レーザースキャン結果を活用した
モデルバリデーションプロセス（前編）

12th European LS-DYNA Conference 2019 で JSOL が発表した講演の内容を紹介します。
今回とりあげるのは、DIFFCRASH を用いた数値モデルのバリデーションプロセス効率化です。

近年は製品開発サイクルの加速やコスト・環境意識の高まりを受け、製品開発において CAE が果たす役割はますます増えています。さらに自動車業界では CASE（Connected, Autonomous, Shared, Electrification）が今後重要になると考えられており、それらにリソースを割くためにも、現在行われている業務を効率的にこなすことが求められていきます。

有限要素を含む構造計算が業務効率化に役立つ場面として、

・製品試作前に行う、簡易モデルを用いた仕様検討

・試作や製品ロットで問題が起きた際に行う、詳細モデルを用いたメカニズム解明やトラブルシューティング

などが考えられますが、どちらも「鍵となる現象を正しく表現する数値モデルを用いること」が前提です。この前提を満たしているかどうかを確認するバリデーション作業をいかに早く終わらせるかが、開発効率に大きく影響します。そこで、試験結果と計算モデルの比較における実際的な課題と、モデルと試験方法の妥当性を効率よく検証する方法をご紹介します。

下図は、クラッシュボックス落錘試験のシミュレーション結果（左）と実験結果（右）の比較です。
ムービーでは一見、現象が一致しているように見えますが、荷重カーブを見ると 4ms 付近からトレンドが大きく異なっていることが分かります。一般的に試験結果と計算結果は試験がすべて終わった後に比較されます。そのため、顕著な差が生まれた原因を動画から紐解こうとしても、不適当な画角や奥行きの計測困難などの要因で、差異発生の原因を動画から追及することは困難である場合が多いです。また、差異の原因に関する仮説を立てたとしても、実証するためには試験片の再調達が必要になることもあります。このように、試験結果と計算結果の差異を議論する材料の不足は、数値モデルのバリデーションに要する工数を増大させる要因のひとつになっています。

動画1. クラッシュボックス落錘試験のシミュレーション結果（左）と試験結果（右）

クラッシュボックス落錘試験のシミュレーション結果（左）と試験結果（右）

図2. 荷重カーブの比較

試験結果をシミュレーション結果と比較するにあたり、もう一点、注意すべき点があります。それは実験には必ずばらつきが含まれ、通常設計中央値を用いて行われるシミュレーションとまったく同じ条件である保証はどこにもないという点です。極端な例を挙げれば、上図カーブにおける差は大きいように見えますが、シミュレーションモデル側のパラメータを生産ばらつきレベルで調整することで実験結果が再現されるかもしれません。つまり、現実に起こるばらつきの再現度が不確定である以上「試験とシミュレーションからカーブ1本ずつを比較することにあまり意味はない」と言えます。

過去にばらつきを与え複数回計算した計算結果をモード空間上で可視化する手法をご紹介しました（DIFFCRASH を用いた 板成形におけるばらつき発生過程の可視化）。ここで、仮に、シミュレーション結果と同じように試験結果もプロットできるとします。そうすると、結果は下図にある2種類に分かれると考えられます。

図3. シミュレーション結果と試験結果のプロット例

左図に示すように試験結果がシミュレーション集団に含まれている場合には、実験・シミュレーションともにうまくいっていると考えられ、「シミュレーションで起きると予測された変形が実験でも起きた」といえます。一方で、右図のように試験結果がシミュレーション集団に含まれていない場合は、試験・シミュレーションのどちらかまたは双方に問題があり「シミュレーションで起きると予測された変形が、実験では起きなかった」と言えます。開発効率向上のためには、後者の場合に試験とシミュレーションのどちらに（または双方に）どのような問題があるかを素早く効率的に理解することが重要です。