REVOCAPをインストールしてFrontISTRで構造解析をしてみる【超入門編】
こんにちは（@t_kun_kamakiri）(^^)
タイトルにあるようにFrontISTRを使って構造解析を体験しようと考えています(‘ω’)
空き缶の内側から圧力をかけた場合の缶の挙動についての弾性静解析です。
というやってみた系の記事です。
チュートリアル
アルミ缶
弾性性解析 pic.twitter.com/c2U3UZIgmj— カマキリ🐲@ブログ書いている (@t_kun_kamakiri) 2019年11月17日
これらの解析が無償ですぐにできるのでしばらく試してみたいと思います(^^)/
Contents
オープンソースで構造解析をしようと思ったきっかけ
どうして「構造解析」をしようと思ったかというと、
最近、「計算力学技術者試験」の固体力学1級の勉強をしようと考えているからです。
過去にも計算力学技術者試験を受けた合格体験記の記事を書いていますが、
今回、僕が受けようとしている計算力学技術者試験の固体力学1級の試験内容が、「非線形構造解析（CAE解析）」についての内容で、めちゃムズイです(´；ω；`)
1級（Grade 1）
認定技術レベル
固体力学分野の解析実務において，各種非線形性や線形破壊力学を取り扱う有限要素法解析の内容を理解しており，解析問題の設定や解析を適切に行えるとともに，解析結果の信頼性を検証するプロセスを理解している.よって，いずれかの信頼のおけるCAEソフトウエアを用いて適切な解析機能を選択しながら，各種非線形性や線形破壊力学を取り扱うCAE解析を大きな誤りなく解けるものと期待できる.
受験資格の目安
機械系大学院卒レベルの数学的，力学的知識を有し，3年以上の解析実務経験を有する者.
受験資格
2級資格を有すること
試験分野
- 非線形解析における応力とひずみ
- 材料非線形（弾塑性，クリープ，粘弾性）
- 幾何学的非線形
- 境界非線形（接触）
- 破壊力学・疲労解析
- 動的解析
- 伝熱解析
- 要素テクノロジー
- 数値解析法
- 解析の検証と品質保証
- 情報処理
試験内容は、「記述式＋マーク形式」ですが、
実務で構造解析（それも非線形構造解析）をやっているような人でないと合格できなさそうです。
計算力学技術者試験の合格には機械学会が出している標準問題集の出題がほとんどですが、100%暗記しても合格することはできないようなレベルで、試験問題を見て経験から答えを導きださないといけません。
というわけで、オープンになっている誰かさんが作ってくれた「構造解析（非線形構造解析までできる）ソフト）」を探していて、FrontISTRを使ってみようと思ったのです(^^)/
FrontISTRって何？
FrontISTRは東京大学 奥田研究室で開発されている、本格的な構造解析プログラムです。
できる解析
- 線形静解析
- 線形動解析
- 非線形静解析
- 接触解析
- 固有値解析
- 熱伝導解析
FrontISTRの入手先
FrontISTR研究会から、研究会の案内や資料、ソフトウェアが入手できます。
FrontISTRを構築するには、様々なライブラリが必要になります（以下のQiita)
オープンソース大規模並列FEM非線形構造解析プログラム FrontISTR v4.6のインストール (ubuntu 16.04 LTS)
しかし、今回はもっと簡単に「構造解析」をしたいと思いますので、「汎用プリプロセッサREVOCAP for FrontISTR」を使って構造解析をしたいと思います。
今回はこちらを使います➡汎用プリプロセッサREVOCAP for FrontISTRの入手先
FrontISTRが組み込まれたREVOCAPプリポスト以下から入手できます。
REVOCAPは、
- プリ（メッシュ作成、解析設定）
- ソルバ（FrontISTRで解析）
- ポスト（可視化：応力コンター図、変形量）
を行うことができます(^^)/
ドキュメントも充実している
REVOCAPがインストールできたら、フォルダ内にドキュメントが用意されているので、チュートリアルを見ながら操作することで解析設定が行えます。
フォルダ内にpdfファイルがあります。
例）チュートリアルマニュアル
超丁寧に解析設定までの手順を日本語で書いてくれているので誰でも解析実行までが可能です。
現在のチュートリアルには以下の解析例があります。
【チュートリアル】
- FrontISTR
弾性静解析
片持ち梁
アルミ缶
キャップ
ヒンジ- 弾塑性解析
necking
CT試験片- 超弾塑性解析
Spring- 接触解析
Hertz問題- 固有値解
ハトメ- 熱伝導解析
アルミ缶- FrontFlow/blue
流れ場解析（円柱）
ドアミラー- 流れ場解析（オーバーセット計算によるパイプ）
- ADVENTURE_Solid
線形弾性静解析（片持ち梁モデル）
弾塑性解析（円柱モデル）- REVOCAP_Magnetic
時間調和渦電流問題（ケーキモデル）
非線形静磁場解析（シャフトモデル）- REVOCAP_Coupler
流体構造連成（流れ場の中の円柱）
例）操作マニュアル
ソフトの細かい操作の説明は「マニュアル」を見ることで学習できます。
さらに公式フォームページには、オンラインマニュアルまで用意されています。
開発者が日本人なので日本語のマニュアルがそろっているのは良いです(^^)
チュートリアルを見ながら「アルミ缶」の弾性静解析を体験してみる
ソフトがインストールできたらチュートリアルを見ながらチュートリアルを見ながら遊んでみましょう。
「弾性静解析」を体験してみたいと思います。
空き缶の内側から圧力をかけた場合の缶の挙動についての弾性静解析です。
操作の雰囲気は動画でどうぞ(^^)/
結果
非線形構造解析までできるので、簡単な解析ならば業務でも活かせるのでしょうか・・・・
その他の構造解析の例
REVOCAP_PrePostをインストールして試してみた例は以下です。
（例）片持ち梁の曲げ
インストールが5分くらい。
解析完了（梁のモデル）までが15分くらい。ドキュメントが揃っているのでしばらくこれを勉強のために使ってみようと思います(^^) pic.twitter.com/rCGNKLRIMJ
— カマキリ🐲@ブログ書いている (@t_kun_kamakiri) 2019年11月17日
REVOCAP for FrontISTRを使った感想
超簡単にインストールができ、チュートリアルを見ながら構造解析ができました。
計算力学技術者試験（固体力学1級）の勉強のためしばらくFrontISTRを使ってみたいと思います。
余談
REVOCAPはどうやらよくソフトが落ちるそうです。
今のところソフトが落ちるなどの不具合は見られていませんが、もう少し大きなモデルにすると不具合が目立つかもしれません。
初心者はEasyISTR を使うのも良い
FrontISTRを簡単に使いたいのであれば、EasyISTR という以下のソフトが統合されたツールがあります。
- Salome 等 メッシュ作成、unv 形式で保存する。オープンソース）
- EasyISTR メッシュ変換（unv 形式 → fist 形式）オープンソース）
境界条件設定
FrontISTR 実行
結果ファイルを変換（fistr 形式 → vtk 形式） - paraView vtk（オープンソース）
- gnuplot 非線形解析や動解析実行時に実行状況をグラフ表示させる。 ver 5.0 以降
↑見た目の操作性は初心者にもわかりやすくなっていますね。
参考書
非線形構造解析の勉強のための参考書を3冊挙げておきます。
〈解析塾秘伝〉非線形構造解析の学び方!―非線形有限要素法を正しく使うために必要な基礎知識
