位、速度、加速度
/TH/MONVOL：エアバッグの体積
/TH/PART：重心位置、慣性モーメントなど
/TH/RBODY：剛体の荷重
/TH/RWALL：剛体壁の接触力
/TH/SH3N：3節点のシェル要素の応力、ひずみ
/TH/SHEL：4節点のシェル要素の応力、ひずみ
以下は節点座標の時刻歴を出力する設定です。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ TH / NODE / 1
#thgroup_name
TH_Measurting_nodes
# var_ID1 var_ID2 var_ID3 var_ID4 var_ID5 var_ID6 var_ID7 var_ID8 var_ID9 var_ID10
DEF DEF
# node_ID skew_ID node_name
103 0
620 0
以下は剛体の荷重の出力設定です。
#---1----|----2----|----3----|----4----|----5----|----6----|----7----|----8----|----9----|---10----|
/ TH / RBODY / 2
#thgroup_name
T_RBODY
# 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
必要に応じて設定を追加すれば良いでしょう。
以上までの設定を001thermal_0000.rad に保存します。これがRadiossのstarter inputファイルになります。
Engine設定
以上まではRadiossのstarter inputファイルの設定でしたが、Radioss Engineファイル はシミュレーションの解析制御と出力を記述するファイルです。
ここでは最低限の設定だけを記述します。
/RUN：計算実行に関するキーワード。60msまでの解析
/DT/NODA/CST：モデルの時間ステップを増やすためのマススケーリング
/TFILE：時刻歴ファイルであるT-ファイルの書き出し時間間隔
/ANIM/DT：アニメーションファイル(A-ファイル)を出力する開始時間と出力間隔(0.5ms）
001thermal_0001.rad
1
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3
4
5
6
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8
9
10
11
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13
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17
18
19
20
21
22
23
/ ANIM / DT
# TSTART TFREQ
0.000000 3.000000
/ PRINT / - 100
# Proc nMIMD minMIMD
/ PROC / 4 / 0
/ RUN / 001thermal / 1
60.0001
/ TFILE / 4
# dT_HIS
0.100000
/ TITLE / 3
/ VERS / 140
/ ANIM / VECT / CONT
/ ANIM / NODA / TEMP
/ ANIM / SHEL / TEMP
#/ANIM/GZIP
/ MON / ON
/ PARITH / ON
/ DT / NODA / CST
#0.1 1e-009
0.67 5e - 4
さらに詳しく知りたい方はマニュアル を参考にしましょう。
/ANIM/VECT/CONT：接触力
/ANIM/NODA/TEMP：節点の温度
/ANIM/SHEL/TEMP：シェル要素の温度
解析実行
以上により解析の設定が終わりました。
解析に必要なファイルは以下の2つです。
001thermal_0000.rad：Starter ファイル（解析設定ファイル）
001thermal_0001.rad：Engine ファイル（解析制御と出力設定ファイル）
OpenRadiossの計算実行は、こちら で公開されているPythonで作られたGUIを使うと簡単に行えます。
WSLを使っているのでLinux環境での実行方法を参考にします。
これで計算投入用のGUIが立ち上がるので、アニメーションとデータ出力の項目にチェック（②)を入れて計算を実行します。
OpenRadiossのインストール先は下記のスクリプトで自身の環境に合わせる必要があります。
openradioss_run_script_ps.sh
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3
4
5
6
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9
10
11
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13
14
15
16
17
#!/bin/bash
set - e
pushd "$(dirname " $ 0 ")" > / dev / null
REL_PATH = "../"
pushd "$REL_PATH" > / dev / null
ABS_PATH = / mnt / d / OpenRadioss / OpenRadioss #$PWD
popd > / dev / null
export OPENRADIOSS_PATH = $ ABS_PATH
export RAD_CFG_PATH = $ OPENRADIOSS_PATH / hm_cfg_files
export RAD_H3D_PATH = $ OPENRADIOSS_PATH / extlib / h3d / lib / linux64
export LD_LIBRARY_PATH = $ OPENRADIOSS_PATH / extlib / h3d / lib / linux64 : $ OPENRADIOSS_PATH / extlib / hm_reader / linux64
export OMP_STACKSIZE = 400m
export PATH = $ OPENRADIOSS_PATH / extlib / hm_reader / linux64 : $ PATH
export PATH = $ OPENRADIOSS_PATH / extlib / intelOneAPI_runtime / linux64 : $ PATH
（省略）
問題なく計算が進んでいれば大量の「A-ファイル」が出力されているはずです。
結果処理
先ほど計算実行時に「Anim-vtk」にチェックを入れたのでA-ファイルはvtk形式に変換されているので、それらをParaViewで読み込みます。
まとめ
本記事ではOpenRadiossの設定をできるだけマニュアルを見ながら、テキストのみで解析実行できるように解説を行いました。
OpenRadioss自体は機能も豊富なので、今後の発展に期待大です。
2つの面を作成します。
作成した2つ面を選択してSTEPファイルとして出力します。
今回モデル作成はFreeCADで行いましたが、STEPファイルが出力できるソフトであれば何でもよいです。
メッシュ作成を行います。
以下のようにRadiossの出力形式（.rad)で出力します。
ただし、節点グループはLS-DYNA?の形式で「*SET_NODE_LIST」のキーワードでカンマ区切りで出力されます。
以上の作成した節点グループは使うかわからないですが、「/GRNOD/NODE/」として書いておくと良いでしょう。
マニュアルを見ながら必要な項目を埋めていきます。
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