ALE法によるFSI — トラブルシューティング

ALE法で最も頻繁に遭遇するエラーだね。メッシュの変形が局所的に大きすぎてセルが裏返ってしまう状態だ。

デフォルトのUniform diffusivityだと、壁面変位が均等に伝播する。Boundary Distanceだと壁面から離れるほど拡散率が大きくなり、壁面近傍のセル（プリズム層など）の変形が抑制される。FSI問題ではこの設定がほぼ必須だよ。Fluent GUIでは Dynamic Mesh → Smoothing → Diffusion → Diffusivity Based On: Boundary Distance だ。

以下を順番にチェックしよう。

1. Under-relaxation factorを下げる: 0.5→0.3→0.1 と段階的に。密度比が小さいほど小さい値が必要

2. マッピングを確認: 構造メッシュと流体メッシュのFSI界面が空間的に一致しているか。ギャップがあると力の転送が正しくない

3. 初期条件を改善: 静的釣り合い状態（静荷重のみの定常解）からスタートする

4. 時間刻みを小さくする: 非定常問題の各ステップでの変化量を減らす

5. Ramping: 初期数ステップで荷重を線形に増加させる

System CouplingのGUIで「Mapping Visualization」を有効にすると、マッピング元と先のメッシュの対応関係が可視化される。未マッピング領域（Orphan point）が多い場合はメッシュの再配置が必要だ。

簡単なテストがある。一様流をFSI界面に処方的な振動変位を与えて（構造ソルバーなしで）計算する。メッシュが動いているだけで流れ場に変化がなければGCLが正しく満足されている。圧力やエネルギーに非物理的な変動が出たらGCL問題だ。

Fluent/STAR-CCM+では標準的にGCLが満足されるから問題になることは稀だけど、OpenFOAMのカスタムソルバーや独自コードでは要注意。特に時間積分が1次精度の場合にGCL誤差が顕在化しやすい。2次精度時間積分（Crank-Nicolson, BDF2等）を使うことで改善される。