工学解析って何？！　日本オンリーワン株式会社

レーシングドライバ　西谷拓也

５月２４日は、レーシングドライバー西谷拓也さんと打合せ。

http://www.takuyanishitani.com/

渋谷で待ち合わせし、ハチ公前交差点近くのパスタ屋さんで会食。話題は、東大生産研研究テーマにて計算した走行時F1車体廻りの流動解析。海洋開発研究機構所有のスーパーコンピュータ：地球シミュレータにて大規模計算を行いCGアニメーション化したものを二人で見ながらいろいろと討議した。計算結果のCGアニメーションは２つあって一つは圧力分布時間変動、もう一つはうず度の時間的変動を表したものである。

圧力時間変動は、前面となるところが圧力が当然高く 風圧が高く表されている。これは当然のごとく予測が付く。

うず度時間変動は、F1廻りを上面と側面から見た図で前輪とその間のウイング後流からウエイクが発生しかなり乱れた状態を表している。また後輪とウイング後流もそのように乱れた状態をあわす。前輪後流のウエイクがスポーンまで達している様子が判る。このことからハンドル捌きによって乱れは助長されることが予想される。たぶん別のことからもドライバーにとって基本となる事柄のハンドル捌きが空力的にも効いてくることが判る。

いたづらなハンドル操作は減速につながる。

計算では、F1境界面のセルにはスベリ境界条件を与えているので実際の車体の表面粗さの効果は見られず、剥離などなくF1車体が空力的性能の良さが現れている結果だが実際はもっと泥臭い、たとえばワックスの塗り方でスピードの乗り方が違う。

西谷さんとそのようなことを話した。会食後ビリヤードを６試合やって４：２で負けたが西谷さんが挑戦していること：それはトヨタクラブチームなどに属していなければF1参戦は難しいとの常識を打ち破ることなど聞けた。ものすごくやる気になる話だ。非常にいい。

その後も付き合ってもらいBarTubeにも連れて行って佐藤豊彦さんにも合わせたし楽しい一日であった。

東大生産研に望むこと。

有限要素法応力解析ツールとして革新プロジェクトの成果であるFrontSTRがある。現在このFrontSTRを組み込んだDE-CENTERは、生研寺坂研究室で改良され（線形・非線形）静弾性応力解析と固有値解析が利用できる。またメッシャーのGmshは、CADデータフォーマットのSTLとかIGESをサポートしているためCADデータからの移行が容易である。一応GmshのメッシュからFrontSTRへのメッシュデータを渡すI/Fも出来ているので容易に解析ツールへのPreの部分データ作成が行える。計算後のPOSTの部分もGmshにあるためDE-Ceterは、All-in-oneのツールとして利用可能である。

企業は、静的な応力解析は、ほぼメーカーならどこでも押さえているが、動的弾性解析（ex.衝撃応答）とか動的な破壊力学の解析はまだ手をつけていないことが多い。

実験により、疲労とかは押さえているが負荷荷重のヒステリシスを何階回ったら破壊が起こるかなど数値的に解明したいところである。

材料の疲労試験は、単純部材の試験が主で実形状の試験はあまり例がない。

動的弾性解析での時系列的応力集中の様子とか応力が開放されていく様子や亀裂の成長とかを数値計算で、特にこのFrontSTR関連のツールで出来たらよいと感じる。実形状での寿命の予測とかメンテナンス間隔の指定とか実機を探傷試験しなくてはならない間隔の指定また通常時ではなく締め付け具合の変化でどのように掛かる応力が変化するかなどの予測に使いたい。

現在機械・機具部品の安全性・健全性が設備全体の運転維持管理を多きく左右することもあり、安全性が叫ばれる中、こういった数値計算がもっと世の中に認められ普及し実用化していくことを望む。

特に東大生産技術研究所はそのツールを多数保有しているため、実用に耐えうるまで育て上げ、世の中に革新的な技術を構築する基となることを期待する。

解析手順について

当社は、解析の手順について次のようなアプローチを考えている。以下に示す。(ex.応力解析）

上記の各ステップで色々なノウハウが必要であり、手順の一部をループかして何度かトライすることとなる。初めに実現象を良く見て、現場を良く見て、何の現象で何と何が強く影響しているかがわかれば、後はその現象に強いツールとか手法を選んでいくこととなる。各過程で単純化・理想化してゆくことともなるが、大きく外れないようにするには現場を良く見る事である。支配的な要因を落とさぬことである。

故鈴木允先生に捧ぐ！

５月５日(土）こどもの日は、埼玉大学名誉教授故鈴木允先生の墓参りに行きました。京王線を多磨霊園駅で下車し、霊園行きのバスに乗り前で降りて、霊園内を歩いて、親友広瀬順一君と。

歩きながら学生時代に習ったこととか、流体研（鈴木研）での話題とか、実験で何日も泊まったこととかを話した。献花は先生の受賞された勲章の色と同じ、紫色を基調にしたものにしました。墓を掃除し、水をやり、線香を焚き、手を合わせて色々と回想しました。また当時の思い出を二人で墓の前で話しました。また来る事も、１年先か２年先か判りませんが、行きたいと思ったらまたきます。

今埼玉大学流体研では、Star-CDという市販の流体解析ツールを用いて数値実験し、トレーサーにレーザーを当て計測する方法で実験を行い、卒業論文・博士論文としている。

私たちのころは、代々受け継いだコードを自分で解読して改造し計算機にかけた。実験と合わないとか、計算が不安定になることも多数経験している。どこが悪いのかを調べ、修正してまた計算する、コレの繰り返しであった。実験も装置は手作りで徹夜が当たり前。

今の学生は、恵まれすぎていて、そういった泥臭さを嫌がる。

解析・分析とは、本当に数値一個一個を丹念に調べる作業で、ものすごく泥臭い作業の積み重ねを行わなくてはならない。一つ一つ検証して事実を立証して積み上げていく作業で根気のいる作業である。

市販の解析コードを利用するなら、その解析コードのユーザーのプロとなり、境界条件を理想化しないで実現象全てを入れるとかして、学部１年・博士課程３年の研究で自分でコードを書いていたら到底不可能なことがそのコードで出来たとまでなっていただきたい。

数値実験は、あくまで現象を解明するための方法の一つということで理解していただきたい。

東大生研寺坂研究室

寺坂研究室の開発しているDE-CENTERを使って構造解析と流体解析の解析モデリンるの作り方から解析実行・実行結果可視化までをマイコンを持ち寄って実習した。

まづは、解析形状モデルの作り方として、Gmshの使い方の説明。ポイントを作って線を引いて、閉曲線を作って面を張る。この応用として寺坂教授作成のツールで一気に立体を作り面張りまでするツールを公開した。このツールには、生成物体のねじり・伸張などの機能があって物体に変形を加えられる。ツールを使ってかまた自分で面張りまでして形状を作成したら、メッシュを切る作業へ。テトラメッシュ・ヘキサメッシュまた混合メッシュを指定して、メッシュ制御しながらメッシュを切る。Gmshのパラの中のlcの値を変えることとどの点・線にその値を適用するかによってメッシュの部分的粗密をコントロールする。

ここに粗密をコントロールして三角形メッシュと四辺形メッシュで２次元のメッシュ切りを行った例を載せる。

一通りメッシュが切れるようになったら、解析ツールここでは、東大生産研革新ソフトウェアの開発プロジェクト成果である流体解析ツールFrontFlow/Blueと構造解析ツールFrontSTRへモデル条件を渡すためにメッシュ情報の変換と各ツールへ解析しようとする現象の条件特に境界条件とか物性情報の受け渡しを行う。

条件が全てセットされたら、解析ツールの計算条件のセットを行い、解析ツール実行。

解析結果の可視化もGmshでできて、将来MicroAVSとかでの可視化をつなげる予定である。

解析で一番重要なのは、計算された情報が何を表すかが読めることで、その情報が実際の現象をどうシミュレートしているかを表現することである。現象の解明が一番重要なのである。