CalculiX動解析 — トラブルシューティングガイド

CalculiX動解析でよくある問題と対処法をまとめる。

症状: 依存ライブラリのバージョン不一致でビルドが失敗する。

対処: 公式ドキュメントの推奨バージョンを確認する。Docker/Singularityコンテナ環境の利用を積極的に検討すべきなんだ。

症状: 残差が増大し計算が異常停止する。

対処: クーラン数(CFL)の確認と低減、緩和係数(relaxationFactors)の調整、メッシュ品質の改善。初期条件を物理的に妥当な値に見直す。

症状: 負の温度、非現実的な速度場、質量非保存。

対処: 境界条件の設定を再確認、単位系の統一を確認、離散化スキームの変更(upwind→limited linear等)を検討。

症状: プロセッサ間通信エラー、逐次実行との結果不一致。

対処: 領域分割手法と分割数の見直し、MPI実装の互換性確認、デッドロック回避のための通信パターン検証。

症状: Floating point exception (core dumped) でクラッシュ

考えられる原因:

• メッシュ品質が不良（非直交性が大きい）
• 初期条件が不適切（0割り等）
• 時間刻みが大きすぎる（CFL > 1）

対策:

• checkMesh で品質確認。非直交性 > 70°の要素を修正
• 初期条件をpotentialFoamで生成
• maxCo を0.5以下に設定

症状: 接触解析で要素面積ゼロのエラー

対策:

• 接触面の法線方向を確認（外向きであること）
• 微小要素の除去またはメッシュ修正
• *SURFACE INTERACTION のパラメータ確認

症状: 非線形解析で収束しない

対策:

• 荷重ステップを細分化（LIST_INST の間隔を小さくする）
• ニュートン法の最大反復回数を増加
• 材料パラメータの妥当性を確認
• RESI_GLOB_RELA の収束判定基準を緩和（ただし精度に注意）

対策:

• データをPVD/VTM形式で分割
• pvserverでリモートレンダリング
• Extract Block で必要部分のみ読み込み

1. エラーメッセージの完全な記録（ログファイルの保存）

2. 最小再現ケースの作成（形状・条件を単純化）

3. 既知のベンチマーク問題での動作確認

4. 前バージョンでの動作確認（ソフトウェアのバグの可能性）

• メッシュ品質指標の確認（アスペクト比、ヤコビアン、非直交性）
• 材料パラメータの単位系と値の妥当性
• 境界条件の物理的整合性（力の釣り合い、エネルギーバランス）
• 初期条件の妥当性

1. 最小構成（単一要素、単純形状）で解が得られることを確認

2. 荷重/境界条件を段階的に追加

3. 非線形性を段階的に導入

4. 問題が発生する条件を特定

• 反力の合計がゼロ（外力と釣り合い）であることを確認
• エネルギーバランスの確認（入力エネルギー ≈ 歪みエネルギー + 散逸エネルギー）
• 変位・応力のオーダーが手計算や理論解と一致することを確認
• 結果のメッシュ依存性が十分小さいことを確認

A: まずメモリ使用量を確認。メモリ不足の場合はアウトオブコア解法に切替。CPU負荷が低い場合はI/Oボトルネックの可能性。

A: 要素タイプ、積分スキーム、収束判定基準の差異を確認。同一条件での比較にはメッシュ変換の影響にも注意。

A: 応力特異点（ノッチ、角部）の存在を確認。特異点近傍ではメッシュ細分化しても値は収束しない→サブモデリングや応力線形化を適用。

うん、いい調子だよ！ 実際に手を動かしてみることが一番の勉強だからね。分からないことがあったらいつでも聞いてくれ。