paraviewでのせん断応力分布の表示について

[カビごん]

現在OpenFoamを用いて風波の流れ場や圧力場について研究しています。

上の画像はvectorgradient（速度勾配）をとったのものです。

圧力分布図とせん断応力分布図を比較するためにせん断応力分布図が必要なのですが、せん断応力であるstressが出せません。代わりに、compute derivativesフィルタを用いて

vectorgradientで表しました。

この表し方がせん断応力とは異なる理由と、正しい

stressの出し方を教えて頂けると幸いです。

[Hideaki Kominami]

kominamiです｡

文章の意味がわかりません｡

OpenFOAMの機能で“せん断応力”が直接に出力できない｡

だから、paraview で速度場の結果を使って速度勾配を出力した｡

というふうに読みとれます｡

そして、速度勾配の出力結果がせん断応力と異なると書いてあります。なぜ、存在しないものと比較ができるのか？　それが疑問です｡

2026年1月11日(日) 23:29 カビごん <soush...@gmail.com>:

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[カビごん]

kominami様

ご返信ありがとうございます。言葉が足りず申し訳ありません。

現在、私の教授の方から、｢Stressを使ってせん断応力分布を示して欲しい。｣と伝えられておりますが、OpenFOAMの標準出力項目には「Shear Stress」という物理量が直接含まれていないため、ParaViewの Compute Derivatives フィルタを用いて速度勾配（Vector Gradient）を算出し、これをせん断応力の指標として代用しております。

ニュートン流体において、せん断応力は \tau = \mu (du/dy) と定義されるため、速度勾配の分布は応力分布と相似であると認識しています。

しかし、学術報告書に載せる上で、単に速度勾配のMagnitudeを表示するだけでなく、粘性係数 \mu を考慮した物理量としての「せん断応力（Stress）」そのものをOpenFOAM、あるいはParaView上で正確に出力・算出する標準的な作法が別にあるのか、という点を確認させていただきたかった次第です。

現在表示している「速度勾配」の図を、「せん断応力分布」としてそのまま論じて差し支えないという認識でよろしいでしょうか。あるいは、推奨される別の出力方法等があればご教示いただけますと幸いです。

よろしくお願いいたします。

2026年1月12日(月) 18:19 Hideaki Kominami <jce0...@gmail.com>:

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[Hideaki Kominami]

kominamiです｡

1)

使っているOpenFOAM のバージョンがわかりませんが、postprocessのユーティリティの中にあるかもしれません｡

OpenFOAM Documentation - postProcess

https://doc.openfoam.com/2306/tools/post-processing/utilities/postProcess/

2)

paraviewのcalculator フィルターを使うと、粘性係数（スカラー）と速度勾配（ベクトル）との積が計算できます。粘性係数について、乱流粘性係数を使うか普通の粘性係数を使うかについては指導教官と相談してください｡

以上、よろしくお願いします｡

2026年1月12日(月) 18:32 カビごん <soush...@gmail.com>:

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[k k]

こんにちは。

何のソルバかわかりませんが、以下の方法で試してみてはどうでしょう。

１．例えばsimpleFoamの場合は、計算実行後に以下で各ステップでwallShearStressの分布が出たと思います。

（pimpleFoamなら各時刻）

simpleFoam -postProcess -func wallShearStress -noZero -noFunctionObjects

※v2406

２．https://doc.openfoam.com/2306/tools/post-processing/function-objects/field/wallShearStress/

こちらだともしかしたら境界面にしか値がでないかもしれません。

2026年1月12日(月) 18:54 Hideaki Kominami <jce0...@gmail.com>:

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[カビごん]

kominami様

ご返信ありがとうございます。また、具体的なアドバイスをしていただき誠にありがとうございます。

粘性係数については、LESを行っているので乱流粘性係数nutと普通の粘性係数どちらも合わせて計算する予定です。

paraviewのcalculator フィルターについては、何度か試行いたしてますが、計算式に速度勾配である

VectorGradientを入力するとこのようなエラーになります。

2026年1月12日(月) 18:54 Hideaki Kominami <jce0...@gmail.com>:

kominamiです｡

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[カビごん]

kk様

ご教示いただきありがとうございます。

使用しているソルバは interFoam です。

乱流モデルは LES（WALEモデル） を採用しております。

アドバイスいただいた postProcess -func wallShearStress を試してみます。

本解析は自由表面（水面）の応力分布を評価対象としているため、本コマンドで界面上の値が出力されるか確認いたします。

2026年1月12日(月) 19:56 k k <kusuko...@gmail.com>:

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[Hideaki Kominami]

カビごんさん

kominamiです。


＞VectorGradientを入力するとこのようなエラーになります。

このエラーについて、私が想像する原因は３つです。

１）
速度勾配が計算できていない。
・時刻0(初期状態)を対象にしていて速度場が無いため、速度勾配が計算できない。
→paraFoamで、Skip Zero Time オプションをONにしてください。

２）
Calculatorで参照している変数が間違っている。
・Cell値(FVM法の本来の値)とPoint値(ノード値)の２種類があります。
gradientフィルターの入力(scalar array)はCellですか？Pointですか？
calculatorフィルターの入力と出力について、Cell/Pointが揃っていますか？
→Cell/Pointを揃えてください。

３）私の書き方が不親切だったための勘違い。
・gradientフィルターの入力(scalar array)をU(ベクトル量)としたときは、成分Ui(i=1,2,3)それぞれについて勾配を計算し、出力が９個のスカラー量（∂Ui/∂Xj）になります。
CalculatorフィルターでU(ベクトル量)の大きさ(Umag)を計算したあと、gradientフィルターでUmag（スカラー量）の勾配を計算すると、出力は３個のスカラー∂Umag/∂Xjになります。



kkさんが紹介しているwallShearStressは、境界patch名を指定する必要があるため、境界面のみに限られると思います。しかも壁面境界条件のみに対応していたと思います。



ところで、
・自由表面（水面）は、液体の水が気体の空気から受ける抵抗力は無視できるくらい小さいから水面での速度勾配(せん断応力)はゼロに非常に近いはずですが、本当に水面の速度勾配（せん断応力）を評価する積りですか？　指導教官からの指示を勘違いして理解している懸念があったので聞いてみました。
・interFoamソルバーは、計算したVOF値が0.5の面を水面として見做しますが、その面はセル(検査体積)を横切ります。したがって、paraFoamのgradientフォルダーは使えないと思います。postprocessのユーティリティにあるとしても、internalMesh部分の速度勾配を求められるだけだと思います。
→ Contourフィルターで水面を描画すると、その水面での速度ベクトルと座標値が判るので、それを使って計算するプログラムを自分で作るしかないと思います。


それから
これまで私は inter系の多層流ソルバーをいくつか使ったことがありますが、相間の界面での速度勾配(せん断応力)を評価する必要が無かったため、これ以上のことは判りません。


以上、よろしくお願いいたします。

2026年1月12日(月) 20:07 カビごん <soush...@gmail.com>:

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[カビごん]

kominami様

ご教授いただきありがとうございます。

kk様、kominami様のアドバイスを参考に、ParaViewのCalculatorフィルターを用いて、自由表面における全せん断応力を算出いたしました。

具体的には、grad(U)フィルターから出力されたテンソル成分 grad(U)_0〜8 をすべて用い、分子粘性係数および乱流粘性係数（nut）の両方を考慮した以下の定義式により計算を実行しております。

τ = ρ( vw + vt ) × μdu / dy

wallShearStressに関しましては、実行してみましたが、壁面境界面のみに限定されるものでした。

指導教官からの指示を勘違いして理解している懸念があったのでは。という疑問に関しましては、本研究の目的は、界面における厳密な絶対値の特定そのものではなく、波の発達過程におけるせん断応力の空間的な分布特性を見ることでした。

そのため、ご提案いただいた自作プログラムによる厳密な算出については今後の課題としつつ、現段階ではParaViewの計算によって得られた分布傾向に基づき、波の斜面から峰にかけての応力集中などの物理現象を考察することといたしました。

これまで、私の解釈の間違いであったり、物理的な背景を踏まえて的確なご指摘をいただいたことに深く感謝しております。

2026年1月14日(水) 20:56 Hideaki Kominami <jce0...@gmail.com>:

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