広内の卒論日誌 - *板のたわみ(4辺単純支持に分布荷重)

目次

板のたわみ(4辺単純支持に分布荷重)

形状

厚さは0.1(cm)

荷重とたわみ

力,横軸:挿入深,4,0.011301,0.020090
荷重(kN)たわみ(m)たわみ端部に荷重無し(m)
10.00282520.0050225
20.00565030.010045
30.00847550.015068
50.0141260.025113
60.0169510.030135
70.0197760.035158
80.0226010.040180
90.0254260.045203
100.0282520.050225

赤:たわみ、緑:端部に荷重無しのたわみ inpファイルでは端部に載荷していますが、実際には載荷されていないようです。

要素数を増やしたときの荷重とたわみ

荷重(kN)18要素のたわみ(m)32要素(m)50要素(m)72要素(m)98要素(m)128要素(m)162要素(m)
10.00642740.00735840.00812130.00845940.00869630.0081010.0088800
20.0128550.0147170.0162430.0169190.0173930.0176200.017760
30.0192820.0220750.0243650.0253790.0260890.0264320.026640
40.0257090.0294340.0324860.0338390.0347850.0352430.035520
50.0321370.0367920.0406080.0422990.0434820.0440510.044403
60.0385640.0441510.0487300.0507590.0521780.0528650.053283
70.0449920.0515090.0568520.0592190.0608760.0616770.062163
80.0514190.0588680.0649740.0676780.0695720.0704870.071043
90.0578460.0662260.0730950.0761390.0782680.0792990.079923
100.0642740.0735850.0812170.0845980.0869650.0881010.088805

たわみと荷重の関係

縦軸:たわみ,横軸:要素数,荷重:10kN,プリントの理論値の計算がよくわかりません。

D=19.23076938

p0=100000.22=250000(N/m^2)で求めたらwmax=0.084447999のように求まりました。

後藤ちゃちゃ08/11/17

わかりませんだけでは、どこがわからないのかわかりません。

誤差

縦軸:誤差,横軸:要素数

a:b=1:2にした場合

要素数とたわみの関係(荷重10kNの時)

要素数たわみ(m)
80.062622
180.076546
320.088719
500.09726
720.089772
1280.10926
1620.11041

b/aは,b=40(cm),a=20(cm)の場合,2.0になって,α=0.01013となります(理論値のプリントから)が,この値を使って計算すると,wmax=0.105351999(m)となる。

グラフ(たわみ)

縦軸:たわみ,横軸:要素数

グラフ(誤差)

縦軸:誤差,横軸:要素数

荷重とたわみ

境界条件、拘束条件

単純梁

寸法

6要素,l=6.0(m),b=2.0(m),h=0.20(m),P=6.0(MN)

節点番号

拘束条件

節点番号1,4,8をNa,29,30,32をNbとする。左端Naはヒンジ支点、右端Nbはローラー支点。Naを2,3,4,6で拘束,Nbを1,2,3,4,6で拘束すると下図のようになる。

両端を固定すると下図のようになる。

誤差関係

片持ち梁

寸法

収束値

縦軸:鉛直変位,横軸:要素数,青線:ティモシェンコ梁,緑線:梁理論,収束値:0.217

誤差

縦軸:誤差(%),横軸:l/r,赤線:ティモシェンコ梁との誤差,緑線:梁理論との誤差

hを変えていったらこうなった。

たわみ

 線形の場合のたわみと非線形の場合のたわみをプロットするとこうなる。
非線形の時荷重が114(MN)以上になるとたわみが小さくなってしまった。原因はわかりません。 縦軸:たわみ(m),横軸:荷重(MN),緑が非線形,赤が線形。

卒論関係

実験装置

逆対称4点曲げ試験

3点曲げ試験

挿入断面

実験データ

スパン=2.2m

m1,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
3.070.910
6.071.575
9.152.230
12.252.880
14.503.370
17.003.940

m2,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
3.001.105
6.001.770
9.052.420
12.023.040
15.103.665
17.324.110

m3,深さ30mm

荷重(kN)たわみ(mm)
2.301.320
4.071.780
6.252.320
8.022.725
10.123.225
12.603.790
15.124.380

m4,深さ70mm

荷重(kN)たわみ(mm)
3.201.285
6.071.895
9.252.530
12.003.070
15.103.665
18.704.365

スパン=1.8m

m1,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
4.000.850
8.101.410
12.301.980
16.552.555
20.803.110
25.373.710

m2,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
3.170.850
6.221.310
9.501.770
12.152.130
15.202.535
18.202.925
20.723.250
23.323.595
25.203.840

m3,深さ30mm

荷重(kN)たわみ(mm)
3.300.975
6.051.430
9.071.895
12.172.370
15.402.845
18.223.265

m4,深さ70mm

荷重(kN)たわみ(mm)
4.221.150
8.751.735
12.402.195
16.022.645
20.203.155
24.303.655
27.324.030

スパン=1.6m

m1,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
5.101.070
10.251.620
15.352.160
20.122.660
25.273.190
30.053.670
35.154.165

m2,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
4.921.155
10.171.740
15.402.295
20.422.810
25.003.275
29.953.780
34.904.280

m3,深さ30mm

荷重(kN)たわみ(mm)
4.156.970
7.971.510
13.002.150
16.272.520
20.152.950
24.203.395
27.123.720

m4,深さ70mm

荷重(kN)たわみ(mm)
5.021.350
10.221.875
15.152.355
20.002.820
25.253.305
30.323.775
35.004.200

スパン=1.4m

m1,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
5.170.990
10.551.455
15.621.855
20.372.220
25.302.590
30.552.980
34.973.295
39.553.620

m2,深さ50mm

荷重(kN)たわみ(mm)
5.001.115
10.221.570
15.321.985
20.202.375
25.102.750
30.023.130
35.153.515
39.323.840

m3,深さ30mm

荷重(kN)たわみ(mm)
5.221.000
10.151.460
15.201.895
20.302.320
25.852.780
30.253.150
34.923.540

m4,深さ70mm

荷重(kN)たわみ(mm)
5.501.285
10.351.660
15.402.030
20.172.365
25.352.725
30.223.070
35.023.405
40.123.755

線形回帰

横軸:たわみ(mm),縦軸:荷重(kN)

スパン1.4(m)

スパン1.6(m)

スパン1.8(m)

スパン2.2(m)

曲げヤング率

集成材のみ

 I=  5.33333333E-05
試験体スパン(m)曲げヤング率1/曲げヤング率
m12.21.34054577E+107.45964834E-11
m22.21.31290672E+107.61668735E-11
m32.21.19271742E+108.38421561E-11
m42.21.25109841E+107.99297637E-11
m52.21.26709536E+107.89206582E-11
m62.21.20773692E+108.2799489E-11
m11.81.20428522E+108.30368076E-11
m21.81.18442908E+108.44288625E-11
m31.81.07569873E+109.29628316E-11
m41.81.14426346E+108.73924612E-11
m51.81.14484666E+108.73479423E-11
m61.81.09484182E+109.13373956E-11
m11.49.95635747E+091.00438338E-10
m21.49.61910272E+091.03959801E-10
m31.48.96871041E+091.1149875E-10
m41.49.82061522E+091.01826614E-10
m51.49.311421E+091.07394994E-10
m61.48.70275678E+091.14906118E-1

挿入断面

 I=  5.33333333E-05
試験体スパン(m)曲げヤング率1/曲げヤング率
km12.21.92544956E+105.19359231E-11
km22.21.98486207E+105.03813346E-11
km32.21.75222407E+105.70703268E-11
km42.22.28980457E+104.36718493E-11
km11.81.70168875E+105.8765153E-11
km21.81.69249196E+105.90844756E-11
km31.81.48977984E+106.71240119E-11
km41.81.83071264E+105.46235372E-11
km11.61.5497696E+106.45257205E-11
km21.61.5409264E+106.48960262E-11
km31.61.3488624E+107.41365465E-11
km41.61.686448E+105.9296225E-11
km11.41.40793997E+107.10257555E-11
km21.41.35937331E+107.35633097E-11
km31.41.2617255E+107.92565419E-11
km41.41.50899634E+106.62692129E-11

ヤング率,せん断弾性

縦軸:1/曲げヤング率,横軸:(桁高/スパン)^2

このグラフの切片と傾きをとってやると、せん断弾性と軸方向ヤング率が求まる。

km1

km2

km3

km4

m1

m2

m3

m4

m5

m6

ヤング率,せん断弾性係数まとめ

集成材のみ(松の場合)

供試体ヤング率Paせん断弾性Pa
m11.75839325E+10468988158.
m21.76564583E+10433386351.
m31.54033601E+10438506097.
m41.53640748E+10555142283.
m51.6980754E+10422899143.
m61.67607503E+10372712940.

挿入断面(松の場合)

供試体ヤング率Paせん断弾性Pa
km12.55298073E+10632371075.
km22.84711289E+10527248186.
km32.30302779E+10545155206.
km43.31136793E+10549589457.

一応やってみましたが、計算方法等あってるのか自信はありません。km2自分でやったやつ間違ってました。修正版です。

供試体ヤング率Paせん断弾性Pa
km12.552980733E+10632371075.3
km22.847112885E+10527248186.3
km32.303011879E+10545158177.6
km43.311367926E+10549589456.7
m11.758393251E+10468988158.0
m21.765645829E+10433386350.9
m31.540336009E+10438506097.4
m41.53640748E+10555142283.0
m51.698075401E+10422899142.8
m61.676075035E+10372712940.2

集成材のみ(杉の場合)

供試体ヤング率Paせん断弾性Pa
s17013163708329869701.5
s27345002093304221375.8
s36454069614450334823.9
s47684327813372122100.7
s58122421131334129675.7
s68253821519314728672.4
s77854410644375381011.7
s87232279108468355556.8

挿入断面(杉の場合)

供試体ヤング率Paせん断弾性Pa
ks116277154360427970435.8
ks214743695600630632335.0
ks318297592040526878717.8
ks418323978940617627076.8
ks521644037830590374533.6
ks624324449230457111512.4

剛性と深さ(松の場合)

供試体深さE木I木+E鋼I鋼(kNM^2)合成EI(kNM^2)kG木(GPa)合成kG(GPa)
m50%9069060.4230.423
m60%8948940.3730.373
km315%132212280.4390.545
km125%159813600.4690.632
km225%160315200.4330.527
km435%156317650.5550.550

手計算でやってみました。

供試体深さE木I木(kNM^2)E木I木+E鋼I鋼(kNM^2)合成EI(kNM^2)kG木(GPa)合成kG
m50%9069069060.4230.423
m60%8948948940.3730.373
km315%938132212280.4390.545
km125%942159713620.4690.632
km225%822160115180.4330.527
km435%819156117660.5550.550

剛性と深さ(杉の場合)

供試体深さE木I木(kNM^2)E木I木+E鋼I鋼(kNM^2)合成EI(kNM^2)kG木(GPa)合成kG
ks115%3568978680.330.43
ks215%3729147860.310.63
ks325%32210439760.450.53
ks425%39211049770.380.62
ks535%402120311540.330.59
ks635%356121012970.320.46

荷重-たわみ曲線

横軸たわみ(mm) 縦軸荷重(KN)

荷重とたわみの関係

荷重(kN)FEM(線形)のたわみ(m)FEM(非線形)のたわみ(m)ティモシェンコ梁のたわみ(m)初等梁のたわみ(m)
10.00704560.00704570.006760450.006675609
50.0352280.0352200.0338022530.033378045
100.0704560.0703960.0676045070.066756091
200.140910.140430.1352090150.133512182
300.211370.209760.2028135230.200268274
400.281820.278010.270418030.267024365
500.352280.345080.3380225380.333780457
600.422740.410540.4056270450.400536548
700.493190.474240.4732315540.46729264
800.563650.536030.5408360620.534048731
900.634100.596020.6084405690.600804823
1000.704560.653980.6760450770.667560914
1100.775020.710150.7436495850.734317006
1200.845470.411050.8112540930.801073097
1300.915930.26940.87885860.867829189
1400.986380.244040.9464631080.93458528
1501.05680.261071.0140676161.001341372

非線形の時に、荷重が120kN以上になると、ccxで最後まで計算できず、たわみが小さくなってしまいました。

計算関係

半解析における中心の節点番号m

m=(nx+1)nynz2+1

nx:x方向の分割

ny:y方向の分割

nz:z方向の分割

応力関係

曲げ応力

せん断応力

FEM解析値

スギ材

深さ(%)軸方向応力(MPa)せん断応力(MPa)
533.46184.01830
1028.38223.87247
1525.34023.80150
2023.35363.77331
2521.97183.77286
3020.95813.79235
3520.17663.82703
4019.54393.87364
4519.00613.93021
5018.52713.99670

カラマツ材

深さ(%)軸方向応力(MPa)せん断応力(MPa)
543.94244.13222
1040.30314.03997
1537.95773.98511
2036.34413.95556
2535.15943.94426
3034.22773.84696
3533.44193.96098
4032.73413.98457
4532.06044.01703
5031.39284.05925

強度関係

スギ材,カラマツ材のせん断応力と曲げ応力をそれぞれせん断強度と引張強度で割ったもの。

スギ材

カラマツ材

スギ材(実験)

カラマツ材(実験)

手計算とFEMの違い

軸方向応力

せん断応力

どちらも結構ずれてしまいました。frdファイルで見た節点が違うかもしれません。x軸方向の要素分割が間違えていました。正しいものでもう1度はしらせてみます。

手計算とFEMの違い(訂正版)

スギ

縦軸:応力,横軸:挿入深さ,青がny=30,緑がny=40

カラマツ

縦軸:応力,横軸:挿入深さ,青がny=30,緑がny=40

nx=10,ny=40の時の中央のせん断応力

せん断応力(中央1列):カラマツ:左支点から1m

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

せん断応力(中央1列):スギ:左支点から1m

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

せん断応力(中央1列):カラマツ:左支点から0.75m

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

せん断応力(中央1列):スギ:左支点から0.75m

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

支間中央でのせん断応力をfrdファイルで見てみましたが,大黒屋さんがやったのと同じになりませんでした.ちょっと原因がわからないです.解析のプログラムのどこかをいじってしまったのかもしれないです.

中間発表関係メモ

はじめに

 景観,環境に配慮するために,木橋が見直されている.

 木は,強度は低いものの鋼板を挿入するなど,補強することによって桁高の低い車道橋などに利用できる.

補強関係

 鋼板挿入集成材は,曲げは改善されるが,せん断についてはほとんど改善されない.

 木材はせん断に弱い.曲げに対しての補強をすると,逆にせん断変形しやすくなってしまう.

 
 ということは,補強する際には,せん断についてしっかり調査する必要がある.

実験

 せん断を見たいので,鋼板を挿入する深さを変えながら(0%,15%,25%,35%),

逆対称4点曲げ試験をして,破壊してみる.

 そこで樹種(スギとカラマツ)の違いでどんな変化が見られるか調べてみた.

まとめ

 曲げだけ補強すると,せん断で壊れる.

 手計算である程度は壊れ方が予測できる.

 じん性については,カラマツの方がスギよりも優れている.

使えそうな表,画像

スギ材

カラマツ材

スギ材(実験)

カラマツ材(実験)

横軸たわみ(mm) 縦軸荷重(KN)

学会関係

14063-12525=1538

Texメモ

図を文章の横に配置する方法

{\wrapfigure}[行]{方向(右rとか左l)}{幅}

卒論日誌

日付曜日開始〜終了作業時間(h)立合作業内容
4/11金曜日10:00-12:002後藤ログインの仕方
4/23水曜日13:00-16:003後藤UNIXコマンドの使い方
5/1木曜日10:00-15:005後藤構造力学の勉強
5/2金曜日9:00-15:006後藤構造力学の勉強
5/3土曜日9:00-13:004大黒屋静定梁の反力の求め方
5/4日曜日9:00-13:004大黒屋静定梁の反力の求め方
5/5月曜日9:00-15:006大黒屋静定梁の反力の求め方
5/6火曜日9:00-15:006大黒屋静定梁の反力の求め方
5/7水曜日13:00-16:003後藤viコマンドの使い方
5/8木曜日10:00-16:006後藤単純梁のたわみの求め方
5/9金曜日10:00-13:003後藤単純梁のたわみの求め方
5/10土曜日10:00-14:004大黒屋片持ち梁のたわみの求め方
5/11日曜日8:00-14:006大黒屋片持ち梁のたわみの求め方
5/12月曜日8:00-14:006後藤分布荷重がかかる梁のたわみの求め方
5/13火曜日8:00-14:006後藤分布荷重がかかる梁のたわみの求め方
5/14水曜日13:00−16:003後藤viコマンドの使い方
5/15木曜日8:00-12:004後藤トラスについて
5/16金曜日10:00-12:002後藤トラスについて
5/17土曜日9:00-12:003大黒屋トラスについて
5/18日曜日9:00-12:003大黒屋トラスについて
5/19月曜日8:00-14:006後藤影響線について
5/20火曜日8:00-14:006後藤影響線について
5/21水曜日11:00-12:301.5後藤Fortranの使い方
5/22木曜日8:00-14:006後藤構造力学の勉強
5/23金曜日10:00-13:003後藤構造力学の勉強
5/24土曜日9:00-12:003大黒屋構造力学の勉強
5/25日曜日9:00-12:003大黒屋構造力学の勉強
5/26月曜日8:00-14:006後藤構造力学の勉強
5/27火曜日8:00-14:006後藤構造力学の勉強
5/28水曜日11:00-12:301.5後藤Fortranの使い方
6/4水曜日11:00-12:301.5後藤Calculixの使い方
6/11水曜日11:00-12:301.5後藤Calculixの使い方
6/18水曜日11:00-12:301.5後藤Calculixの使い方
6/25水曜日11:00-12:301.5後藤Calculixの使い方
7/2水曜日11:00-12:301.5後藤Calculixの使い方
7/7月曜日11:00-16:005後藤blenderとCalculixの使い方
7/9水曜日13:00-14:301.5後藤梁の振動解析について
7/10木曜日11:00-16:305.5後藤blenderとCalculixの使い方
7/11金曜日11:00-15:004後藤blenderとCalculixの使い方
8/8金曜日12:00-14:002後藤実験データの整理
8/26火曜日13:30-15:302後藤実験データの整理
8/27水曜日10:00-12:002後藤実験データの整理
8/28木曜日10:30-12:302後藤ヤング率、せん断弾性の算定
9/1月曜日11:00-16:005後藤ヤング率、せん断弾性の算定
9/10水曜日10:30-16:005.5大黒屋去年の実験データ整理
9/11木曜日14:30-16:001.5大黒屋破壊状況の図の作成
10/7火曜日23:00-3:004後藤texの使い方
10/9木曜日16:30−19:303後藤texの使い方
10/14火曜日9:00-15:006後藤texの使い方
10/17金曜日13:30-16:303後藤集成材の解析
10/21火曜日12:00-16:004後藤集成材の解析
10/22水曜日13:00-16:003後藤集成材の解析
10/28火曜日11:00-14:303.5後藤集成材の解析
10/29水曜日12:00-16:004後藤集成材の解析
10/30木曜日12:00-16:304.5後藤片持ち梁の解析
10/31金曜日12:00-17:005後藤応力の算定
11/4火曜日9:00-15:306.5後藤板のたわみの算定
11/4火曜日18:30-21:303大黒屋板のたわみの算定
11/5水曜日11:00-16:005後藤板のたわみの算定
11/6木曜日10:30-14:003.5後藤鋼板挿入集成材の解析
11/7金曜日12:00-15:003後藤板のたわみの算定
11/10月曜日11:00-14:003後藤板のたわみの算定
11/17月曜日10:00-16:006後藤鋼板挿入集成材梁の解析
11/18火曜日10:30-16:005.5後藤鋼板挿入集成材梁の解析と板のたわみの理論値の算定
11/19水曜日10:30-15:305後藤ゼミ、集成材の解析
11/20木曜日11:00-14:303.5後藤板のたわみの解析
11/21金曜日13:00-15:002後藤板のたわみの解析
11/24月曜日11:00-13:002大黒屋板のたわみの解析
11/25火曜日10:30-17:006.5後藤鋼板挿入集成材梁の解析
11/26水曜日11:30-14:002.5後藤ゼミ、板のたわみの算定
11/27木曜日11:00-14:303.5後藤鋼板挿入集成材梁の解析
11/28金曜日11:30-14:303後藤鋼板挿入集成材梁の解析
12/1月曜日11:00-15:004後藤鋼板挿入集成材梁の解析
12/2火曜日11:00-15:304.5後藤鋼板挿入集成材梁の解析
12/3水曜日10:00-15:005後藤ゼミ、鋼板挿入集成材梁の解析
12/5金曜日11:00-15:304.5後藤鋼板挿入集成材梁の解析
12/9火曜日11:00-15:004後藤鋼板挿入集成材梁の解析
12/10水曜日10:30-15:004.5後藤ゼミ、鋼板挿入集成材梁の解析
12/11木曜日11:00-14:303.5後藤鋼板挿入集成材梁の解析
12/12金曜日11:00-16:305.5後藤中間発表の準備、鋼板挿入集成材梁の解析
12/15月曜日11:30-16:305後藤中間発表の準備
12/16火曜日10:30-15:004.5後藤中間発表の準備
12/17水曜日10:00-15:005後藤中間発表の準備
12/17水曜日19:00-22:003大黒屋中間発表の準備
12/18木曜日11:00-16:005後藤中間発表の準備
12/20土曜日12:00-15:003大黒屋中間発表の準備
12/21日曜日12:00-16:004大黒屋中間発表の準備
1/10土曜日9:30-15:005.5大黒屋Texの使い方
1/12月曜日9:30-14:305大黒屋Texの使い方
1/13火曜日11:00-17:006後藤Texの使い方
1/14水曜日9:30-15:306後藤ゼミ、Texの使い方
1/15木曜日11:00-13:002後藤Texの使い方
1/16金曜日11:30-13:302後藤Texの使い方
1/19月曜日11:00-12:301.5後藤Texの使い方
1/20火曜日8:00-16:008後藤Texの使い方
1/21水曜日9:00-14:005後藤ゼミ、支部原稿の作成
1/22木曜日10:30-13:303後藤支部原稿の作成
1/23金曜日14:00-16:002後藤支部原稿の作成
1/24土曜日12:00-15:303.5大黒屋支部原稿の作成
1/26月曜日11:30-16:004.5後藤支部原稿の作成
1/27火曜日10:30-14:304後藤プレゼンシートの作成
1/28水曜日11:00-17:306.5後藤ゼミ、プレゼンシートの作成、支部原稿の作成
1/29木曜日11:00-19:008後藤支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
1/30金曜日11:00-22:0011後藤支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
1/31土曜日11:30-14:002.5大黒屋支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
2/1日曜日12:00-15:003大黒屋支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
2/2月曜日11:00-15:304.5後藤支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
2/3火曜日12:00-17:305.5後藤支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
2/4水曜日12:00-17:005後藤支部原稿の作成、プレゼンシートの作成
2/5木曜日11:30-16:305後藤プレゼンシートの作成
2/6金曜日9:00-17:308.5後藤プレゼンシートの作成
2/7土曜日10:00-17:007大黒屋プレゼンシートの作成
2/8日曜日11:00-17:006大黒屋発表練習
合計469.5