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

必要なモデルファイルのダウンロードについては、モデルファイルへのアクセスを参照してください。

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。

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
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。

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

理論的な速度上昇αの定式化： (1)

α = \frac{T_{M o n o}}{T_{M u l t i}} = \frac{N e_{F l u i d} \cdot C_{F l u i d} \cdot N c_{S t r u c t} + N e_{S t r u c t} \cdot C_{S t r u c t} \cdot N c_{S t r u c t}}{N e_{F l u i d} \cdot C_{F l u i d} \cdot N c_{F l u i d} + N e_{S t r u c t} \cdot C_{S t r u c t} \cdot N c_{S t r u c t}}

ここで、

$N e$: 要素数
$N c$: サイクル数
$C$: 要素平均時間コスト / サイクル

速度上昇α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：(2) $ψ = \frac{N e_{S t r u c t}}{N e_{S t r u c t} + N e_{F l u i d}}$
相対的な時間ステップ（相対的なサイクル数）：(3) $γ = \frac{d t_{S t r u c t}}{d t_{F l u i d}} = \frac{N c_{F l u i d}}{N c_{S t r u c t}}$
$d t$ は時間ステップです。
相対的なサイクル毎のコスト：(4) $ξ = \frac{C_{F l u i d}}{C_{S t r u c t}}$

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は次のようになります。(5) $α = \frac{ξ + (1 - ξ) \cdot ψ}{ξ \cdot γ + (1 - ξ \cdot γ) \cdot ψ} = \frac{e l a p s e d \begin{matrix} \end{matrix} t i m e \begin{matrix} \end{matrix} i n \begin{matrix} \end{matrix} M o n o D o m a i n}{e l a p s e d \begin{matrix} \end{matrix} t i m e \begin{matrix} \end{matrix} i n \begin{matrix} \end{matrix} M u l t i D o m a i n}$
経過時間：

図 5. ALE着水

図 6. SPH着水

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を用いてアセンブルした場合、Spot_flag = 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速度上昇の向上が図られ問題が解決されます。