MV-7021： MotionSolve/EDEMの連成シミュレーション

本チュートリアルでは、MotionViewを介したMotionSolveとEDEMの連成のセットアップと実行について学びます。

MotionSolveは、先進のバルク材挙動シミュレーションツールであるAltair EDEMとインターフェースをとる機能を有しています。EDEMは、砂、細礫、錠剤、草、岩石といった粉体の挙動を解析する離散要素法技術（DEM： Discrete Element Method）をベースとしています。 この解析法の詳細については、www.edemsimulation.com、およびMotionSolveユーザーズガイド内のMotionSolveでの離散要素法シミュレーショントピックをご参照ください。

本チュートリアルは、AltairのMotionSolve/MotionViewとEDEM両方の最低限の知識を前提としています。

必要条件
MotionSolveとEDEMとの間で首尾よく連成を行うには、以下の条件が必要です：
ソフトウェア バージョン
HyperWorks 剛体連成の場合は2019.1以降

弾性体連成の場合は2021以降
EDEM 剛体連成の場合は2019.1以降

弾性体連成の場合は2020.3.1以降
問題の定義
この問題は、中心軸回りにのみ回転が可能なホイールから成ります。ホイールのブレードに多数の粒子が衝突し、それを回転させています。ホイールはMotionSolveでモデル化され、粒子およびホイールと粒子との相互作用はEDEMでモデル化されます。最初に、剛体ホイールと粒子の相互作用を設定します。その後、ホイールを弾性体に置き換え、弾性体と粒子の相互作用を確認します。
ホイールと粒子のデータは以下の一覧に示すとおりです：
プロパティ 単位 値
粒子（バルク材）
半径 [m] 0.10
ポアソン比 [-] 0.25
密度 [kg/m3] 2500
せん断弾性係数 [Pa] 108
ホイール（装置材料）
ポアソン比 [-] 0.30
密度 [kg/m3] 7860
せん断弾性係数 [Pa] 80.77.109

Motionモデルのセットアップ

  1. mv_hv_hg\mbd_modeling\motionsolve\cosimulation\edemフォルダーにあるwheel.stepファイルを、自身の<作業ディレクトリ>にコピーします。
  2. MotionViewの新しいセッションを開始します。
  3. StandardツールバーのImport Geometry をクリックします。
    Import Geometryダイアログが表示されます。
  4. Fileブラウザを使って、<作業ディレクトリ>からwheel.stepを探して選択します。
  5. OKをクリックします。


    Figure 1. ホイール形状がインポートされた後のMotionViewでのモデル
  6. ConstraintツールバーのJointアイコンを右クリックします。
    Add Joint or JointPairダイアログが表示されます。
  7. ドロップダウンリストからRevolute Jointを選択します。
  8. OKをクリックします。
  9. 表示されたJointパネル内で、Body 1にwheel、Body 2にGround Bodyを選択します。
  10. OriginのPointコレクターをダブルクリックし、Bodies > Wheel > Inertia Propsに進んでcgを選択します。


    Figure 2. Pointダイアログを選択し、ホイールボディのCGを選択
  11. OKをクリックします。
  12. Alignment AxisタイプをVectorに変更し、Global Zを選択します。
  13. Project BrowserでSolver Gravityデータセットを選択し、Y方向のGravityを-9810に設定します。


    Figure 3. データセット - Solver Gravity
  14. モデルをwheel.mdlとして保存します。

EDEMモデルのセットアップ

次に、EDEMモデルをセットアップします。この例題におけるEDEMのモデリングは、以下の手順となります。以下でそれぞれ詳しく説明します：
  • バルク材料の定義
  • 粒子の形状の定義
  • 装置材料の定義
  • 装置形状の定義
  • 仮想形状 / 粒子ファクトリーの定義
  • 環境パラメータの定義
  • シミュレーションオプションの定義
  1. EDEM 2019.1以降を開きます。
  2. Creator TreeでBulk Materialを右クリックしAdd Bulk Materialを選択します。
    'BulkMaterial 1'という名称の新規材料が生成されます。材料プロパティは変更せずにおきます。
  3. Interactionの下の+をクリックします。
  4. ポップアップウィンドウ内のBulkMaterial1を選択します。
  5. Creatorツリー内のBulkMaterial1（今しがた追加された）を右クリックし、Add Particleを選択します。
  6. Creatorツリーの下のセクションにあるShape LibraryからSingle Sphereを選択し、Physical Radius (m)を0.1に設定します。


    Figure 4. 粒子のShape Library
    1. Optional: 粒子サイズの変更した場合、Viewパネルのを選択して粒子のビューをリセットすることが可能です。
  7. Creator TreeのNew Particle 1の下のPropertiesに進み、Auto Calculationを選択します。
    これで、粒子の形状が定義されます。次に、ホイールの材料プロパティを表す装置材料をEDEMで定義します。
  8. Creator TreeでEquipment Materialを右クリックしAdd Equipment Materialを選択します。
    'EquipmentMaterial 1'という名称の新規材料が生成されます。
  9. Solids density()を7860に、Shear Modulus(G)を80.77e9に変更します。
  10. Interactionの下の+をクリックします。
  11. ポップアップウィンドウで、BulkMaterial1にOKをクリックします。
  12. 上部のツールバーでStart Coupling Serverアイコンをクリックし、連成サーバーをオンにします。


    Figure 5. 連成サーバーをオンに
    この設定により、MotionViewとMotionSolveの連成が可能になります。
  13. MotionViewに戻り、Bulk Material InterfaceツールバーのEDEM Subsystemアイコンをクリックします。


    Figure 6. EDEM Subsystemツールバー
  14. 表示されたパネルの右側で、EDEMサーバーを定義します。
    1. EDEMサーバーに、LocalまたはRemoteのいずれかを選択します。Localは、EDEMとMotionView/MotionSolveが同じマシン上にある際に選択します。Remoteは、EDEMが別のマシン上にある際に選択します。
    2. Remoteが選択された場合、バルク材との相互作用トピックで定義されるリモート連成の設定を定義する必要があります。
    3. Graphicsコレクターをクリックし、ホイールのグラフィックスを選択します。
  15. Transfer to EDEMをクリックします。
  16. EDEMグラフィカルユーザーインターフェースに切り替え、インポートされる形状のプロセスを注視します。
  17. インポートプロセスが完了したら、ツールバーのView選択内でドロップダウンメニューをクリックし、-Zビューを選んでズームインします。


    Figure 7. ビュー選択
    グラフィック画面は下に示すように見えるはずです：


    Figure 8. EDEMでのホイール形状
    Creatorツリー内のGeometriesの下にあるコンポーネントを注視します。ホイールの名称は'component_0000'です。
    Note: MotionSolveとインターフェースを擁するコンポーネントについては、その名称が'component_0000, component_0001'のようなルールに従っていなければなりません。
    次に、粒子ファクトリーの形状をセットアップします。
  18. Creatorツリー内でGeometriesを右クリックし、Add Geometry、続いてPolygonを選択します。
    'New Section 1'という名称の形状が追加されました。
  19. PhysicalのTypeをVirtualに設定します。


    Figure 9. 粒子ファクトリーの多角形形状
  20. 'New Section 1'の下のTransformを選択し、下記のプロパティを設定します：
      位置 回転
    X 1.6 1.5708
    Y 1.7 0
    Z 0 0


    Figure 10. 多角形のセクションの変換
  21. 'New Section 1'の下のPolygonを選択し、下記のプロパティを設定します：
      長さ
    Edge A 0.2
    Edge B 0.2


    Figure 11. 多角形のプロパティ
  22. New Section 1を右クリックし、Add Factoryを選択します。
  23. Target number (per second)を5に設定します。
  24. Positionでbccを設定します。


    Figure 12. ファクトリーの追加
  25. ギアのアイコンをクリックし、Position - Lattice Parametersダイアログを表示させます。
    1. Start Pointの下で、X、Yをそれぞれ1.6、1.7に設定します。
    2. 残りの欄はデフォルト値に設定されたままにします。


    Figure 13. Position - Lattice Parameters
  26. Creator TreeでEnvironmentを選択し、Gravity – Y を-9.81に設定します。


    Figure 14. 重力の設定
  27. Fileメニューもしくは上部ツールバーのSaveアイコンを使って、モデルをmodel.demとして保存します。

EDEMでのシミュレーションのセットアップ

  1. Simulatorに切り替えます。


    Figure 15. ツールバー上のSimulatorアイコン
  2. Auto Time Stepチェックボックスの選択を解除し、Time Stepを1e-5に設定します。


    Figure 16. シミュレーターの設定
  3. Estimate Cell Sizeをクリックし、与えられたセルサイズを受け入れます。


    Figure 17. セルサイズの推定
  4. Coupling Serverがオンであることを確認します。
    Tip: アイコン上でマウスを動かすと、“Listening on port 32969”に似たツールチップテキストが表示されるはずです。
これで、EDEMモデルをMotionSolveでシミュレートする準備が整いました。

EDEMシステムの作成

  1. MotionViewに戻ります。Message Logが表示されている場合は、オフにします。
  2. Discrete Element Methodパネルでホイールのグラフィックスが選択されている状態で、Create EDEM Systemをクリックします。
    'DEM 0'というシステムがMotionViewモデルに追加されます。このシステムには、MotionSolveがEDEMと連成するために不可欠なエンティティがすべて含まれています。
  3. でモデルを保存します。

シミュレーションの実行

  1. Runパネルに移動します。
  2. Simulation Settingsをクリックし、Transientタブに進みます。
    1. Maximum step sizeを0.001に設定します。
    2. Closeでダイアログを閉じます。
  3. End timeを10に変更します。
  4. Runボタンをクリックし、シミュレーションを開始します
    MotionSolveが起動され、EDEM側でもシミュレーションが始まります。シミュレーションプロセスは、EDEMでも見ることができます。


    Figure 18. シミュレーション中のEDEMグラフィックスクリーン
  5. シミュレーションの進行に伴うグラフィックス表示の更新を行うには、EDEMで上部のツールバーからAuto updateをクリックします。


    Figure 19. Auto update
  6. シミュレーションが完了したら、MotionSolveソルバーウィンドウを閉じます。

ポスト処理

EDEMで相互作用するコンポーネントについて、EDEMでAnalystページからアニメーション表示することができます。

  1. ツールバーのAnalystアイコンをクリックします。


    Figure 20. ツールバー上のAnalystアイコン
  2. 下部のツールバーでアニメーションをリセットします。


    Figure 21. EDEMのAnimationバー
  3. Animate Forwardsアイコンをクリックします。
  4. EDEM粒子の結果をHyperView H3Dに変換します。
    1. MotionViewで、EDEMメニューからGenerate H3D from EDEM resultsを選択します。
    2. DEMファイルを入力として指定します。
    3. OKをクリックします。
      model_edem.h3dというファイルが生成されます。
  5. HyperViewでアニメーションを可視化します。
    1. MotionView RunパネルでAnimateをクリックし、MotionSolve H3D結果をHyperViewウィンドウに読み込みます。
    2. HyperViewで、Load ModelパネルのOverlayチェックボックスをアクティブにします。
    3. Open Modelファイルブラウザを使って、作業ディレクトリからmodel_edem.h3dを探して選択します。
    4. Applyをクリックします（ポップアップする警告メッセージにはYesと答えます）。
    5. Start/Pause Animationボタンを使ってアニメーション表示します。

弾性体の連成

弾性体を使った連成シミュレーションの設定と実行は、前のステップで剛体を使った場合に行ったのと同じ手順で行います。
Note: 弾性体の相互作用を直接設定します。剛体の相互作用設定を最初に行う必要はありません。

対応するホイールの弾性体のH3Dファイルが用意されています。

  1. mv_hv_hg\mbd_modeling\motionsolve\cosimulation\edemフォルダーにあるflex_wheel_flex_blades.h3dファイルを、自身の<作業ディレクトリ>にコピーします。
  2. 弾性体には、以下のような特徴があります：
    • ローターの要素には、材料特性としてSteelが割り当てられています。
    • ブレードの要素には、Steelの10%の弾性係数と密度の材料特性を使用しています。
    • 中心の節点は、剛体（RBE2要素）によってローター内面の節点と接続されています。
    • 適切なモード表現のために、中心節点と各ブレード上の節点（任意）がインターフェース節点として選択されています。


    Figure 22.
  3. MotionViewウィンドウに戻ります。
  4. DEMシステム（DEM_0）を選択し、右クリックのコンテキストメニューDeactivate > Selected only.を使用して無効化します。
  5. モデルブラウザまたはグラフィックエリアから body (wheel_90000) を選択します。
  6. Bodyパネルから、Flex Body (CMS)をアクティブにします。
  7. 弾性体のH3Dファイルflex_wheel_flex_blades.h3dをGraphical sourceとして選択します。
  8. 確認のダイアログが表示され、Functional sourceと同じファイルを使用することを確定する場合は、Yesをクリックします。
  9. Nodes…をクリックします。
  10. Joint Markerの下のFind AllまたはFindをクリックして、弾性体の中心ジョイントの位置に対応する節点を検索します。
  11. ダイアログを閉じます。
  12. EDEM GUIでCreatorをクリックし、creatorのコンテキストに戻ります。
  13. 時間を0秒に戻します。
  14. wheel component (component_0000)を選択し、削除します。
  15. EDEMファイルをmodel_flex.demとして保存します。
  16. Simulator、をクリックします。Simulation TimeのTotal timeを5sに変更します（MotionView RunパネルのEnd timeと一致させる）。
  17. MotionViewで、EDEM Systemパネルを開きます。
  18. コレクターをBodyに変更します。wheel (flex)ボディを選択します。
  19. Transfer to EDEMをクリックします。
    弾性体はEDEMに転送され、flex_component_0000と表示されます。
  20. Create EDEM systemをクリックします。
    新しいDEMシステムが作成されます。
  21. Runパネルに移動します。XMLファイル名を wheel_flex.xmlに変更します。
  22. Runをクリックします。
  23. 実行が完了したら、ポスト処理のステップ4と5の手順に従って、結果を表示します。