ケーブルの腐食やクラックを考慮した固有振動解析(皆川)
昨年度の山本の研究の続き.ケーブルの腐食方法やimpactの与え方などを変化させる.できればクラックやサグの解析も検討する(参考資料あり) 昨年できなかった130mくらいの長いケーブルを要素分割し,衝撃を与えて,その固有振動モードや振動解析を行う.サグは新しく挑戦
・山本さんの卒論
ケーブル腐食をくり抜くことで再現
腐食の長さ・深さ・位置を変えて解析
・角田さんの修論
健全モデルと腐食モデルを使って、ケーブル破断時の連鎖崩壊挙動
C1~C14をそれぞれ破断させた時に崩壊するかの解析
ケーブル健全時・腐食時の動的増幅率(DAF)と荷重再分配率(LRR)の検討
振動解析を幾何学非線形を考慮して解析した。
理論値との誤差が非常に小さくなった。(理論値 1次:2.837Hz 3次:8.513Hz 5次:14.188Hz)
卓越振動数である2.83203Hzのsin波を与えた時の振動
卓越振動数である8.49609Hzのsin波を与えた時の振動
卓越振動数である13.7695Hzのsin波を与えた時の振動
①クラック深さ157.5mm
1次 2.83203Hz 3次 8.49609Hz 5次 13.7695Hz
②クラック深さ146.25mm
1次 2.83203Hz 3次 8.49609Hz 5次 13.7695Hz
③健全
1次 2.83203Hz 3次 8.49609Hz 5次 13.7695Hz
クラックでは固有振動数に変化はなかった。
昨年の山本さんの腐食モデルでは振動数が変化していたことを考えると、線密度が関係していそう。
腐食レベル2のケーブルは下のようにサビが入っていた。
そこでこのケーブルのメッキ部分を削り、どの程度腐食が進展しているかを見たところ鋼材部分には腐食が入っていなかった。
・300mm 7mmモデル
まずはサビがある部分のみを削り、サビの深さと幅をモデルで表現し引張解析を行った。
引張応力はσ=1164MPaとなり、健全時と同様の結果が得られ、サビによる影響は見られなかった。
・71000mm 315mmモデル
次に300mmモデルの腐食深さを45倍(315mm/7mm)、幅を236.7倍(71000mm/300mm)して71000mmモデルに腐食を再現し引張解析を行った。
引張応力はσ=1146MPaとなり、腐食による影響は見られなかった。
下の図形のように面接続と線接続で同じ結果が得られるかを確認した。
・振動解析
モード | 面接続 結果 | 線接続 結果 | 相対誤差% |
1次 | 3.125Hz | 3.125Hz | 0.29% |
3次 | 9.17969Hz | 9.17969Hz | 1.81% |
5次 | 14.7461Hz | 14.7461Hz | 5.36% |
・引張解析
面接続 引張応力σ=1152MPa、point71000での応力=1156MPa
線接続 引張応力σ=1152MPa、point71000での応力=1156.1MPa
振動解析、引張解析ともに面接続と線接続では同じ結果が得られた。
実際のケーブルに近づけるために下のように6角柱を7本・19本を一体化させてモデルを作った。
7本モデルでは半径60mmの円上に点を作って、底面の6角形を作った。
・振動解析
100MNの張力を与えての振動解析
1次 3.125Hz 相対誤差1.06%
3次 9.277Hz 相対誤差0.012%
5次14.844Hz 相対誤差3.99%
7本モデルの底面と同じ面積の円柱で振動解析を行ったところ、同じ結果になった。
・引張解析
引張応力σ=1152MPa point71000での応力=1156.8MPa
・振動解析
線結合でも面結合と同じ結果になった。
幅と深さを下の図のようにする。
まずは中央部に下にある、幅7種類と深さ6種類の計42種類の解析を回して結果を整理する。
・幅 ()内は長さに対する割合
①710mm(1%) ②3550mm(5%) ③7100mm(10%) ④14200mm(20%) ⑤21300mm(30%) ⑥28400mm(40%) ⑦35500mm(50%)
・深さ ()内は半径に対する割合
①15.75mm(10%) ②47.25mm(30%) ③78.75mm(50%) ④110.25mm(70%) ⑤141.75mm(90%) ⑥157.5mm(100%)
幅・深さ以外にも腐食の位置も固有振動数に影響してくると思うので、位置も変更して検討していく。
また、ボリュームが同じであれば、えぐり方(腐食の入り方)で固有振動数への影響は同じかを検討する。
下のグラフは、横軸に健全時のボリュームに対する腐食モデルのボリュームの割合をとり、縦軸に各モードの健全時の固有振動数に対する腐食モデルの相対誤差をとったもの
次のグラフは、上のグラフの横軸を直径に対する腐食深さの割合をとったもの
1段階目:固定条件と張力を設定し、ASSEMBLAGEの境界条件に固定条件と張力を入れた。
2段階目:impactを設定し、ASSEMBLAGEの境界条件に固定条件とimpactを入れた。(この時、ASSEMBLAGEのmass・stifnessの名前を1段階目と異なる名前にしなくてはいけない。)
今回の解析では由利橋の1/100モデルを使用した。
1段階目:固定条件と張力を設定し、ASSEMBLAGEの境界条件に固定条件と張力を入れた。
2段階目:固有振動解析(CALC_MODES)
y方向の振動数の結果は下の表のようになった。
1次 14.00Hz
2次 55.65Hz
3次 124.82Hz
4次 222.89Hz
5次 346.32Hz
今回の解析は由利橋の1/100モデルで行った。
①1段階目・2段階目ともにDYNA_VIBRAを使い、2段階目はETAT_INITありとなしの2通りをおこなった。
②1段階目STAT_NONLINE、2段階目DYNA_NONLINEを使い解析をおこなった。
結果は上のグラフと同じ振動数がでた。
指定面にPRESを与えるコマンドPRES_REPを使って解析を行った。
SIZZは与えたい張力分が入っていた。
PRE_EPSIについては3Dでも適用することができたが、σ=Eεで100MN分のPRE_EPSIを与えたが、SIZZ=1830MPaとなった。(1300MPaとなればOK)
PRE_EPSIでは正の値と負の値を両方を与えたが、どちらの解析も下の結果で同じになった。
今回の解析ではPRE_SIGMを使って解析した。(DYNA_VIBRA)
PRE_SIGMについては、impactなしで解析したところ与えたい張力が入っていたため張力のコマンドとしては使えそう。
固定の仕方を線固定にした。(張力は面載荷で与えた。)
固有振動数の理論値 f=6.37Hz 解析時間0〜30秒 細長比3544.91
時間 | 行うこと |
0〜5秒 | 張力(1N)をかける。 |
5〜14.99秒 | ケーブルを安定させる。 |
15秒 | 10Nの力を与える。 |
15.01〜30秒 | 卓越した振動を検出する。 |
張力0のモデルにインパクトを与えて、その結果をFFT処理した結果が下のグラフ
固有振動数の理論値 f=2.85Hz 解析時間0〜100秒 細長比251.7
時間 | 行うこと |
0〜5秒 | 張力(100MN)をかける。 |
5〜14.99秒 | ケーブルを安定させる。 |
15秒 | 100kNの力を与える。 |
15.01〜100秒 | 卓越した振動を検出する。 |
結果
Mesh50 ボリューム169538
中央部の振動数
波形を書かせるとおかしな波形となり、モードの推定ができなくなってしまった。
中央部(point35500)と張力を与えた部分(point71000)の15秒〜100秒の主応力の平均値、最大値、最小値を調べた。
中央部(point35500)
平均値99.6MN 最大値104.5MN 最小値98.7MN
張力を与えた部分(point71000)
平均値・最大値・最小値ともに95.6MN
上の解析のインパクトを100kN→1000kNに変更して解析を行った。
インパクトを与えた後(16.20s)の100kNの時のモードと1000kNの時のモードを表したものが下の画像である。(1000倍)
①張力100MN、インパクト100kN
②張力100MN、インパクト1000kN
③張力200MN、インパクト100kN
④張力200MN、インパクト1000kN
どの解析でも下のような同じ振動数が出力された。
両端に理論値である2.85Hzの振動を与える解析
ParaVISでモードを見ると下のようになり、微細な振動は見られたが大きな振動は見られなかった。
両端を固定しており、その部分に振動を入れているからだと思う。
長さ71000mm、張力100MNの弦の理論値である2.85Hzを中心の点に与えて解析を行った。
モードは以下のようになった。
振動を与えた後
16.41秒
16.58秒
17.94秒
中心に1.16Hzの振動を与える解析を行った。
振動を与える直前(14.99秒)
振動を与えた直後(15.5秒)
中心に3.2Hzの振動を与える解析を行った。~ [#t2afbbe4]
振動を与える直前(14.99秒)
振動を与えた後は下の2つの位相が繰り返された。
中心に1.16Hzと3.2Hzの振動を与えたときの比較 [#j7e3c02b]
振動を与えた点(中心部)のy方向変位
y方向の最大変位
1.16Hz:11070.7mm 3.2Hz:4837.51mm
y方向の最小変位
1.16Hz:-10744.2mm 3.2Hz:-4925.62mm
振動を与える位置のモデル
両端から5mmの位置に0.122Hzの振動を与える解析を行った。
振動モードは下のように、1次モードとなった。
両端から5mmの位置に1.16Hzの振動を与える解析を行った。~[#bed94dc2]
振動モードは下のように、3次モードとなった。
両端から5mmの位置に3.2Hzの振動を与える解析を行った。~[#t5a9716f]
振動モードは下のように、5次モードとなった。
張力の与え方は、今までの解析では面載荷(FORCE_FACE)で与えていたが、今回の解析では単位体積あたりの荷重(FORCE_INTERNE)に変えて、張力を100MNとして解析を回した。
FFT処理をすると以下のような結果となった。(理論値は2.85Hz)
張力を100MN→1000MNに変更して解析したが、下の結果と同じになった。
ビーム要素で由利橋健全ケーブル(長さ71000mm、半径157.5mm)の解析を行ったところ、固有振動数は以下のようになった。(理論値は2.85Hz)
梁の曲げ振動数の理論値と等しくなった。
100MNの張力を与えたときに475mmz方向に変位していたので、今回の解析ではz方向に475mm変位させた。
強制変位させることでも応力が入ることがわかったが、場所ごとに応力が異なっていた。
これまで通りインパクトを与えて、それで得た結果をFFT処理した結果が下のグラフ
強制変位させた場合の応力の入り方が初期張力のように入っているように見えたので、CALC_MODESを使って固有振動解析を行った。
1次モード 0.13Hz
2次モード 0.51Hz
3次モード 1.15Hz
4次モード 2.05Hz
5次モード 3.20Hz
張力が0の時とほぼ同じ結果となった。
これまでの解析では片側のみを引っ張って張力を与えていたが、今回の解析では両側を引っ張って張力を与えた。
結果を見ると、片側引張では完全固定部分で張力が小さくなっていたため両側引張の解析を行った。
両側引張では全体的にほぼ均一な張力が入っていたが、結果は張力0のものと同じ結果となった。
これまでのインパクトの与え方は15sで一気に与えていたが、今回は15s〜25sで一定の割合で100MNをかけ30sで開放させた。
振動後に面がz方向に垂直でないことで与えたい張力が与えられていないと考えたため、面を固定するためにケーブルをヤング率の大きいもので覆った。
右の表がインパクトを与えてMATLABで処理した時の結果(理論値は28.6Hz)
モード数 | 結果 | 理論値 | 理論値との誤差 | 梁の曲げ振動 | 曲げ振動との誤差 |
1次 | 21.9Hz | 28.6Hz | 23.4% | 19.2Hz | 14.1% |
2次 | 71.2Hz | 57.1Hz | 24.7% | 62.1Hz | 14.7% |
3次 | 147.8Hz | 85.7Hz | 72.5% | 129.6Hz | 14.0% |
モード数 | 結果 | 理論値 | 理論値との誤差 | 梁の曲げ振動 | 曲げ振動との誤差 |
1次 | 14.1Hz | 28.6Hz | 50.7% | 19.2Hz | 26.6% |
2次 | 56.2Hz | 57.1Hz | 1.6% | 62.1Hz | 9.5% |
3次 | 125.6Hz | 85.7Hz | 46.6% | 129.6Hz | 3.1% |
固有振動数の理論値 f=2.85Hz 解析時間0〜100秒
載荷線と腐食部分
クラックの解析は専用の解析方法があるらしいので、それでおこなっていく。
クラックは三角柱でくり抜いて表現した。(下の図はクラック角度が90°)
このモデルでは
角度一定でクラックの深さを0.25mm刻みで引張解析を行った。その時の各クラック深さの引張応力、クラック付近の最大応力、応力集中係が下のグラフ・表である。
応力集中の様子が下の図(クラック深さ3.5mm)
上の①〜⑤の解析のz方向変位と荷重の関係を表したものが下のグラフ
今回の引張解析は、9/27の引張解析のクラックと角度を同じにして由利橋モデルで行った。
角度一定、深さを11.25mm刻みで解析した結果が下のグラフ・表である。
①健全の鋼棒
まずは8/22の実験と同様に、下のジグで掴む部分をネジ状に溝を入れ、上の部分をメッキを剥がしておこなった。
・ひずみゲージから求めたヤング率
ひずみゲージNo1:E=197GPa
ひずみゲージNo2:E=204GPa
ひずみゲージNo3:E=203GPa
ひずみゲージNo4:E=221GPa
②健全の鋼棒
次に上下のジグで掴む部分を平面にして、実験をおこなった。
・ひずみゲージから求めたヤング率
ひずみゲージNo1:E=245GPa
ひずみゲージNo2:E=198GPa
ひずみゲージNo3:E=191GPa
ひずみゲージNo4:E=220GPa
③腐食レベル3
最後に上下のつかみ部のメッキを剥がした腐食レベル3の鋼棒を使って実験をおこなった。
・ひずみゲージから求めたヤング率
ひずみゲージNo1:E=239GPa
ひずみゲージNo2:E=226GPa
ひずみゲージNo3:E=215GPa
ひずみゲージNo4:E=191GPa
今回の引張実験では、鋼棒の下のジグ部分をネジ状に溝を入れ、上のジグの部分を亜鉛メッキを剥がして行った。
・ひずみゲージから求めたヤング率
ひずみゲージNo1:E=203GPa
ひずみゲージNo2:E=197GPa
ひずみゲージNo3:E=197GPa
ひずみゲージNo4:E=224GPa
・ひずみから求めたヤング率
ひずみゲージNo1:E=274GPa
ひずみゲージNo2:E=233GPa
ひずみゲージNo3:E=349GPa
ひずみゲージNo4:E=269GPa
・伸びから求めたヤング率
E=305GPa
何らかの原因で実験がうまくできていなかった。
ジグの部分をうまく掴ませるように工夫したい。
9/10 PRE_SIGMコマンドを使って解析した。静的解析だと張力が一定となるが、動的解析ではz方向フリー側の面が動いており、張力が一定にならなかった。
結果は1次0.097Hz、3次1.17Hz、5次3.22Hzだった。
9/12 imp100kN(5sから一定)、str(5sから一定)の時間設定でDYNA_NONLINEを使って解析した。point71000でのz方向変位とpoint35500でのy方向変位は、STAT_NONLINEとDYNA_NONLINEあまり変わらなかったので解析はDYNA_NONLINEで良さそう。
9/13 impact後の応力と変位について様々な点(y=0の点)をとって比較した。応力が波形で変化していることが謎だった。y=0の点だと波形が関係しないと思うが..
9/14 DEFI_FOND_FISSでクラック解析をした。1個ずつエラーを修正しながら進めていたが、修正する場所がわからないエラーが出てしまい苦戦中。
9/15 PRE_EPSIで解析した。正の値と負の値を入れた解析の2つをおこない、結果は応力・変位ともに符号が逆の値が出てきたが、FFTでは全く同じ振動数が出力された。
9/16 圧力をかけるコマンドPRES_REPを張力面にかけて解析した。SIGMはほしい値が出ていたが振動数は今までと変わらなかった。
9/17 先週の水曜日に青木さんが考えていただいたモデルで解析した。結合が必要なモデルであるためCompound_Meshしたが結合しなかった。
Liaisonで結合させたらうまくできた。Liaisonでは結合させたい物体どうしで大きい面を有する物体をGROUP_MA_MAITに入れ、もう一方の物体の結合面をGROUP_MA_ESCLに入れるとうまく結合させることができた。
8/27 振動解析において、張力を与える側がz方向に固定されていないことが原因かもと指摘をいただいたので張力を与え終わったあと(10s)でpoints71000で完全固定をした。
しかし、結果は0sから固定されており、張力→固定ができなかった。
8/28 引張実験をおこなった。①ネジ&メッキ剥がし②平面③腐食レベル3のメッキ剥がしでおこなった。20N/sの速度で50kNまで引っ張った。
8/29 昨日の引張実験の結果の確認をした。1200MPa前後で降伏していた。ジグの部分はメッキ剥がしが良さそうなので今後の実験はメッキ剥がしでおこなっていく。
8/30 象潟のPCラーメン箱桁橋の現場見学に行った。
9/2 振動解析では710mmモデルでFORCE_INTERNE→CALC_MODESをおこなった。1次で14Hz、2次で55.6Hz、3次で124.8Hzだった。良くない結果。
引張解析ではクラックの導入の仕方を調べた。今まではクラックを自分で作り指定する方法(DEFI_FOND_FISS)で進めていたが、クラック指定でのエラーが多発したためXFEMでもおこなってみた。
XFEMはクラックの大きさ、形、始点を指定することで自動でクラックを考慮してくれるものだと私は解釈している。
XFEMではクラック内に線要素があるというエラーがでた。(実際は指定したクラック内には線要素はない。)
9/3 振動解析では強制変位+100MNで張力を与えた。結果は振動数がとても大きくなった。張力も一定でなかった。
引き続き引張解析のクラックの導入の仕方を模索している。
9/4 クラックの導入の仕方でDEFI_FOND_FISSを使う場合、3Dではカットしておくべきなのか、クラックを入れたい部分に線・面を作るだけでよいのかの部分から不明。
INI_XFEM_ELNOに関するエラーが発生したがよくわからない。
9/5 振動解析では両端固定&FORCE_INTERNEの結果を確認した。points35500を境界線として圧縮と引張が入っていた。
9/6 振動解析において、張力側の面がz軸方向に垂直にならないことが原因ではないかと考え、cableの断面よりも面積の大きなplateを取り付けて解析した。
結果は0.195Hz、1.37Hz、3.61Hz、6.84Hz・・・となった。
9/9 振動解析について、時間で固定条件を変更して張力をかけ終わった段階で張力側の面を完全固定にする解析をした。
また、PRE_SIGMコマンドについて調べ、解析を回したところ、PRE_SIGMのみを入れた解析だと良い結果が出た。
8/8 千代岡さんが見つけた2段階解析を少し変更して(千代岡さんはETAE_INITで行っていたが、今回はそれを使わずにPOURSUITEを使った。)解析を行った。
今回の解析は1段階目に固定条件と張力を設定(loadとfunction)とASSEMBLAGEの境界条件に固定条件と張力を設定した。DYNA_VIBRAで解析した。2段階目にimpactを設定(loadとfunction)し、ASSEMBLAGEではmassとstifnessの名前を変更して解析した。(massとstifnessの名前を変更しないと、1段階目のmass・stifnessと2段階目のmass・stifnessでエラーが発生する。)
また、引張試験のジグの噛ませ方を調べたがまだ良い方法が見つからない。
8/9 所々変更しながら2段階解析を行った。
昨日行った2段階解析の結果をFFT処理した。結果は結果欄に書いたが、良い結果は得られなかった。
次に1段階目に張力をかけ、2段階目に固有振動解析(CALC_MODES)の2段階解析を行った。しかし、結果は良くなかった。
今日解析をして、千代岡さんと話していて疑問に思っていたETAT_INITについて少しわかった。ETAT_INITは、1段階目の終了時刻から2段階目の解析を継続させたい時に使うものだと感じた。
そのため私の解析では使えないかもしれない。(私の解析は1段階目に張力を100秒間かけ、2段階目は0秒から解析を始めたい。)
8/10 1段階目の解析をSTAT_NONLINEに変えて解析を行った。
また由利橋の1/100モデルでETAT_INIT内のINST_INITに0を入力し、ETAT_INITを使用して0秒からの解析を行った。
現在のところで、ETAT_INITについてわかっていることとしては、1段階目の解析の終了時間から2段階目の解析を始めるときはETAT_INITのみでOK。
1段階目の解析の時間の途中から2段階目の解析を始めるときはETAT_INITとINST_INITが必要。(ex:1段階目の解析が0〜30sであり、2段階目の解析を20sから始めたいときはETAT_INIT内にあるINST_INITに20を入力する。)
8/19 由利橋(71000mm)モデルでは容量が足りなくなってしまうため、由利橋の1/100モデルで2段階解析(STAT_NONLINE→DYNA_NONLINE)を行った。
また、引張解析について調べ、由利橋(71000mm)の健全モデルの解析をおこなった。明日、結果の見方を教わる。
8/20 由利橋の1/100モデルの解析結果を再確認した。DYNA_VIBRA(張力)→DYNA_VIBRA(impact)の解析では2段階目にETAT_INITあり・なしどちらでも1段階目の張力が反映されていなかった。
STAT_NONLINE(張力)→DYNA_NONLINE(impact)では1段階目の張力が反映されていた。しかし、結果は変わらなかった。
また、引張解析のCrackの与え方をいろいろ試してみた。三角柱がよさそう。Crackの角度や大きさはどの程度が良いかを確認する必要がある。
8/21 引張解析についていろいろと試した。降伏応力とひずみの関数のエラーが発生したが、応力を小さくすると直った。
8/22 引張実験をおこなった。鋼棒を掴む部分を①ネジのように溝を入れた方法②亜鉛メッキを剥がした方法③平たくした方法でおこなった。
①ネジのように溝を入れる方法では、溝は機械を使ってピッチを一番細かく入れた。
③平たくする方法では0.3mm分削った。
今日の引張実験では①②の鋼棒を使って実験をおこなった。
ジグの部分は滑っていないようだった。(今回の実験では20kNまでしか荷重をかけていない)
また、引張解析では90°クラックの解析を行った。引張応力は、負荷することができる最大の応力を探す必要があるが、今日の段階では400MPaで成功し、450MPaでは解析が回らなかった。
また、引張解析では90°クラックの解析を行った。引張応力は、負荷することができる最大の応力を探す必要があるが、今日の段階では420MPaで成功し、450MPaでは解析が回らなかった。
8/23 昨日の引張実験の結果をまとめた。途中までしか実験ができなかったが、これまでの実験よりもしっかりと掴むことができてそうだった。ヤング率もいい感じの数値となった。
引張解析については結果を見るときにどの点で見ればよいかを結果から考えた。健全モデルではどの点でもほとんど同じ値になっていたがクラックが入ると変わるかもしれない。
引張解析のモデルは片持ち式でおこなっている。
8/1 impactの位置を変えて解析したが、そもそも中心部以外にimpactを与えてよいのか確認する必要がある。
結果は今までと変わらなかった。
8/2 初期応力を与える良い方法がないか探した。PRE_SIGM(おそらく初期応力)のコマンドを見つけたが使い方がわからなかった。(使えたら良い結果が得られるかも)
PRE_EPSI(初期ひずみ)での解析を今度行ってみる。(初期ひずみを与えてからCALC_MODE)
千代岡さんと2段階解析について確認した。まずは出力した結果ファイルを読み込む場所を見つけることを頑張ろうということになった。
8/3 単位体積あたりの荷重(FORCE_INTERNE)についてもう一度確認してみた。
z方向変位が入れたい張力分の1/2の変位しか入らなかった。
8/7 PRE_EPSIについて解析を行った。結果は張力が入っていなかった。(0.12Hz、1.16Hz、3.20Hz)
PRE_EPSI(初期ひずみ)の与え方が違っていたかもしれないのでもう一度PRE_EPSIについて確認しなくてはいけない。
7/25 及川さんからいただいたケーブル要素の例をもとに解析を行った。
モデルを作るところから頑張りたい。
7/26 及川さんからいただいたケーブル要素のモデル(ケーブル4本&プレート)を少しずつ変えながら解析を行った。
・ケーブル4本にするとMUMPSのエラーが発生する。(ten1〜4はX,Y=0とX,Y,Z=0とFORCE_NODEを与えるの3つで解析した。)
・プレート&ケーブル1本のモデルにするとエラーが発生する。
・ケーブルに質点を与えた解析
→張力が圧縮として入っていた。また、1次モードの振動数が縦振動の理論値とほぼ同じになった。
7/28 振動した時に張力部分がz方向に垂直でないことで張力がうまく入らないと感じたため、ケーブルをヤング率の大きいもので覆って解析した。
Meshの設定の仕方に問題があるのかモデルが一体とならずに貫通した。
7/29 連成解析の方法を探した。参考資料は見つけることができたが、熱→構造の解析だった。(行いたい解析は構造→構造)
7/30 周波数応答解析を行ってみた。解析を少しでも早くするために由利橋の1/100モデル(710mm、1.575mm)で解析した。
結果は結果欄にある。
7/31 FORCE_INTERNE(単位体積あたりの荷重)を使って張力を与えた。このコマンドだとモデル全体を指定できるため、モデル内部にも力が働いており面載荷よりも良いのではないかと感じたが結果は同じになった。
FORCE_INTERNEを使った解析は下の3つを行ったが、全て同じ結果となった。
・張力面をz方向フリーにして100MN分の単位体積荷重を与えた解析
・張力面をz方向フリーにして1000MN分の単位体積荷重を与えた解析
・両面を完全固定にして100MN分の単位体積荷重を与えた解析
7/18 英語の発表の準備を行った。
7/19 オープンキャンパスで使う振り子の調整をした。
7/21 温度荷重の解析をもう一度行ってみた。張力が入っているかを見たい。
片側のみに応力を与えるのではなく、両側に応力を与える解析も行いたい。
7/12 引張試験の準備を行った。
7/15 今まで行ってきた解析結果を確認して、今後の解析で張力の与え方をどのようにしたらよいかを考えた。
・応力として線載荷で与えると張力がうまく入っていなかった。(0.122Hz、1.16Hz、3.20Hz)
・ビーム要素では梁の曲げ振動の値となった。(0.28Hz、1.50Hz、3.70Hz)
・強制変位(475mm)では25〜50Hzに多く卓越していた。また、張力が場所ごとにバラバラであった。
・内部張力(FORCE_INTERNE)では0.51Hz、1.16Hz、3.70Hzとなった。
・張力なしでは
7/16 引張試験を行った。使った鋼棒は腐食レベルが2-1のもの。
破断させることはできなかったが、応力-ひずみのグラフを作成すると第一降伏点(44.6kN)で勾配がゆるくなっていた。
ジグの部分がうまくつかめていなかったので、どのようにしたらうまくできるかを考えていきたい。
7/17 電子顕微鏡の使い方を学んだ。元素まで見ることができることはとても驚いた。
昨日行った実験で改善すべき点であったジグの部分を修正した。
及川さんと青木さんが、ジグが回らないようにすることとジグが掴む部分の鋼棒を平らにしていただいた。これを使って実験を行ってみたい。
7/4 ネットで見つけた資料を参考にしながら温度荷重の解析を回した。
7/8 前回(4日)の温度荷重の解析を修正しながら再び解析を行った。
AnalysisにDYNA_VIBRAではなく、DYNA_NON_LINEを使うと解析がうまくいった。
7/9 今まで行っていた温度荷重の解析では100℃上昇させていたが、今日の解析では557.5℃上昇させた。
この557.5℃は、今まで行っていた張力(100MN)を与える解析でpoints71000での変位から計算した値。
7/10 強制変位させることで張力が入ることが分かったので、強制変位させて解析を行ってみた。
6/26 今週はケーブル要素、ビーム要素、温度荷重の解析を行ってみる。
千代岡さんから温度荷重やビーム要素について教わった。また、ソリッド要素で内部張力を与える方法も教わった。
及川さんいただいた、ケーブル要素について解析を回してみたが「nddlリストにモデルがありません」というエラーが出た。
6/27 昨日、千代岡さんから教えていただいたソリッド要素に内部張力を与える解析とビーム要素について解析が回ったので結果を見た。
結果は上に書いているが、やはり理論値とは異なる値となった。
ケーブル要素のエラーについても調べていきたい。
7/1 青木さんがもらってきていただいたケーブルの引張試験の試し実験を行った。
いただいたケーブルはCASE1(健全)とCASE5(削孔+塩水注水)
7/2 ケーブル要素の解析がうまく回らなかった原因を考えたがわからなかった。
やはり、「nddlリストにモデルがありません」というエラーが出た。
7/3 今後は温度荷重と初期ひずみについて進めていく。
6/20 由利橋のケーブルモデルの両端から5mmの位置に0.122Hzを与えて解析を行った。
結果は1次モードとなった。
6/21 中央部に張力がしっかりと入っているかを確認するため由利橋ケーブルモデルの中央部の主応力をみる解析を行った。
また、張力を2倍の200MNに変えた解析と左右で逆側に振動を与える解析も行った。
今日の解析では張力を2倍にしても振動数が√2倍になっていなかった。どこが良くなかったかを考えていきたい。
インパクトは今まで100kNを与えていたがモードを見るとあまり揺れていなかったため、1000kNに変更した解析もやってみた。
6/23 張力0の解析を行い、理論値と比較した。
結果は上に書いたが、張力を与えた場合よりも理論値が近くなった。
6/24 モデル中央部に張力分だけの応力が入っているかを調べた。しっかりと100MN分入っていた。
また、今まで線固定にして解析を行っていたが、張力を与える方の固定条件を面固定にして、張力が分解されないようにした。結果は明日見る。
明日は温度荷重について学びたいとおもう。
6/13 振動(sin波)を与える解析を及川さんに教えていただいた。
最初に1.16Hzのsin波を与えて解析を行った。与えたsin波がsin(2π1.16t)を入れたため揺れが小さかった。
そこで50000sin(2π1.16t)として50kNの振動を与えた。結果は明日確認する。
6/14 50kNの振動を両端に与えて解析を回したがうまく結果が見られなかった。
そこで振動を両端ではなく、中心の点に1.16Hzの振動を与えて解析をした。
結果は上の(由利橋 健全モデルに1.16Hzの振動を与える解析)に書いているが、予想していたモードと異なっていた。
6/15 昨日の解析を3.2Hzにして解析を行った。
結果は上の(由利橋 健全モデルに3.2Hzの振動を与える解析)に書いている。
1.16Hzの振動を与えた場合と3.2Hzの振動を与えた場合のy方向の最大変異と最小変異を比較した。
また、由利橋(長さ71000mm、半径157.5mm)の固有振動数の理論値である2.85Hzの振動を与えた解析も行った。
6/18 振動させる位置を両端から5mmの位置に変えて、1.16Hz,3.2Hz,2.85Hzの振動を与えた。
1.16Hzでは3次モード、3.2Hzでは5次モードとなった。
5/30 真杜くんの実験のサポート
5/31 実験サポート
6/3 100mm,半径0.5mmの解析の結果をまとめようとしたが、パソコンが重くなりまとめることができなかった。
6/4 パソコンが重く、結果が見れなかったため振動を検出する時間を15〜30秒とした。
時間 | 行うこと |
0〜5秒 | 張力(1N)をかける。 |
5〜14.99秒 | ケーブルを安定させる。 |
15秒 | 10Nの力を与える。 |
15.01〜30秒 | 卓越した振動を検出する。 |
6/5 上記の時間で解析したがパソコンがフリーズしてしまい結果が見れなかった。
6/6 山本さんの解析では長さ50m・半径75mmで行っており、今回の解析では長さ1000mm・半径0.5mmで行った。
そこで張力を3.2MN→1N、中央部への線載荷を100KN→10Nとして解析を回した。
結果を得ることができた。明日、青木さんにFFT処理をお願いする。
6/7 長さ1000mm、半径0.5mmの中央部に100mm腐食を与えたモデルの解析を行ったがマトリクスエラーが出た。
長さ100mm、半径0.5mmの中央部に10mm腐食を与えたモデルでは解析が回った。
細長比によるエラーかもしれない。
長さ1000mm半径0.5mmモデルの細長比は3544.91
長さ100mm半径0.5mmモデルの細長比は354.5
6/8 由利橋のケーブル(長さ71000mm、半径157.5mm)の健全モデルの解析を回し、結果を青木さんに提出した。
月曜日に青木さんにFFT処理を依頼する。
6/9 由利橋のケーブル(長さ71000mm、半径157.5mm)の中央腐食モデル(長さ710mm、腐食半径157.5mm)の解析を回し、結果を青木さんに提出した。
月曜日に青木さんにFFT処理を依頼する。
6/10 FFT処理の行い方を学んだ。理論値とズレが生じたため、今後はなぜズレが生じたのかを調べるための解析も行っていきたい。
6/11 由利橋の健全モデルの解析値(3.2Hz)と理論値(2.85Hz)に差が生じた原因が張力の入れ方にあると思ったため、張力の入れ方を変えて解析した。
最初の解析では、面載荷に張力(100MN)を円の断面積で割った値を与えて解析した。そこを山本さんの昨年度の解析と同様に、張力(100MN)をMeshサイズでの面積で割った値を与えた。
どちらの解析の結果もf=3.2Hzとなっていたため、他の考えられる原因を探りたい。
・山本さんの卒論の振動解析を解析してみる。
山本さんの解析では測点を3点設定していたが、モードをより詳細に調査するために9点設定して解析した。
5/16 山本さんの卒論,角田さんの修論を読んだ.
5/17 健全モデル、中央10m腐食、中央1m腐食のモデルを作った。
5/20 健全モデルのAster Studyを設定し,解析を回してもらう.
中央に線荷重を与える際は,3.2MNを断面積(半径75mmの円)で割った.(山本さんの卒論ではメッシュの切り方によって面積を変えていた.)
5/21 昨日設定したAster Studyのコードの意味を調べた.
5/23 健全モデルの解析を回した。
50m 半径75mm 健全モデル(点は下の写真の上部に設置した。)
1,変数→新規変数→処理したいデータを入れる
2,FFTcable→データ名、スタート点(私の解析ではインパクトを与えた時間 ex)15s→1500) 卓越した振動数が出力される。
3,bandcable→下限値・上限値、データ名、スタート点の入力
4,C1P3→csvファイルで波形を描く
https://www.youtube.com/watch?v=5ivZy5rY9l8
https://youtu.be/8fy0hmTITEQ
https://www.opencae.or.jp/wp-content/uploads/2019/12/08-non_linear_capabilities.pdf
https://www.kkr.mlit.go.jp/road/shintoshikenkyukai/pdf/data15.pdf
1,csv形式でデータを作る。私の解析ではインパクトを与えた時からの所定の振動数のsin波のデータを作成する。
2,Functions and Lists→DEFI_FONCTION→VALEにcsvファイルをインポート、NOM_PARAにINST
3,BC and Load→AFFE_CHAR_MECA_F→FORCE_NODALE→振動させたい部分(点・線・面)と方向を選択する。
4,Analysis→DYNA_VIBRA→EXCIT→CHARGEに3を選択
下の設定で解析をすると2重境界条件のエラーが発生した。
1
func1 = DEFI_FONCTION( NOM_PARA='INST', VALE=(0.0, 0.0, 14.99, 0.0, 15.0, 29389.2626146241, 15.01, 26365.5875737644, 15.02, 23201.9148313981, 15.03, 19915.0430615916, 15.04, 16522.4251085748, 15.05, 13042.0753144948, 15.06, 9492.47386570505, 15.07, 5892.46866546789, ...)) # sequences have been limited to the first 20 occurrences.
func3 = DEFI_FONCTION( NOM_PARA='INST', VALE=(0.0, 0.0, 100.0, 0.0))
load3 = AFFE_CHAR_MECA_F( DDL_IMPO=(_F( DX=func3, DY=func1, DZ=func3, GROUP_MA=('kotei1', ) ), _F( DX=func3, DY=func1, GROUP_MA=('kotei2', ) )), MODELE=model)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! <S> Exception utilisateur levee mais pas interceptee. ! ! Les bases sont fermees. ! ! Type de l'exception : error ! ! ! ! Erreur écriture de l'enregistrement 766379 sur la base : VOLATILE 48 ! ! code retour : -4 ! ! Erreur probablement provoquée par une taille trop faible du répertoire de ! ! travail. ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
及川さんからいただいた参考モデルのplateをなくして、ten1〜4を固定すると下のエラーが発生する。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! <S> Exception utilisateur levee mais pas interceptee. ! ! Les bases sont fermees. ! ! Type de l'exception : error ! ! ! ! Solveur MUMPS : ! ! Problème ou alarme dans le solveur MUMPS. ! ! Le code retour de MUMPS est : -2 ! ! ! ! Conseils : ! ! Consulter le manuel d'utilisation de MUMPS. ! ! Prévenir l'équipe de développement de Code_Aster. ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Erreur écriture de l'enregistrement 337548 sur la base : VOLATILE 21 ! ! code retour : -4 ! ! Erreur probablement prov <I>_EXIT_CODE = 256
鋼棒の第一降伏点1160MPa 荷重=1160(N/mm2)☓(3.5☓3.5π)=44.6kN
・ジグへの鋼棒の設置方法
引張実験を行う際に曲げが入らないようにジグの中央に垂直に鋼棒を設置する。
・ひずみ装置の操作
最初にスタートを押し、測定開始時にもう一度スタートを押す。
その後は一定の間隔でスタートを押していく。
・結果の処理の仕方
1,ひずみの表
①ひずみゲージ1〜4の各結果に☓10^(-6)を行う。
②各ひずみゲージの最初の値を0にするために、得られた各値を補正する。
2,荷重と伸びの表
①0sと実験時にスタートボタンを押した間隔ごとに荷重を抽出する。
ex)実験時に30sごとにスタートボタンを押した場合、0s、30s、60s、90s・・・時の荷重を抽出する。
②0s時の荷重を0にするように各値を補正する。
③補正した荷重を断面積で除して応力を求める。
3,応力-ひずみのグラフ作成
1で得たひずみの値と2で得た応力から、応力-ひずみのグラフを作成する。
ひずみゲージが4つあるときは、4本の線が1つのグラフに入るように作成する。
4,ヤング率の計算
・ひずみの表から計算する方法
①2で得た最大応力の10%と40%時の応力と各ひずみゲージのひずみの値を抽出する。
②E=(σ40%-σ10%)/(ε40%-ε10%)から計算する。
・伸びから計算する方法
①2で得た最大応力の10%と40%時の応力と伸びを抽出する。
②E=(f/A)☓(l/x)=(σ40%-σ10%)☓(l/(x40%-x10%)から計算する。(l:スパン x:伸び)
メッシュの長さ | 要素数 | 変位(mm) | 相対誤差(%) | 計算者 |
0.7 | 155192 | 0.08378905246 | 15.365 | 安藤 |
0.8 | 138808 | 0.08380386491 | 15.350 | 安藤 |
0.9 | 82587 | 0.083707073981 | 15.45 | 兼田 |
1.1 | 38671 | 0.084201207602 | 14.95 | 兼田 |
1.2 | 31929 | 0.083688 | 15.466 | 柴田 |
1.3 | 28621 | 0.083669 | 15.4857 | 柴田 |
1.4 | 28854 | 0.08368 | 15.47 | 佐藤 |
1.5 | 20015 | 0.084052 | 15.10 | 佐藤 |
1.6 | 19448 | 0.0835402938 | 15.62 | 皆川 |
1.7 | 13801 | 0.0834355098 | 15.72 | 皆川 |
1.8 | 12528 | 0.083733 | 15.42 | 永山 |
1.9 | 11769 | 0.083924 | 15.23 | 永山 |
2 | 10699 | 0.084076876559 | 15.074 | 辻 |
3 | 3579 | 0.08414561753 | 15.004 | 辻 |
4 | 1628 | 0.082794 | 16.37 | 服部 |
5 | 1016 | 0.083033 | 18.89 | 服部 |
6 | 839 | -0.082882 | 16.26 | 梶原 |
7 | 554 | -0.080871 | 18.28 | 梶原 |
8 | 285 | 0.079995 | 19.20 | 工藤 |
9 | 261 | 0.078980 | 20.22 | 工藤 |
10 | 232 | 0.081911 | 17.26 | 佐々木 |
11 | 208 | 0.075676 | 23.56 | 佐々木 |
異方性一次 [#p29b4460]
メッシュ長さ | 要素数 | 変位 | 相対誤差 | 計算者 |
0.7 | 144563 | 0.505252 | 2.76 | 安藤 |
0.8 | 141517 | 0.504692 | 2.64 | 安藤 |
0.9 | 91648 | 0.502595 | 2.216 | 兼田 |
1.1 | 27160 | 0.489914 | 0.363 | 兼田 |
1.2 | 24675 | 0.487088 | 0.791 | 柴田 |
1.3 | 23446 | 0.4868010 | 0.995 | 柴田 |
1.4 | 17738 | 0.485999 | 1.16 | 佐藤 |
1.5 | 15438 | 0.485180 | 1.33 | 佐藤 |
1.6 | 15900 | 0.483286 | 1.71 | 皆川 |
1.7 | 12142 | 0.477952 | 2.80 | 皆川 |
1.8 | 11604 | 0.482085 | 1.9554 | 永山 |
1.9 | 10391 | 0.470887 | 4.2329 | 永山 |
2 | 10291 | 0.480910 | 2.19 | 辻 |
3 | 2328 | 0.431937 | 12.15 | 辻 |
4 | 1500 | 0.430156 | 12.52 | 服部 |
5 | 432 | 0.282968 | 42.45 | 服部 |
6 | 356 | 0.3441556 | 30.00 | 梶原 |
7 | 196 | 0.213934 | 56.49 | 梶原 |
8 | 104 | 0.229874 | 53.25 | 工藤 |
9 | 81 | 0.232308 | 52.75 | 工藤 |
10 | 78 | 0.203271 | 58.65 | 佐々木 |
11 | 63 | 0.222316 | 54.78 | 佐々木 |
等方性二次 [#vb0def3f]
メッシュ長さ | 要素数 | 変位 | 相対誤差 | 計算者 |
0.7 | 144563 | 0.430124 | 3.22 | 安藤 |
0.8 | 141517 | 0.430132 | 3.22 | 安藤 |
0.9 | 91648 | 0.430020 | 3.197 | 兼田 |
1.1 | 27160 | 0.429828 | 3.151 | 兼田 |
1.2 | 24675 | 0.429836 | 3.15 | 柴田 |
1.3 | 23446 | 0.42974 | 3.13 | 柴田 |
1.4 | 17738 | 0.429797 | 1.3 | 佐藤 |
1.5 | 15438 | 0.429958 | 3.14 | 佐藤 |
1.6 | 15900 | 0.429755 | 3.18 | 皆川 |
1.7 | 12142 | 0.429676 | 3.11 | 皆川 |
1.8 | 11604 | 0.429829 | 3.1507 | 永山 |
1.9 | 10391 | 0.429684 | 3.1159 | 永山 |
2 | 10291 | 0.429620 | 3.10 | 辻 |
3 | 2328 | 0.429169 | 2.99 | 辻 |
4 | 1500 | 0.429254 | 3.01 | 服部 |
5 | 432 | 0.428170 | 2.75 | 服部 |
6 | 356 | 0.428452 | 2.82 | 梶原 |
7 | 196 | 0.42591 | 2.21 | 梶原 |
8 | 104 | 0.426074 | 2.25 | 工藤 |
9 | 81 | 0.425552 | 2.12 | 工藤 |
10 | 78 | 0.488382 | 17.20 | 佐々木 |
11 | 63 | 0.423972 | 9.0534 | 佐々木 |
単純梁
メッシュの長さ | 要素数 | 変位[mm] | 相対誤差 | 計算者 |
0.7 | 145234 | 0.422484 | 1.388 | 安藤 |
0.8 | 142973 | 0.422570 | 1.409 | 安藤 |
0.9 | 91648 | 0.420437 | 0.897 | 兼田 |
1.1 | 27160 | 0.405618 | 2.659 | 兼田 |
1.2 | 24675 | 0.404349 | 2.96 | 柴田 |
1.3 | 23446 | 0.404185 | 3.00 | 柴田 |
1.4 | 17738 | 0.398604 | 4.34 | 佐藤 |
1.5 | 15438 | 0.396593 | 4.83 | 佐藤 |
1.6 | 16122 | 0.398212 | 4.44 | 皆川 |
1.7 | 12026 | 0.393411 | 5.59 | 皆川 |
1.8 | 11604 | 0.393668 | 5.53 | 永山 |
1.9 | 10391 | 0.390695 | 6.24 | 永山 |
2 | 10921 | 0.395103 | 5.18 | 辻 |
3 | 2328 | 0.324762 | 22.06 | 辻 |
4 | 1500 | 0.155013 | 62.80 | 服部 |
5 | 432 | 0.065278 | 84.33 | 服部 |
6 | 357 | 0.213062 | 48.87 | 梶原 |
7 | 196 | 0.1019 | 75.55 | 梶原 |
8 | 104 | 0.1158624 | 72.20 | 工藤 |
9 | 81 | 0.1255118 | 69.88 | 工藤 |
10 | 78 | 0.07733 | 81.44 | 佐々木 |
11 | 63 | 0.1999 | 52.03 | 佐々木 |
Salomeの使い方を学んだ。
Geometry
Mesh作成
Aster Study
Pravis
片持梁
メッシュ長さ | 要素数 | 先端変位(4隅の平均値)[mm] | 相対誤差 | 計算者 |
0.7 | 198464 | 6.54281 | 1.91 | 安藤 |
0.8 | 113812 | 6.5104 | 2.39 | 安藤 |
0.9 | 40280 | 6.3631525 | 4.60 | 兼田 |
1.1 | 30055 | 6.3363525 | 5.00 | 兼田 |
1.2 | 26467 | 6.3043375 | 5.48 | 柴田 |
1.3 | 25180 | 6.304355 | 5.48 | 柴田 |
1.4 | 32212 | 6.31612 | 5.31 | 佐藤 |
1.5 | 17753 | 6.1209 | 8.23 | 佐藤 |
1.6 | 14296 | 6.2044625 | 6.98 | 皆川 |
1.7 | 13596 | 6.2156625 | 6.81 | 皆川 |
1.8 | 2866 | 5.737755 | 13.98 | 永山 |
1.9 | 6001 | 5.7263625 | 14.15 | 永山 |
2 | 5617 | 5.6458525 | 15.355 | 辻 |
3 | 2309 | 5.4728755 | 17.948 | 辻 |
4 | 617 | 3.6160575 | 45.12 | 服部 |
5 | 494 | 3.8580375 | 42.16 | 服部 |
6 | 581 | 2.50682 | 62.416 | 梶原 |
7 | 133 | 1.41225 | 78.82 | 梶原 |
8 | 78 | 1.2887175 | 80.68 | 工藤 |
9 | 72 | 1.2879925 | 80.69 | 工藤 |
10 | 60 | 1.14344 | 82.85 | 佐々木 |
11 | 65 | 1.23124 | 81.154 | 佐々木 |
コマンドを学んだ。次回までに使いこなせるように頑張りたい。
pwd 今いる場所がわかる
ls ファイルを表示する
mkdir ファイル名 ファイルの作成
rmdir ファイル名 ファイルの削除
cd ファイル名 ファイル名のところへ移動
vi ファイル名 編集
esc : w 保存
esc : q 戻る
cp コピー元 コピー先 コピーする時
皆川恭輔