MSC Software Corporation

ハイドロプレーニング

燃料タンクへの燃料給油

水中爆発

ウォームギヤの機構解析

どのような移動（並進・回転）および変形する構造表面周りの流れをも計算することが可能なDytranの革新的な機能は、他のソフトウェアではシミュレーションが困難または不可能な、複雑な流体構造連成問題の解析を可能にします。

Dytranは構造ソルバーと流体ソルバーを統合し、統一されたインプット形式で２つの異なる物理体系を結びつけることが可能です。これによって気体、液体、固体という物質の３態を扱うことが出来ます。構造メッシュと流体メッシュは応力波伝搬という物理的な現象そのものを解析するために、有限要素法と有限体積法でモデル化され、カップリング面では独自のカットセル法を用いたダイレクトマッピング技術により、高速でロバストな強連成カップリング計算を実行します。構造ソルバーと流体ソルバーは完全に一致するタイムステップを用いて計算され、流体＝＞構造、構造＝＞流体の相互作用は全く同じ時刻で計算されます。

また、陽解法構造解析機能では剛体の並進移動、回転、時間依存テーブルによる速度コントロールが可能なため、流体・構造・機構解析を一つのソルバーで実行することが可能です。

例えば、以下の例が挙げられます。

• 雨水路面上でのタイヤのハイドロプレーニング性能や雪、砂、泥などの路面上性能検討
• 閉じられた容器内への流体の充填とスロッシング（例えば、燃料タンクのNVH特性を最適化するためのバッフルの設計）
• 艦艇や潜水艦への爆雷攻撃時に発生するバブルジェットによる破壊メカニズムの検討
• ギヤ間のバックラッシュの発生やギヤ歯面上の接触圧、応力を考慮した機構検討
• 多層構造に影響を与える複数のオブジェクト（例えば、飛行中の航空機構造に対して多数のバードストライクによる影響を検討する）
• 流体漏れや透過による壊滅的な構造上の破壊（例えば、燃料タンクの破壊および燃料流出につながる衝突への衝撃強度の検討）

ラムジェット

装甲車への地雷爆発

兵員輸送車の浮遊挙動

継続的な拡張により、Dytranはそれぞれの最新リリースで生産性を向上する機能を提供してきました。以下に、最近の機能強化の例を挙げます。

• FSIアプリケーションでのパフォーマンス向上を改善するための、オイラーソルバーの分散メモリ並列処理（DMP）機能を利用できます。
• タービン、回転構造物間の流れ、およびパイプ流れ問題のシミュレーションでのモデルサイズの低減に役立つサイクリックフロー境界を利用できます。
• ボックス、球体、円柱、またはサーフェスによって定義された特定の領域内の異なる材料に適用することができる物体力を利用できます。
• 非適合メッシュでは、オイラー要素の一方の面は、他のいくつかのオイラー要素の面と接続することができます。すなわち、細かいメッシュを粗いメッシュに結合できるため、特に局所的に非一様なものに対して効果的なモデリングの柔軟性を提供します。この機能は、エアバッグ/スロッシングおよび爆発解析などの重要なFSIアプリケーションにおいて計算速度の向上などのメリットを与えます。
• 最小および最大メッシュサイズの間でバイアス比を定義することにより、非均一オイラーメッシュを使用できます。また、オイラーに対する非適合メッシュおよび非均一メッシュの両方を同時に使用することができます。これは、UNDEX（水中爆発）シミュレーションで有用です。
• 軸方向および半径方向に軸対称メッシュモデルを使用して計算速度の向上が可能です。
• 船舶や水中爆発のアプリケーションにおいては、静水圧プロファイルに基づいて定義されたオイラー要素の静水圧初期化と境界条件を使用できます。

各バージョン毎の最新機能については、右上のリリース概要よりリリースガイドをご覧ください。

ブレードの破壊と飛散

ボトル成型

デブリ衝突

円筒カップ形状の深絞り

ラバーブーツの接触大変形

紙送りのジャミング

タイヤ付きホイールの衝撃変形

Dytranは、過渡動解析問題の求解に陽解法テクノロジーを使用します。構造物の挙動を解析するために、ラグランジェ有限要素法を使用して構造をモデル化し、時間領域には中央差分積分法を使用しています。高速変形や応力伝播が問題となるような短い時間で生じる現象を解析するのに適しています。また、非線形性の強い問題、モデルサイズが大きい（要素数が多い）問題にも適しています。

有限要素ライブラリ：構造をモデル化するために、ソリッド、シェル、梁、膜、バネ、ダンパーおよび剛体要素を使用することができます。

• トラス要素　ビーム要素　バネ要素　ダンパー要素　非線形スプリング　非線形ダンパー
• 破断を伴うスポット溶接要素　三角形シェル要素　四辺形シェル要素　４・６・８節点ソリッド要素
• アワグラス抑制６面体要素　複合材要素　集中節点質量要素　など

材料モデル：非線形応答と破壊をモデル化するために、幅広い材料モデルが利用可能です。

• 一般構成モデル　等方性弾性材料モデル　弾塑性材料モデル
• 直交異方性材料モデル　土・クラッシャブル材料モデル　多層複合材モデル
• ファブリックモデル　キャップモデル
• ムーニンリブリンゴム材料モデル　オグデンゴム材料モデル　など

接触機能：接触アルゴリズムには、貫通法を使用しています。非常に激しい接触現象でも取り扱うことが可能です。衝撃・衝突の際に生じる破壊や破断といった挙動を取り扱えます。接触サーフェスは、構造要素同士が相互作用または構造要素と剛体形状・要素が相互作用することを可能にします。この相互作用には、摩擦の有無、および乖離を含むことができます。シングルサーフェス接触は、同一の特性を持つパートの異なる部分が自己接触するような構造の座屈をモデル化するために使用できます。

• マスタースレーブ接触
• シングルサーフェス接触（自己接触）
• アダプティブ接触（エローディング接触）
• グルー接触（リジッドコネクションRCONN）
• エッジ間接触　など

剛体モデル：

• 剛体材料　剛体節点　剛体サーフェス　剛体壁　剛体楕円球面　など

荷重条件：

• 並進・回転の荷重・強制変位
• 圧力荷重　重力　遠心荷重　物体力　など

境界・拘束条件：

• 単点拘束　ローカル座標系での単点拘束
• 剛体節点自由度拘束　剛体拘束　剛体マージ
• 不整合メッシュ剛結合（グルー接着）
• 剛体と変形体間のヒンジ結合
• 節点間破壊結合　など

液体の入ったペットボトルの落下

弾丸の発射

燃料タンクのスロッシング

衝突による破壊と液漏れを考慮した燃料タンクスロッシング

橋脚への波浪衝撃破壊

一般的に、オイラーソルバーは流体問題の求解に使用され、ラグランジュソルバーは構造問題の求解に使用されます。しかし、流体の流れに影響を及ぼす変形形状および構造を変形させる流体の流れなど、多くの現実世界の現象では、流体と構造の相互作用を考慮する必要があります。タンク内の流体スロッシング、エアバッグ膨張、ハイドロプレーニングなどの問題は、流体-構造連成相互作用を考慮することでのみ解決することができます。

Dytranでは、単一のモデルで構造と流体の両方のモデル化を可能にし、これらの相互作用をシミュレーションするためのラグランジュとオイラーソルバーの両方を使用できます。流体と構造の相互作用は、構造上に作成したカップリングサーフェスによって実現します。流体ソルバーと構造ソルバーは同一のタイムステップを取るために、時刻ズレを合わせるための補間計算による精度の低下が理論的に発生しません。

カップリングの形式には、以下の３つがあります。

• ゼネラルカップリング
• ファストカップリング
• ALEカップリング

ゼネラルカップリングアルゴリズムは、最も適用範囲が広くすべてのカップリング問題に適用可能です。
ファストカップリングはゼネラルカップリングにおいて全体座標系に揃えて配置された直交メッシュを利用することで大幅な計算時間の短縮を行います。ユーザーはファストカップリングを使用することでオイラーメッシュの再作成などの作業時間を大幅に削減可能です。
ALEカップリングは回転する構造体と構造に追随して回転するオイラーメッシュをモデル化することができモデルサイズを最小化できます。

その他に特徴的な機能として、以下のような機能があります。

• Multi material （流体材料定義数は無制限）
• Distributed Memory Parallel（分散メモリ並列処理）
• Adaptive mesh （構造自動追随流体メッシュ生成）
• Multi domain （複数の流体領域）
• Coupling porosity, failure, interaction （多孔性、破壊、領域間の相互作用）
• Automatic coupling（自動カップリング法）
• Euler strength （液体とガスだけでなく、構造材料も流体メッシュ内で使用可能）
• Viscosity Euler , Skin Friction （粘性流体、構造表面摩擦を使用可能）

ラバーブーツ解析におけるSMPスケーラビリティーの例

橋脚への津波衝撃解析におけるDMPスケーラビリティーの例

Dytranは、最新の数値計算法を使用しハイパフォーマンス・コンピュータ・ハードウェアを利用することができます。これは、最新のデスクトップマシンからスーパーコンピュータまで、費用効果的なソリューション（並列数によらないジョブ単位のライセンス管理システム）を提供します。また、FSIのアプリケーションでは、分散メモリシステムのための並列処理機能を活用することができます。

• SMP：共有メモリ並列処理機能（Shared Memory Parallel）は、主に構造ソルバーの並列計算に使用します。
• DMP：分散メモリ並列処理機能（Distributed Memory Parallel）は、流体とカップリングの並列計算に使用します。
• SMP+DMP：SMPとDMPを同時実行することが可能です。

Dytranをクラウドでご利用いただくことも可能です。クラウドを利用する場合、ライセンスはBYOL(Bring Your Own License)形式でのご利用になります。Dytran動作実績のあるクラウドや他MSC製品動作実績のあるクラウドについては関連リンクよりご確認ください。

Patran結果処理 高速貫通

Insight結果処理 タイヤのハイドロプレーニング

Insight結果処理 紙の空気流搬送

Result-IsoSurface結果処理 橋脚への波浪衝撃

Dytranは、Patranとインテグレーションされており、多くのCADシステムへのダイレクトアクセスがPatranを通して可能です。

Patran上で、Dytranの以下のような解析モデルの定義が可能です。

• 形状作成
• メッシュ作成
• 要素特性定義
• 材料モデル定義
• 荷重・境界条件定義
• 解析パラメーター
• 解析条件
• 結果出力定義
• セッションファイルによるモデリング自動化

ポスト処理もPatranの強力なポスト処理機能を使用することができます。

• Resultツールによる構造解析結果処理
• Result-Isosurface(pre-release版）による流体構造連成結果処理
• Insightツールによる流体構造連成結果処理
• 時刻歴プロットの表示
• セッションファイルによる結果処理の自動化

Dytran Explorer

結果の時刻歴プロット

Dytran ExplorerはDytranソルバー実行のためのWindows専用GUIです。このGUI上で、以下の設定及び処理を実行できます。

• Jobの実行・停止
• ライセンスファイルの設定
• 並列処理の設定（並列タイプ（SMP・DMP）の選択、MPIの選択、並列数の設定）
• Jobのキューイング・スケジューリングの設定
• UDS（User Defined Service）の設定
• 時刻歴結果のポスト処理（プロット表示）
• 複数の時刻歴結果の同時表示
• X,Y軸レンジ幅の変更
• ASCII形式及びMS EXCEL形式でのデータエキスポート
• 外部ポストツール（ParaView）のvtu, pvd形式へのデータ変換処理
• 結果ファイルのフィルタリング、分割、テキスト変換処理
• 実験データのインポート

ParaView結果処理

CEI EnSight結果処理

ParaViewはオープンソースの可視化処理ツールです。Dytranの標準インストレーションには、ParaViewのvtu, pvd形式に変換するためのツールが標準機能として用意されています。

• 流体構造の同時可視化
• 表現力のある等値面処理・透過処理
• アダプティブメッシュに対応
• ボリュームレンダリング
• 大規模モデル対応
• 流体表面上の結果変数色調表示
• アニメーションを高速かつダイレクトに作成可能
• パーティクルトレーサーによる粒子表示

CEI EnSightはDytranの標準出力ファイル形式（ArchiveFile形式）をサポートし、AdaptiveMesh使用時の計算結果の処理にも対応しています。また、時刻歴プロットと変形・応力表示結果との同期表示などが優れています。CEI EnSight は長年にわたりDytranをサポートしており、使いやすさ、可視化表現性、パーフォーマンスにおいてDytranユーザーの期待に応え続けています。

Dytran2019

Dytran2018.0.1

サポート対応バージョンは、最新版を含む直近２バージョンとなります。

最新バージョンDytran2019 サポートプラットフォーム : update date 2019.3.8

前バージョンDytran2018.0.1 サポートプラットフォーム : update date 2018.8.9

掲載している情報は、可能な限り正確に最新のものを記述しておりますが、最新リリースガイドに記載の情報が公式サポートプラットフォームとなります。

Intel Compilerに関する情報（製品名とコンパイラーバージョンの対応マッピング表）は、Intel社のサイトよりご確認ください。

事例集

プロジェクト業務委託

テクニカルクリニック

Dytranトレーニング

Dytran&Patranワークショップ19_表紙

Dytran&Patranワークショップ19_内容例

例題集

Dytranの製品に関する以下の様なお問い合わせについては、「お見積り依頼」「お問い合せ」ボタンから、もしくはメールリンクよりお気軽にご相談ください。

よくある質問（FAQ）

FAQ内にお探しのご質問がない場合、お電話・WEBメールフォーム、以下のメールリンクからもご質問を受け付けております。

問い合わせ エムエスシーソフトウェア(株)　マーケティング部　TEL: 03-6911-1218

• 一般的質問
• Q)できること・得意なことは何ですか？
• A)短時間の過渡的な現象、解析対象をそのままモデル化する必要のある計算、構造と流体の相互作用の影響が強い問題、構造の破壊、大規模モデル、接触状況の不安定な問題、大変形・大ひずみ問題、大回転問題、非線形材料問題などが得意です。

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• Q)できないこと・苦手なことは何ですか？
• A)構造物や液体での熱の考慮（熱伝導、熱放射、熱伝達)、表面張力、乱流モデル、境界層モデル、粒子法には対応しておりません。苦手な計算は、流体と接する構造形状に極端に小さな隙間があるモデルは計算時間が掛かります。構造の隙間に流体メッシュを作成して計算するために要素数の増大、タイムステップが極端に小さくなるなどの理由で不向きです。

• 解析対象別の質問
• Q)ドロップテストの解析はできますか？
• A)製品の落下試験では、多くの分野でご利用いただいております。航空機から家電製品、携帯電話など様々な分野でご活用いただけます。

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• Q)津波の解析はできますか？
• A)津波による構造物の変形・破壊・移動など問題なく解析可能です。

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• Q)非常に高速な衝突現象も計算できますか？
• A)隕石や弾丸の高速衝突などの現象を解くことも十分に可能です。また、構造物が衝突により大きく変形するような計算も、流体材料に鋼材系の材料を使用する機能があり、有限要素法ではなく有限体積法として鋼材系の大変形解析も可能です。

• 並列計算についての質問
• Q)並列計算はできますか？
• A)3種類の並列計算方法をサポートしています。
  1)共有メモリ並列処理（SMP：Shared Memory Parallel）
  2)分散メモリ並列処理（DMP：Distributed Memory Parallel）
  3)SMP+DMP
  SMPは構造の並列計算に使用します。
  DMPは流体及び流体構造連成に使用します。
  SMP＋DMPは構造モデルサイズが大きい流体構造連成問題を解く場合に大型のサーバーを利用して使用しますが、モデルにより効果が出にくい場合もあります。
  

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• Q)並列計算はどのくらい効果がありますか？
• A)モデルによりますが一般的には、SMPでは最大8並列までは効果がありますが、並列数の上昇に伴い効率は低下します。DMPでは効率の低下は並列数の上昇に対して、２０%から４０％程度のオーバーヘッドが掛かることが多いですが、解析モデルに依存します。

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• Q)一般に高価な並列ライセンスは必要ですか？
• A)必要ありません。Dytranはジョブ単位でライセンスをチェックするのみで、ご利用いただける並列数に制限はなくマシンの上限まで利用可能です。

• 構造解析についての質問
• Q)静解析はできますか？
• A)Dytranは基本的には動解析ソフトウエアですので静解析に特化した機能はございませんが、初期条件・境界条件を工夫しダンピングなどを活用すると静解析に近い結果を得ることが可能な場合があります。

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• Q)接触解析は可能ですか？
• A)接触解析は標準でサポートしています。接触アルゴリズムに貫通法を使用しており、接触面での接触・乖離の状況が激しく変化するような場合でもロバストに計算アルゴリズムが働きます。マスタースレーブ接触、自己接触、アダプティブ接触の３種類があり、接触の特別なケースとして一般にグルー接触と言われているような糊付け接触（RCONN）も考慮可能です。

• 流体解析についての質問
• Q)定常流は計算できますか？
• A)非定常流を主な解析対象としていますが、初期条件・境界条件を工夫することで最終的に定常流となっている状態を再現可能です。

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• Q)静水圧をかけることはできますか？
• A)液体は重力により静水圧を持ち液面の高さによって圧力が変化します。初期状態で静水圧を入れることで液体内の圧力バランスが取れ精度の良い計算を安定して行うことが可能です。

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• Q)流体の計算で自由表面を扱えますか？
• A)Dytranは流体に対して有限体積法（FVM：Finite Volume Method）を使用しており、流体の表面を捉えるのに通常はVOF（Volume Of Fluid）法を用います。VOF法は有限体積要素内の流体の体積比率をもとに流体界面の形状を計算します。構造物と接する流体界面では、有限要素の母体積が小さくなりますので、その影響を考慮した体積比率での流体界面を表すことも可能になっています。

• 流体構造連成解析についての質問
• Q)Dytranでは、構造と流体を別々に計算しているのですか？
• A)Dytranでは、空間上では、構造物に対して構造ソルバーを使用し、流体があるところでは流体ソルバーを使用します。時間軸で考えると、構造ソルバーも流体ソルバーも同じ時間刻みで計算を行い構造と流体のソルバー間に時刻のズレはありません。構造―流体間はカップリングサーフェスにより圧力を伝達して相互に働く荷重をやり取りしています。

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• Q)構造ソルバーと流体ソルバーとのデータのやり取り設定として、特別に難しい設定やチューニング、カスタマイズは必要ですか？
• A)必要ありません。標準機能として用意されているパラメーターなどを設定すれば計算可能です。

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• Q)強連成のメリット・デメリットは何ですか？
• A)
  ・メリット
  構造コードと流体コード間のインターフェースとなるソフトウエアが存在せず、通常はデフォルトの設定で強連成解析が正しく行えるように作られていること、そのためインターフェースとなるソフトウエアの設定で解が変わってしまうということがありません。
  ・デメリット
  強連成では、時間マッピングをせずに構造コードと流体コードのタイムステップを一致させるためにどちらかのコードにおいて、過剰に精度高く計算することになり、その分計算効率が低下します。この効率低下を防ぐ機能として、一方のステップ計算の間引きをする機能があります。
  

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• Q)強連成と弱連成の大きな違いは何ですか？
• A)以下の4点について大きな違いがあります。
  ・時間軸上でのデータの同期（時間マッピング）
  ・空間上でのデータの同期（空間マッピング）
  ・データの受け渡し方法
  ・運動量保存則
  
  弱連成形式では、通常FEMコードとCFDコードはそれぞれ別々に構造と流体の計算を行い、ある時点で双方の結果を受け渡します。それぞれのコードは独自のタイムステップやメッシュを持っており、双方のコードの接続には特別の配慮が必要です。時間軸上では、同期できるタイミングは通常一致しませんので、一致させるための補間計算が必要です。これは空間上でも同じことで双方のメッシュのインターフェース面で圧力のマッピングが必要になります。これらの煩雑なデータの受け渡し計算を行うのがカップリング用のソフトウエアで、グルーコードとかカップリングコードと呼ばれているものです。カップリング用のコードは市販のものや内製のもの、CAEベンダーが提供するものなどがありますが、これらのソフトウエアの機能やその機能の使いこなしによって計算結果は変わってきます。
  
  強連成形式では、通常FEMコードとCFDコードは1つの製品としてパッケージされ1つのソフトウエアとして利用する形式が多くなっています。タイムステップはFEMコードとCFDコードで一致したタイミングを取り補間計算は必要ありません。空間上のインターフェース面では圧力のマッピングが必要ですが、マッピングする機能はコード内に含まれていることが一般的で、インターフェースの設定を標準に用意されている機能内で行うことで実現できるようになっています。そのため、データ受け渡し専用のソフトウエアは必要ありません。
  
  データの受け渡しについては、弱連成形式においては、あるサイクルで圧力の境界条件を構造側に渡すと構造側で変位を計算し流体側の境界条件が変わります。流体側では新たな境界条件で流体の計算が進み、次の同期サイクルで新たな圧力を構造側に渡します。このように弱連成形式では同一のサイクル内で構造と流体間の相互作用が働かず、サイクルを跨いでの相互作用となります。強連成形式では、サイクル内での相互作用を考慮します。圧力は構造表面に掛かるときに運動量保存則が適用されて、硬い構造材料では表面圧力は高くなり、圧力が低ければ構造の変形は小さくなるということが同一サイクル内で考慮されます。これにより、同期タイミングによる相互作用の遅れが原理的に発生しません。
  
  エネルギー保存則の観点から見ると、弱連成形式では、構造と流体間の運動量保存則を考慮しない（圧力のみを境界条件として渡す）ことが多いのに対し、強連成形式では圧力による荷重を時間積分して運動量の時間変化と一致させることで、運動量保存則が考慮されます。
  
  構造-流体間の相互作用の影響が無視できない問題では、強連成解析は必須となります。
  

関連リンク

解析事例：YouTube Dytran再生リスト

• MSC 英国 YouTube Dytran再生リスト
• MSC 米国 YouTube Dytran再生リスト
• MSC 日本 YouTube Dytran再生リスト

推奨プリポストソフトウエア

• Patran（DytranPreference）
• Apex（CADデータクリーンナップ＋メッシング＋BDF生成に利用可能）

社外ポストツール

• ParaView（OSSオープンソースソフトウエア）
• ANSYS EnSight（データインターフェース一覧－FEA）

コンパイラー

• INTEL（ソフトウエアベンダー：製品名とコンパイラーバージョンの対応マッピング表）
• XLSoft（プロバイダー：価格表）

SaaS型のクラウドサービス

• Rescale（Dytran動作実績有り）
• Rescale by CTC
• Rescale by CAEソリューションズ
• FUJITSU TCクラウド（他MSC製品動作実績有り）
• iSiD PLEXUS CAE（他MSC製品動作実績有り）

PaaS型のクラウドサービス

• 公益財団法人 計算科学振興財団 FOCUS（Dytran動作実績有り）

IaaS型のクラウドサービス

• IBM Bluemix（Dytran動作実績有り）
• AmazonAWS（Dytran動作実績有り）
• Microsoft Azure（他MSC製品動作実績有り）

Dytran取り扱い代理店

• MEITEC（CAE技術サービス）
• FUJITSU（ソリューション一覧：連成解析）

MSCワールドワイドコンサルタント：Dytranエキスパート

• CAE Lab

受託解析等のご相談に応じています。以下のメールリンクよりお問い合わせください。

問い合わせ エムエスシーソフトウェア(株)　マーケティング部　TEL: 03-6911-1218