ADVENTURE_Solidの概要

第 3 回 ADVENTURE 定期セミナー
2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
ADVENTURE_Solid
の概要
九州大学
塩谷隆二

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
History of Adventure_Thermal
1996 Massively Parallel Computing for Large Scale Finite Elements R.Shioya
1997-2002 Adventure Project
2000.12.01 AdvSolid-0.8b
2001.03 バランシング領域分割法による並列有限要素解析荻野正雄
2001.11.14 AdvThermal-0.2b
2002.03.01 AdvThermal-0.3b, AdvSolid-1.0(BDD)
2003.09.16 AdvSolid-1.1
2004.01 領域分割型有限要素法による超並列計算荻野正雄
2005.07.11 AdvThermal-1.0(BDD)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Functions of ADVENTURE_Solid
[ 機能 ]
静弾性 / 静弾塑性 / 大変形応力解析
対角スケーリングないし BBD 前処理付き階層型領域分割法版
及び対角スケーリング付き並列 CG 版
[ 開発・実行環境 ]
OS : Unix, Linux
コンパイラ : C
通信ライブラリ : MPI

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )ADVENTURE_Solid
Steady / Non-steady Heat Conductive Analysis with HDDM
Version 1.1
プログラム使用マニュアル
1 概要
• 線形方程式ソルバとして HDDM 、並列 CG 法および BDD (Balancing Domain
Decomposition) 前処理つき HDDM [5, 6, 7] の 3 種類が使用可能である。
•HDDM ソルバによる並列実行では、動的な負荷分散が可能である。
• 解析種類は弾性 / 弾塑性 / 幾何学的非線形応力解析。
• 弾塑性 / 幾何学的非線形解析は荷重 / 変位制御による増分法。
• 非線形解析には、後退型 Euler 法による応力積分とコンシステント接線剛性を使用
。
•4 面体、 6 面体のそれぞれ 1 次、 2 次ソリッド要素に対応。
• 対応プラットフォームは Unix, Linux 。
• 並列処理ライブラリには MPI [8] を使用し、 MPP やネットワークにより接続され
た
PC またはワークステーションといった多様な並列環境に対応する。

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
(1) メッシュデータの作成 (ADVENTURE TetMesh)
ADVENTURE TetMesh を用い、解析対象に対してメッシュ分割を行う。他のメッ
シュ分割プログラムや、手動で作成したメッシュも、フォーマットを変換すること
で取り込むことが可能。
(2) 境界条件の設定 (ADVENTURE BCtool)
ADVENTURE BCtool を用い、解析対象のメッシュに対して境界条件を付加する。
物性値の設定もここで行う。
(3) 領域分割 (ADVENTURE Metis)
ADVENTURE Metis を用い、一体型の解析モデルより階層型に領域分割された解
析モデルを作成する。並列処理が可能である。
(4) FEM 解析 (ADVENTURE Solid)
領域分割された解析モデルを入力として、 ADVENTURE Solid により有限要素法
解析を行う。並列処理が可能である。
(5) ポストシステム (ADVENTURE Visual)
ADVENTURE Visual を用いて解析結果を可視化する。並列処理が可能である。

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
2 線形方程式ソルバと並列方法
2.1 線形方程式ソルバ
•CG ソルバ
部分領域内部および領域間境界によらず、全ての自由度に対して CG 法を
用いて解く。前処理には対角スケーリングを用いている。
•HDDM ソルバ
各部分領域内部については直接法で、部分領域間の境界上の自由度について
は CG 法で解く手法である。また、 CG 法の前処理としては対角スケーリ
ングを使用している。
•BDD ソルバ
HDDM ソルバに対して強力な前処理手法であるバランシング領域分割法
(BDD) を採り入れた解法である。部分領域前処理として Neumann 型前処
理を行なう BDD ソルバ、対角スケーリングを行なう BDD-DIAG ソルバ
とがある。以下では、 HDDM ソルバや CG ソルバと比較する場合は両者を
合わせて BDD ソルバと示すことがある。

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
2.2 並列方法

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
領域 0
領域 1
領域 2
領域 3
部分 0
領域 4
領域 5
領域 6
領域 7
部分 1
CPU1
図 2 ：領域の CPU への割り当て―シングル版
シングル版 ( モジュール名 : advthermal-s)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
領域 0
領域 1
部分 0
CPU1
領域 6
領域 7
部分 3
CPU4
領域 8
領域 9
部分 4
CPU5
領域 2
領域 3
部分 1
CPU2
領域 4
領域 5
部分 2
CPU3
図 3 ：領域の CPU への割り当て―静的負荷分散版
静的負荷分散版 ( モジュール名 : advthermal-p)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
領域 1
領域 2
領域 3
部分 0
領域 0
CPU1
親 1
領域 5
領域 6
領域 7
部分 1
領域 4
CPU2
親 2
領域 0
領域 3
領域 2 領域 1 領域 4 領域 5 領域 6
領域 7
CPU3 CPU4 CPU5
子 1 子 2 子 3
図 4 ：領域の CPU への割り当て―動的負荷分散版
動的負荷分散版 ( モジュール名 : advthermal-h)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Hierarchical Domain Decomposition

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
2.3 ソルバの特徴
・並列 CG ソルバ
　領域分割時には部分内の領域数を 1 として分割しておく .
　前処理が単純であるため、一般に多くの反復回数を必要とする .
・ HDDM ソルバ
　 CG 法の前処理として対角スケーリング前処理を使用している .
・ BDD ソルバ
　非常に強力な前処理法である BDD 法を使用している .
・ BDD-DIAG ソルバ
　 BDD 法における Neumann-Neumann 前処理を対角スケーリングに置き換えた修正
　　
　 BDD 法を使用している .
・ IBDD ソルバ
　 BDD 法に不完全コース問題を採用した改良 BDD 法を使用している .
ソルバ実行時オプション
BDD -solver bdd
BDD + 不完全コースマトリクス -solver bdd -iLU
BDD-DIAG -solver bdd-diag
BDD-DIAG + 不完全コースマトリクス -solver bdd-diag -iLU

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
BDD における領域分割数
"Part" 数は並列処理の手法 , 使用するノード数や計算機環境に基づいて決定され
る .
"Domain" 数は , 計算処理に必要とされるメモリに基づいて決定される .
細かく分割すればメモリの使用量を少なくできる .
静的負荷分散版の場合 , 1 領域あたりの要素数が 60-120 のとき
BDD ソルバまたは BDD-DIAG ソルバを使用することで最良の性能を得ることが
できる .
動的負荷分散の場合その数は 150-250 である .
subdomainpart
element
NN
N
n
×
=
n ： 1 領域あたりの要素数
Nelemnt
　：総要素数
Nsubdomain
：領域分割数
Npart
　　：部分数

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
3 解析機能
ADVENTURE Solid は、材料特性として弾性解析、弾塑性解析、また幾
何学的非線形性として、大変位、大ひずみを取り扱うことが出来る。これ
らの可能な組合せは以下のようになっている。
• 線形弾性解析
• 弾性大変位微小歪み解析 (Total Lagrange 法 )
• 弾性大変位大歪み解析 (Updated Lagrange 法 )
• 弾塑性解析
• 弾塑性大変位微小歪み解析 (Total Lagrange 法 )
• 弾塑性大変位大歪み解析 (Updated Lagrange 法 )

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
3.1.2 要素
•4 面体 1 次要素 (1 積分点 )
•4 面体 2 次要素 (4 または 5 積分点 )
•6 面体 1 次要素 (8 積分点、オプションで体積歪みまたはせん断歪みに関
する次数低減積分 )
•6 面体 2 次要素 (27 積分点 )
3.1.3 境界条件
• 節点強制変位
• 節点集中荷重 ( 面荷重は ADVENTURE BCtool にて節点集中荷重に変換
する )
3.1.4 体積力
重力による自重を付加可能である。

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
3.2 線形弾性解析機能　 3.2.1 熱応力解析　 3.2.2 材料モデリング
• ヤング率
• ポアソン比
• 質量密度 ( 自重負荷時に使用 )
• 線膨張係数 ( 熱応力解析時に使用 )
• 参照温度 ( 熱応力解析時に使用 )
3.2.3 解析結果出力
• 変位 ( 節点 )
• 反力 ( 節点 )
• 応力テンソル ( 要素 / 積分点 / 節点 )
• 相当応力 ( 要素 / 積分点 / 節点 )
• ひずみテンソル ( 要素 / 積分点 / 節点 )
• 主応力とその方向ベクトル ( 要素 / 積分点 / 節点 )
• 主ひずみとその方向ベクトル ( 要素 / 積分点 / 節点 )

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
5 実行方法
% advsolid-s ./sample_data/cube_p2d2
% mpirun –np 5 advsolid-h ./sample_data/cube_p2d2
% mpirun –np 2 advsolid-p ./sample_data/cube_p2d2
5.1 入出力ファイル名
デフォルトでの入出力ファイル名は以下のようになっている。 data dir が
ADVENTURESolid 実行時の必須引数として指定する、入出力データファイ
ルのトップディレクトリであり、各ファイルはこの data dir 以下に置かれる。
◦ 解析モデルファイル :data dir/model/advhddm_in_P.adv
◦ 最終解析結果ファイル :data dir/result/advhddm_out_P.adv
◦ 増分ステップごとの解析結果ファイル :data
dir/result/advhddm_incrout_S_P.adv
◦CG リスタートファイル :data dir/cg-res/advhddm_cgres_P.adv
◦ 増分ステップリスタートファイル :data dir/incr-

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
6 コンパイルとインストール•
$(HOME)/ADVENTURE/
bin/advsolid ADVENTURE_Solid 実行スクリプト
bin/advsolid-s シングル版 ADVENTURE_Solid
bin/advsolid-p 並列・静的負荷分散版 ADVENTURE_Solid
bin/advsolid-h 並列・動的負荷分散版 ADVENTURE_Solid
bin/log2cnv-cg, log2cnv-nr, log2info ログファイル解析スクリプト
bin/advshow ADVENTURE Format File のテキスト化ツール
bin/hddmmrg 解析結果データの一体型へのマージツール
doc/AdvSolid/manual-jp.pdf 日本語マニュアル
doc/AdvSolid/README, README.eucJP, copyright テキスト形式のドキュメ
ント
$(ArchiveDir)/
doc/ ドキュメント
solver/ ソースファイル
libfem/ FEM ライブラリファイル
sample_data/ サンプルデータ
tools/ ツールファイル

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/hddm_types.h
typedef struct {
int partid; /*+ Part ID +*/
int domid; /*+ Subdomain ID +*/
int gdomid; /*+ Global Subdomain ID +*/
int elmtype; /*+ Element type +*/
int elm_dim; /*+ Dimension of the element +*/
int nd_elm; /*+ num nodes in a element +*/
int elms; /*+ num of elements +*/
int nodes; /*+ num of nodes +*/
int node_dim; /*+ dimension of node coodinate +*/
int ndisp; /*+ num of bcdisp +*/
int nload; /*+ num of bcload +*/
int ninbd; /*+ num of inbc +*/
int ifn_dim ; /*+ dim. of inbc +*/
int nsharenode; /*+ num of share nodes +*/
int* nop; /*+ connectivity +*/
int* ndindex; /*+ Node ID index (Subdomain -> Part) +*/
Bcnd* bcdisp; /*+ array of bcdisp +*/
Bcnd* bcload; /*+ array of bcload +*/
} DomMesh;

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
typedef struct {
int n_part; /*+ num part +*/
int partid; /*+ part ID +*/
int n_domain; /*+ num subdomains +*/
int t_nodes; /*+ nodes in this part +*/
int node_dim; /*+ dim of node coordinate +*/
int t_infree; /*+ num of inbc assigned to this part +*/
int t_outfree; /*+ num of inbc assigned to other parts +*/
int t_insnode; /*+ num of share nodes assigned to this part +*/
int t_outsnode; /*+ num of share nodes assigned to other parts +*/
OPinfo* op; /*+ inter part inner bc info +*/
OPSinfo* opsn; /*+ inter part share nodes info +*/
double* crd; /*+ node coordinate +*/
double* crd2; /*+ node coordinate for ULF+*/
int* pndindex; /*+ Node ID index (part -> global) +*/
int global_t_nodes; /*+ num. global nodes +*/
int global_t_elms; /*+ num. global elements +*/
int global_t_domains; /*+ num. all domains +*/
DomMesh* dom; /*+ Sub domain meshes +*/
int* off_gdom ; /*+ GlobalDomID = domid (in ipart) + off_gdom[ipart] +*/
} PartMesh;

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/main.c
int main (int argc, char* argv[])
{
Static_Solver_AllInit(&argc, &argv, &nparts, &optsw, &cgoption,
Static_Solver(nparts, optsw, cgoption, outsw,
Static_Solver_Finalize(nparts, optsw, cgoption,
solver/static_solver.c
void Static_Solver(int nparts,
{
/***** Non-Linear loop. *****/
for (nl_step = 0; nl_step < get_total_nl_step(optsw); nl_step++) {
nr_conv = Static_Solver_AIncrStep(nparts, optsw,cgoption,
int Static_Solver_AIncrStep(int nparts, OptSolv optsw, CGOpts cgoption,
{
mynparts = get_my_npart();
HDDM_Solver(nparts, optsw, cgoption, &nr_norm, pmesh, pfield);

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/hddm_solver.c
void HDDM_Solver(int nparts, OptSolv optsw, CGOpts cgoption,
{
/**** Call a HDDM solver ****/
if (am_I_parent()) {
HDDM_Solver_Parent(nparts, sw_kpmat , optsw,
} else if (am_I_child()) {
HDDM_Solver_Child(sw_kpmat, optsw, cgoption);
} else {
Pfprintf(stderr, "%s: What am I???n");
Abort(-1);

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/hddm_solver.c
void HDDM_Solver_Parent(int nparts, int sw_kpmat,
{CGVector *cgvec ;
cgvec = MakeNewCGVectors(cgoption, pmesh);
while (cgloop - initial_cgstep <= cgoption.loop_max) { /**** CG loops. ****/
for ( ipart = 0 ; ipart < mynpart ; ipart++ ) { partsolv() ; }
if (sw_cg == CG_FIRST ) {
BDD_SolveCoarseProblem(pmesh, pfield, cgvec);
IncrementCGstep_step1(&optsolv, &cgopts, sw_cg, pmesh, cgvec, &gnorm);
CGSetBnorm(gnorm, REF_CGNORM_RESET_WAY) ;
set_cg_nr_norm0(gnorm, REF_CGNORM_RESET_WAY);
} else {
IncrementCGstep_step1(&optsolv, &cgopts, sw_cg, pmesh, cgvec, &gnorm);
}
IncrementCGstep_step2(&optsolv, &cgopts, sw_cg, cgvec ); /* Increment a CG step */
CGCheckConv(optsolv, &sw_cg, cgopts.tol, gnorm, &eps); /* Check convergence */
cgloop++;
PrepNextCGstep(sw_cg, pmesh, cgvec);
} /**** CG loop ****/

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/hddm_solver.h
#ifdef PARA_HDDM
#define partsolv(a, b, c, d, e, f, g, h) ppartsolv(a, b, c, d, e, f, g, h) ← advsolid-h
#else
#define partsolv(a, b, c, d, e, f, g, h) spartsolv(a, b, c, d, e, f, g, h) ← advsolid-p
#endif advsolid-s

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver /p_partsolver.c
void ppartsolv()
{
while(1) { /* domain loop */
COM_ReadInt( &sig, 1, &node, &type ) ;
if ( sig == SIG_RECVDOM ) {
if ( n_send < pmesh.n_domain ) {
send_dom(sw_cg, sw_kpmat, need_precon_setup,
} else { /* n_send == pmesh.n_domain */
sig = SIG_NODOM ; /* to Child */
COM_WriteInt ( &sig, 1, node, type ) ;
}
} else if ( sig == SIG_SENDRES ) {
recv_res(sw_cg, need_precon_setup, optsw, cgoption,
n_analyzed++ ;
}
} /* domain loop */

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver /s_partsolver.c
void spartsolv(int sw_cg, int sw_kpmat, int need_precon_setup,
{
/*=== DOM LOOP ===*/
for (i = 0; i< pmesh.n_domain; i++){
dmesh = SetDom4CG(optsw, sw_cg, i, pmesh, pfield, cgvec, sw_kpmat);
hddmmat = MkNewHDDM_SkylineMat(optsw, cgoption, dmesh, dfield);
/*=== FEM ===*/
domsolve(sw_cg, optsw, dmesh, dfield, hddmmat);

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver /p_partsolver.c
void HDDM_Solver_Child( int sw_kpmat, OptSolv optsw, CGOpts cgoption)
{
while(1) { /* CG loop */
while(1) { /* Domsolve loop */
recv_dom(sw_cg, sw_kpmat, &need_precon_setup, optsw, cgoption,
hddmmat = MkNewHDDM_SkylineMat(optsw, cgoption, dmesh, dfield);
/*=== FEM ===*/
domsolve(sw_cg, optsw, dmesh, dfield, hddmmat);
send_res(sw_cg, sw_kpmat, need_precon_setup, optsw, cgoption,

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/domfem.c
HDDM_SkylineMat MkNewHDDM_SkylineMat()
{
/* Make stiffness matrix gk */
skyline_mkindex(dmesh, &gk);
hddmmat_mkstiff(optsw, dmesh, dfield, &hddm_slmat, force);
/* Make decomposed stiffness matrix gk_inv */
skyline_mkreducedindex(optsw, bcdisp_table, gk, &gk_inv);
SKY_Decomposite(gk_inv, work);

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
void hddmmat_mkstiff(OptSolv optsw, DomMesh dmesh, DomField dfield,
{
/*+ Function: Make stiffness matrix itself +*/
for (i=0, nop=dmesh.nop; i < nel; i++, nop+=dmesh.nd_elm) {
fe_make_elm_k(ek, elm_crd, &state_var, &fe_material, &(optsw.feopt));
skyline_add_ek_to_gk(ek, nop, dmesh.nd_elm, dmesh.node_dim, hddmmat->gk);
make_elm_gravity_force_3d(&(optsw), elmf, elm_crd, &fe_material,
fe_mk_elm_thermal_force(elmf, elm_crd, elm_temp, &fe_material,

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
libfem/select_element.c
fe_make_elm_k(double* ek,
{
ft->make_elm_k(ek, crd, state_var, constant, option);
}
struct FuncTable
{
void (*make_elm_k)();
struct FuncTable FuncS3DTet10 =
{
&make_elm_k_tet10,

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
libfem/s3d_element.c
#if (ELEMENT_TYPE == S3D_TET4)
make_elm_k_tet4(
#elif (ELEMENT_TYPE == S3D_TET10)
make_elm_k_tet10(
for ( intg = 0 ; intg < N_INTG ; intg++ ) {
mk_df_20( fx, fy, fz, &detj, xe, ye, ze, ps[ix], ps[iy], ps[iz] ) ;
weight = wt[ix] * wt[iy] * wt[iz] * detj ;
MK_B_MAT( b, fx, fy, fz ) ;
work[i][j] = d[i][0] * b[0][j]
ek[ i*(i+1)/2 +j ]+= ( b[0][i] * work[0][j]

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
solver/domfem.c
void domsolve(int sw_cg, OptSolv optsw, DomMesh dmesh, DomField,
{
/*+ Function: FEM solver for a subdomain +*/
put_neg_bcdisp_to_vec(dmesh.ndisp, dmesh.node_dim, dmesh.bcdisp,
skysl1_add_multvec(hddmmat.gk, reac, disp);
SKY_MkSolution(hddmmat.gk_inv, disp);
put_bcdisp_to_vec(dmesh.ndisp, dmesh.node_dim, dmesh.bcdisp, disp);
dary_op_sca(reac, matdim, OP_SUB, &dtmp);
skysl1_add_multvec(hddmmat.gk, disp, reac);

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
開発中バージョン
AdvSolid-1.09
非定常
AdvThermal-1.01
物性値の温度依存
境界条件の時間依存

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
• Two example problems for time dependent
boundary conditions and temperature dependent
material properties

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Heat Equations
vectorNormal:n
][retemperatuExternal:
)][kcal/(sectcoefficienferHeat trans:
generationheatInternal:
)]/([heatSpecifice:
][kg/mmDensity:
][onappliedeTemperatur:u
sec)]/([onappliedfluxHeat:Q
retemperatuofderivativeTime:
t
u
]/(sec[tyconductiviThermal:
rflux vectoHeat:q
][eTemperatur:
2
C
3
u
2
Q
Cu
Cmm
f
CkgkcalC
C
mmkcal
Cmmkcal
Cu
o
C
o
o
o
o
o
⋅⋅
⋅
Γ
⋅Γ
∂
∂
⋅⋅
α
ρ
λ
(5)on
(4)on0
(3)on0)(
(2)indiv
(1)ingrad
u
_ Q
Γ=
Γ=−⋅
Γ=−−⋅
Ω+−=
∂
∂
Ω−=
uu
Qnq
uunq
fq
t
u
c
uq
CCCα
ρ
λ
uΓ

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Example Problem (1/2)
Outer radius 110 mm
Inner radius 100 mm
Convection b.c.
Inner side has convection boundary
conditions.
Other sides are of natural
boundary conditions.
#elms:8941
#nodes:14491
#nodes per element : 10
100mm
110mm
flow
2D problem
3D problem

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Time dependent external temperature of the
heat convection boundary conditions.
Time vs Temperature
0
100
200
300
400
500
600
0 50 100 150
Time (s)
Temperature(C)
系列1
Heat conductivity : 4.8*E-6 W/mm K.
Specific heat : 0.133 J/kg K.
Heat transfer coefficient : 4.2E-6 W/mm2
K.

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Temperature dependent material properties :
Temp. ( C) Heat conductivity
(W / mm K)
Spec. heat
(J/kg K.)
Density
(Kg/ mm3)
300.0 4.37E-6 0.129 7.90E-6
350.0 4.53E-6 0.131 7.88E-6
400.0 4.70E-6 0.132 7.86E-6
450.0 4.86E-6 0.133 7.83E-6
500.0 5.02E-6 0.134 7.81E-6
550.0 5.18E-6 0.136 7.79E-6
600.0 5.34E-6 0.138 7.76E-6
Temp.(C) 300.0 400.0 500.0 600.0
Heat trans. coef.
(W / mm2 K)
4.5E-6 4.3E-6 4.1E-6 3.9E-6
Table 01
Table 02

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
0 sec 2 sec
14 sec
20 sec
110 sec
40 sec
10 sec
Temperature Distributions

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Example Problem 2/2 QΓ
Domain Decomposed Mesh
CΓ
)0( =Q
Model geometry: 4000 X 4000 X 8000 mm
Mesh : 85,083 nodes, 43,230 elements, 6 parts
Initial temperature : 15 o
C
Boundary Conditions :
Inner surface : Convective heat transfer
Other surfaces : Natural boundary conditions
Convective heat transfer depends on time.
(10).equationsatisfyand
71.70:sizemeshMinimum
sec,200:incrementTime
ht
mmh
t
∆
∆

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Material Properties
Temp.
(0
C)
Thermal
conductivity
[Kcal/(mm o
C
sec)]
Specific
Heat
[Kcal/(kg C]
Density
[Kg/mm3
]
0.0 1.036e-5 0.110 7.85e-6
15.0 1.03e-5 0.111 7.85e-6
500.0 8.24e-6 0.139 7.85e-6

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Boundary Conditions
Heat transfer coefficient profile
Sink temperature profile
X-coordinate
X coordinate
cα
Cu

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Temperature Distribution(1/3)
(an increase in temperature)
1 hr
3 hrs

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
10 hrs
3 hrs
20 hrs
Temperature Distribution (2/3)(constant temperature)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Temperature Distribution(3/3)(a decrease in temperature)
21 hrs
22 hrs
23 hrs

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
汎用 CAE システムによる
地球シミュレータ上での大規模構造解析
九州大学　　塩谷隆二
　　　　　　　　荻野正雄

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
プロジェクトの目的
• 汎用並列有限要素法解析システム
　 ADVENTURE の地球シミュレータ上へ
の実装
• 数億自由度モデルを用いた大規模非定常非
線形解析の実現
• 実験 , 解析不可能であった問題規模での現
象解明 , 産業界への貢献

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
ADVENTURE システムの概要
http://adventure.q.t.u-tokyo.ac.jp
（１）日本学術振興会未来開拓事業（ 1997.8-2002.3 ）の一
つ
　　　として東京大学、九州大学、慶應大学などの大学主導
の
　　　研究グループによって開発された。その後もオープン
ソー
　　　スＣＡＥシステム開発プロジェクトとして研究開発が
継続中
（２）プレ、メイン、ポスト、設計最適化などを兼ね備えた
システム
（３）数百～数億自由度メッシュによる大規模解析が可能
（４） 1,000 プロセッサの超並列計算機環境でも 90% を超
える高い

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
ADVENTURE システム (20 モジュール ) のリリース (2005.12.1)
http://adventure.q.t.u-tokyo.ac.jp
ADVonWin
ユーティリティ :
ADV_iAgent
ADV_Material
ADV_FEMAPtool
ADV_CAD 　　　　　　　　　商用 CAD
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　 ADV_TriPatch
ADV_TetMesh
ADV_BCtool
ADV_Metis
ADV_Solid / ADV_Thermal / ADV_Magnetic /
ADV_Fluid / ADV_sFlow / ADV_Impact / ADV_Forge
ADV_Visual
Blue : 並列モジュール
Italic : Ver.1 モジュール
Roman : Ver. β モジュール
ADV_IO
ADV_Opt/ADV_Shape
withADV_Auto

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
ABWR 原子炉容器の CAD モデルと 6 千万自由度メ
ッシュ
ノズル
インターナ
ル
ポンプ
メッシュ寸法 : 2mm ( 最小 ), 10mm
( ベース )

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
固定
x-Acceleration 1m/s2
X 方向加速度を受ける ABWR 炉容器の変形解析
地震荷重負荷時を模擬した解析
(3500 万自由度メッシュ )

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )地震応答解析
■ 1940 年 Elcentro 地震　 NS 方向
■ データ : 時間刻 0.02sec, サンプル 2688 点 (53.74
秒 )
■ 解析 : NS 方向→ Y 方向 , 229 ステップ (4.58 秒 )
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 32.0 36.0 40.0 44.0 48.0 52.0
Elapsed time [sec]
Acceleration
Z
Y
データ提供 : 日本建築センター , 86 年ビレルタ版
M. Ogino, R. Shioya, H. Kawai, S. Yoshimura, Seismic Response Analysis of Full
Scale Nuclear Vessel Model with ADVENTURE System on the Earth Simulator,
Journal of the Earth Simulator, Vol.2, pp.41-54, (2005)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
解析結果
0.8 秒後 (40 steps) 1.6 秒後 (80 steps)
0.0 –秒 0.96 秒

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
パンテオンモデル
( さらに 64 倍に細分割 )
FE Mesh (tetrahedron-quadratic)
Elements: 33,107,904
Nodes: 46,591,953
DOF: 139,347,567
古代建築物パンテオン
1 億 4 千万自由度モデル静応力解
析 .
古代建築物パンテオン
1 億 4 千万自由度モデル静応力解
析 .

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Iterations, Time, FLOPS using 2,048PEs.
Processors 2,048PEs (256Nodes)
Subdomains 10,240
Iterations 373
Times 577.0 sec
Memory 3.05 TB
V.OP Ratio 98.6 %
FLOPS
(to peak)
3.88 T
(24.26%)
FLOPS 値はモデル形状によるが ,
ピーク性能の 24-30% 程度を実現可能

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
これまでの成果
• ソルバープログラムの基礎部分を Hybrid 型に改良
- 64 ノードまで並列化率 99.98% (Flat 型と同等 )
• 3,500 万自由度原子炉圧力容器モデル非定常線形解
析
- 128 ノード上で 300 ステップを約 4.3 時間
( 昨年より 2.4 倍高速化 , より長い時間を解析 )
• 1 億自由度原子炉圧力容器モデル非定常線形解析
- 256 ノード上で 4 ステップを約 15 分
- 1 億自由度規模でも非定常解析は実現可能

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
CAD model.
RPV model
Cross section
Shroud
CRD housing
CRD: Control Rod Derive

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Mesh information.
Elements:
29,800,348 (quad-tetra)
Nodes:
50,660,053 (vertex+middle)
vertex: 7,592,003
middle: 43,068,050
Parts:
26
Volume:
2.79316e+11 [mm^3]
File size:
4.53GB (.gz: 1.21GB)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
Surface patch information.
Surface patches:
11,350,764
Surface nodes:
5,674,748
Surface edge groups:
26,867
Surface patch groups:
10,005
File size:
.fgr: 662MB (.gz: 203MB)
.pcg: 447MB (.gz: 165MB)
.pcg: 92MB (.gz: 28MB)
.trn: 42MB (.gz: 12MB)

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
内部構造物付き BWR モデル .
モデル作成協力 :
東京大学吉村研究室
( 株 ) アライドエンジニアリング
( 株 ) 東京電力
( 株 ) 日立製作所モデル ( 断
メッ
シュ
内部構造物

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
材料別一覧 (1/4).
材質 : 低合金鋼
ヤング率 : 19,600 kg/mm2
, ポアソン比 : 0.3 , 質量密度 : 7,860 kg/m3
部品
No.
構造物名体積 (m3
) 質量 (kg)
1 原子炉圧力容器
90.70 712,925
3 蒸気乾燥機異材継手部
8 シュラウドサポート異材継手部
材質 : インコネル鋼
, ポアソン比 : 0.3 , 質量密度 : 7,860 kg/m3
部品
No.
) 質量 (kg)
6 シュラウドサポート
1.93 152

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
材質 : ステンレス鋼
, ポアソン比 : 0.3 , 質量密度 : 7,860 kg/m3
部品
No.
) 質量 (kg)
5 炉心シュラウド 6.36 50,017
10 上部格子板 1.00 7,893
13 炉心支持板 1.16 9,127
18 燃料支持
1.18 9,316
22 周辺燃料支持
23 制御棒駆動機構ハウジング容器外側部
17.01 133,715
24 制御棒駆動機構ハウジング異材継手部
25 制御棒案内管 &
制御棒駆動機構ハウジング容器内側部
26 制御棒案内管－炉心支持板側部

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
材質 : 燃料
, ポアソン比 : 0.396 , 質量密度 : 4,933 kg/m3
部品
No.
) 質量 (kg)
15 燃料
46.83 231,000
16 燃料 - 上部格子板上側
17 燃料 - 上部格子板部
19 周辺燃料
20 周辺燃料 - 上部格子板部
21 周辺燃料 - 上部格子板上側

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
材質 : 剛体
部品
No.
) 質量 (kg)
2 蒸気乾燥器 33.38 40,000
4 気水分離機 & シュラウドヘッド 77.87 78,000
材質 : ギャップ
部品
No.
) 質量 (kg)
11 上部格子板 - 燃料異材継手部 1.60 -
12 上部格子板 - 周辺燃料異材継手部 0.090 -
14 炉心支持板 - 制御棒案内管異材継手部 0.18 -

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
2 億自由度モデルによる地震応答解析
[Mesh]
Elements: 29,800,348 (tetra-linear)
Nodes: 50,660,053
[Solve] 128 nodes (1,024 APs)
1 time step : 約 13 分 2.2Tflops ，
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 32.0 36.0 40.0 44.0 48.0 52.0
Elapsed time [sec]
Acceleration
1940 年 Elcentro 地震 NS 方向時間刻 0.02sec
データ提供 : 日本建築センター , 86 年ビレルタ版

2006 年 3 月 17 日 ( 金 )
今後の計画
• バーチャル実証試験を実現する
( 現在計算中のモデルの結果を受け , 産業界との
連携を密にする )
• 共有 - 分散メモリ活用型の並列化を完成させる
• 非定常非線形機能に対するチューニングを進める
• 熱流体解析 , 連成解析機能の実装

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