稲荷の卒論日誌 - *座屈荷重-折れ角

目次

座屈荷重-折れ角

折れ角ψは下の図のψ

初期高さをaとすると、このψは、

になる。ちなみにψ=arcsin(a)の時は、a=sin(ψ)

ψ=arcsin(a)から、初期高さを折れ角になおした↓

初期高さ折れ角ψ
00
0.010.57297
0.15.73917
0.211.5370
0.317.4576
0.423.5782
0.530
0.636.8699
0.744.4270
0.853.1301
0.964.1581
0.9571.8051
0.9878.5217
0.9981.8904
190

tubu4sub_2.f。 初期高さを倍率で指定できるようにした。実行すると、最小の高さ方向分割数も求めることができる。

文字コード

支承について

Ctrl+f→耐用年数 http://www.j-rba.com/php/faq/faq.php

角柱の角数-圧縮による座屈荷重

28角柱の圧縮による座屈荷重 9.66977×10-3MN 30角柱の圧縮による座屈荷重 9.98460×10-3MN

最小の高さ方向分割数を求める計算式

×高さ方向分割数nを求める式

n>hms(1tan2πm+1sin2πm)×1-a2

右辺に出た値よりnを大きくしないと、折り畳み円筒が作れない。 初期高さaには、0を代入して計算したほうがいい。h〜0.0hまで解析するなら

ble6ccxfについて

inpファイルの座標値について

ble6ccxf.fを使うと有効数字9ケタまで出てくる。今まで使っていたble6ori3.fを使うと有効数字5ケタまで出てくる。

ble6ccxfとble6ori3を、引張の座屈荷重で比較

初期高さ座屈荷重MN(ble6ccxf)座屈荷重MN(ble6ori3)
0.9h9.051698×10-39.050731×10-3
0.8h1.018282×10-21.018381×10-2
0.7h1.105013×10-21.105171×10-2
0.0h2.943180×10-32.943783×10-3

初期高さ座屈荷重MN(ble6ccxf)座屈荷重MN(ble6ori3)
0.9h1.054768×10-21.054118×10-2
0.8h1.020788×10-21.020751×10-2
0.0h3.385171×10-33.386029×10-3

初期高さ座屈荷重MN(ble6ccxf)座屈荷重MN(ble6ori3)
0.9h1.238677×10-21.239338×10-2
0.8h7.300154×10-37.304122×10-3
0.0h4.406272×10-34.406603×10-3

円管を座屈

円管(周方向分割数26、高さ方向分割数36)を圧縮で座屈させた。

角数とバネ定数の関係

4角柱から、(30角柱)に増やしていったときのバネ定数の変化。

28角柱のばね定数=2.13711×101MN/m

30角柱のばね定数=2.13940×101MN/m

初期高さと座屈荷重の関係(20段)

座屈荷重ー初期高さ グラフ

0.4h〜0.8hの時、引張に対して座屈しにくいのは4角形。圧縮に対しては、8角形>6>4の順で座屈しにくい。

圧縮の座屈で、hの時に座屈荷重が落ちるのは、座屈のモードが違うから。0.1〜0.9のときは局部座屈で、hは柱の座屈

引張による座屈荷重

初期高さ座屈荷重MN(10角形)座屈荷重MN(八角形)座屈荷重MN(六角形)座屈荷重MN(四角形)
h座屈しない座屈しない座屈しない座屈しない
0.99h1.569016×10-21.158171×10-21.006837×10-2
0.98h2.062936×10-21.280695×10-29.755915×10-38.727733×10-3
0.95h1.297384×10-29.618086×10-38.437849×10-3
0.9h1.239338×10-21.054117×10-29.050730×10-3
0.8h7.304123×10-31.020751×10-21.018368×10-2
0.7h5.843784×10-36.865188×10-31.105169×10-2
0.6h5.227489×10-35.177106×10-39.394533×10-3
0.5h4.886570×10-34.145332×10-37.280426×10-3
0.4h4.738051×10-33.439166×10-35.270162×10-3
0.3h4.473502×10-32.964714×10-33.514957×10-3
0.2h3.247805×10-32.581031×10-31.945069×10-3
0.1h9.910846×10-41.076251×10-39.301209×10-4
0.01h2.220658×10-41.876647×10-41.729322×10-4
0.0h4.406609×10-33.386023×10-32.943783×10-3

圧縮による座屈荷重

初期高さ座屈荷重MN(10角形)座屈荷重MN(八角形)座屈荷重MN(六角形)座屈荷重MN(四角形)
h9.227003×10-45.492898×10-42.7766868×10-4
0.99h6.546836×10-34.717111×10-31.933918×10-3
0.98h8.419665×10-37.403405×10-35.826513×10-33.204657×10-3
0.95h8.048174×10-36.838534×10-34.604031×10-3
0.9h7.971688×10-36.896642×10-34.982872×10-3
0.8h7.263279×10-36.337780×10-34.710710×10-3
0.7h6.640925×10-35.559279×10-34.187311×10-3
0.6h6.113434×10-34.903180×10-33.556752×10-3
0.5h5.597126×10-34.205012×10-32.809136×10-3
0.4h3.850159×10-33.266090×10-31.960684×10-3
0.3h2.136936×10-32.046746×10-31.160451×10-3
0.2h8.826734×10-49.318319×10-45.764478×10-4
0.1h2.166468×10-42.907486×10-42.288958×10-4
0.01h5.742953×10-55.518308×10-5

cgxで座屈モードを見た(八角形)

cgxで座屈モードを見た(六角形)

cgxで座屈モードを見た(四角形)

初期高さ-ばね定数 関係

初期高さばね定数MN/m(4角形)ばね定数MN/m(6角形)ばね定数MN/m(8角形)
0.0h2.850×10-25.162×10-29.037×10-2
0.1h8.414×10-21.009×10-11.050×10-1
0.2h1.175×10-11.322×10-11.243×10-1
0.3h1.514×10-11.647×10-11.471×10-1
0.4h1.876×10-12.067×10-11.786×10-1
0.5h2.317×10-12.632×10-12.238×10-1
0.6h2.914×10-13.411×10-12.950×10-1
0.7h3.837×10-14.667×10-14.140×10-1
0.8h5.521×10-16.879×10-16.427×10-1
0.9h9.527×10-11.2281.230
0.95h1.4491.9262.076
0.98h2.2342.9563.416
0.99h2.9923.8134.445
1.0h1.989×1012.044×1012.072×101

四段四角形の、初期高さと座屈荷重

座屈荷重

初期高さ座屈荷重MN(引張)座屈荷重MN(圧縮)
h(四角柱)座屈しない3.159421×10-4
0.9h1.836944×10-36.389281×10-4
0.8h1.123588×10-34.688874×10-4
0.6h7.472452×10-43.162731×10-4
0.4h5.415855×10-42.106308×10-4
0.2h3.424033×10-41.116131×10-4
0.0h3.780499×10-43.780503×10-4

座屈モードをcgxで見る

0.9hの引張座屈を、横から見た画像

0.8h、0.6h、0.4h、0.2hの引張座屈は こういうふうに左右対象になる

ハードディスクの容量をチェックしたいときは

df -m

初期高さとばね定数の関係(四段の四角形)その3

hが四角柱の場合

1個の台形につき3要素と、12要素を比較

hが円管の場合

縦軸がバネ定数(MN/m)、横軸が初期高さ。

赤線が今までの要素数で、緑線が要素数を増やしたやつ。

グラフ

初期高さとばね定数の関係(四段の四角形)その2

縦軸がバネ定数(MN/m)、横軸が初期高さ。四角柱がすごく硬い。

グラフ

4角柱の画像

初期高さとばね定数の関係(四段の四角形)

縦軸がバネ定数(MN/m)、横軸が初期高さ。

グラフ

0.9hをcgxで見ると、円管というより四角柱に近づいてるように見える。だから0.9hのばね定数が大きかったのかな。

初期不整による、荷重-変位の関係の変化(四段の四角形)

円管の高さをhとして、0.8h、0.6h…というふうに折り畳んでいく。そして、それらに圧縮力を加えた。円管の材料諸元↓

高さ12cm
半径3cm
厚さ0.2mm
ヤング率69GPa

拘束条件は、固定側x,y,z、引張側x,yの並進変位の固定。

赤線がh(円管)、緑線が0.8h、濃い青線が0.6h、紫線が0.4h、薄い青線が0.2h、茶線が0h。

縦軸が荷重(N)で、横軸が変位(mm)。

後藤ちゃちゃ08/11/13

グラフは、だいたい予想通りだけど、圧縮も引張もバネ定数は同じなんだ(まるでバネみたい)。 縦軸をバネ定数(つまり荷重/変位)、横軸を初期高さにしてみたら、予想通りの曲線になりそうかな。

inpのCLOADと、datの座屈荷重との関係

いつもは、CLOADで(1/載荷節点数)と入力したものを、座屈荷重とみなしている。

もし10/載荷節点数とかにしたら、座屈荷重はどう変わるのか見てみた↓。

CLOAD0.001/n0.01/n0.1/n1/n10/n100/n
理論値との誤差座屈せず3%3%3%3%座屈せず

n:載荷節点数

10/nの座屈荷重は、1/nの座屈荷重の0.1倍になる。0.1/nにすれば10倍、0.01/nにすれば100倍の座屈荷重になる。

だから、inpのCLOADで0.1/nで入力したら、datファイルの座屈荷重に0.1かければよい、みたい

後藤ちゃちゃ08/11/14

ということは、座屈荷重が計算されるぶんには、どの倍率で計算しても精度的には大丈夫そうだ ということでいいかな。前に、梁の横ねじれ座屈をやったときは、倍率によって精度が変わったりした ような気もするけど、それはccxのバージョンのせいかな。 ccx_1.5とか古いバージョンでも同じ結果になるかな。 まあ、これを信じるなら、刈屋さんのダイヤカットの座屈も信じてもいいのかも....

板の座屈(2次)

2次の座屈モード。162要素の時、誤差は2.7%になった。収束傾向にある。

画像

板の座屈

 
モード1の座屈。162要素の時、誤差は3%になった。収束傾向にある。真横から見た画像

斜め上から

画像

2枚の板がはじめから開いている状態から、引っ張った。

1枚あたり2要素の場合と、1枚あたり16要素の場合をくらべた。

16要素のほうが滑らかに開いている。

08/10/29

圧縮による座屈。→画像

NLGEOMの有無に関わらず、ccx1.7で計算すれば、frdファイルの無駄な節点はできてしまう。

08/10/28 WARNINGについて

6角形の、初期不整を与えた折り畳み円筒を引っ張った。

*WARNING in statics: a nonlinear geometric analysis is requested
          but no time increment nor step is specified
          the defaults (1,1) are used

6角形の、高さ0の折り畳み円筒を引っ張った。

 *INFO in gen3dnor: in some  nodes opposite normals are defined

*WARNING in statics: a nonlinear geometric analysis is requested
          but no time increment nor step is specified
          the defaults (1,1) are used

08/10/27 15時

6角形の、初期不整を与えた折り畳み円筒を引っ張った。

横軸が変位(mm)、縦軸が力(N)。赤線がNLGEOMを付けた場合で、緑線がNLGEOMをはずした場合。

NLGEOMを付けた場合、40000N以上は、too many cutbacks。

6角形の、高さ0の折り畳み円筒を引っ張った。

横軸が変位(mm)、縦軸が力(N)。赤線がNLGEOMを付けた場合で、緑線がNLGEOMをはずした場合。

NLGEOMを付けた時、80000N以上でエラー。エラーは以下のようになる。

 *ERROR: increment size smaller than minimum
 best solution and residuals are in the frd file

08/10/27

2枚の板を重ねて高さ0の状態から思いっきり引っ張った。→アニメーション

さらに大きな荷重で引っ張るとこうなる

2枚の板がはじめから開いている状態から、引っ張った。アニメーション

さらに大きな荷重で引っ張るとこうなる

08/10/22

frdファイルについて

ccx1.7で作ったfrdファイルは、NLGEOMがついているいないにかかわらず、節点がよけいにでてくる。378個の節点のやつをccx1.7で計算し、frdファイルを見たら節点が4000くらいまで増えていた。

引張側も拘束した場合について

高さ0の円筒を固定側x,y,z、引張側x,yを固定して引っ張っても、うまく伸びない。

ccx1.5でも1.7でも、非線型を入れても入れなくても、14角形でも6角形でも、どんな組合せでも、うまくいかない。

かなり小さい初期不整を入れた場合も同じである。

08/10/21

固定側の全節点のx,y,zの並進変位を拘束したもの→アニメーション

高さ0の状態から引っ張った

6角形、4段、半径5cm、210GPa、板厚1mmの円管に、高さ0から0.5MNでひっぱった。→add-displacement

これは、ccx1.7で、NLGEOMをいれないで計算した。これに、すごく小さい初期不整をいれても、変形状態はほとんど変わらない。

08/10/20 15時

全節点数は378で382という節点はなかった。

08/10/20

「1点でx,y,θz拘束」という境界条件では、ccx1.7でNLGEOMをいれていないと、

*INFO in cascade: linear MPCs and
       nonlinear MPCs depend on each other
       common node: 382 in direction 2

 Factoring the system of equations using spooles

のようにでて計算できないが、NLGEOMを入れると、計算できた。

計算できたといっても、何度も上のINFOがでできて、時間がかかって計算が終わる。

これのアニメーションを見ると、回転もしないし上にも動かない。

でもadd-displacementを見ると、上に伸びているのが確認できた。

10/17 その1

高さ3cm、半径5cm、板厚1mm、ヤング率69GPaで、ccx1.7でのアニメーション。上に引っ張られないで横に動く。

同じ物をccx1.5でやると、しっかり上に動く。

ふたつとも幾何学非線型をいれていない。

ccx1.7に幾何学非線型をいれると、ccx1.5のように上に動くようになる。

後藤ちゃちゃ08/10/17

上に伸びている方も、固定端部の1点の回りに回転しているように見える。 境界条件は、

だとすると、直径を挟む2点が、一方は半径方向にだけ動けて、他方は接線方向にだけ 動けるので、半径方向に動ける方を回転中心にして、向かい側の点が接線方向に動くと やや回転しているように見えるということだろうか。 1)だとどうなるだろう。

08/10/17 14時

2)でやっていました。なので1)の拘束条件をccx1.7でやってみました。すると、
*INFO in cascade: linear MPCs and
       nonlinear MPCs depend on each other
       common node: 382 in direction 2

 Factoring the system of equations using spooles
のようにでて計算されませんでした。

10/17 その2

その1にあるように、69GPaで、ccx1.7の幾何学非線型を入れない状態でやると、おかしいので210GPaでやった。

高さ3cm、半径5cm、板厚1mm、ヤング率210GPa、ccx1.7でNLGEOMを入れないで、荷重0.1MNで引っ張った。

上と同じ物を荷重0.05MNで。

片持ち梁を変形(STEP,NLGEOMで)

後藤ちゃちゃ(08/10/10)

バージョン依存のエラーは、まとめると以下のような感じでしょうか。 折れ角を持って接合されているシェル要素を引っ張ったり押したりした場合、
バージョン幾何学非線形出力結果
ccx_1.5入れないtoo many cutbacks
ccx_1.5入れるtoo many cutbacks
ccx_1.7入れない出る
ccx_1.7入れるtoo many cutbacks

幅5cm、軸長10cm、ヤング率69GPa、1要素で、板厚0.1mmの時。力は0.06Nで押している。0.6Nにすると、too many cutbacks。

幅5cm、軸長10cm、ヤング率69GPa、1要素で、板厚1mmの時。力は600Nで押している。6000Nにすると、too many cutbacks。

1段あたり10cmの初期不整をあたえた板

幅5cm、軸長14cmで、板厚0.1mmの時。力は0.6Nで引っ張っている。6Nにすると、too many cutbacksがでる。

後藤ちゃちゃ(08/10/9)

そうすると、折れ角が小さすぎることが原因ではないですね。 変位(特に回転)が大きくなりすぎるせいかどうかは、片持ち梁を極端に変形させて確認したいですが、 STEPのところを
*STEP,NLGEOM
として幾何学非線型解析にして解いてみますか(そうすれば、変位や回転の大きさには制約がなくなりますので)。

幅5cm、軸長14cmで、板厚1mmの時。力は6Nで引っ張っている。60Nにすると、too many cutbacksがでる。

2枚の板を重ねたやつを上に引っ張る(高さ0の状態から)

幅5cm、軸長10cmで、板厚0.1mmの時。力は0.6Nで引っ張っている。6Nにすると、too many cutbacksがでる。

幅5cm、軸長10cmで、板厚1mmの時。力は6Nで引っ張っている。60Nにすると、too many cutbacksがでる。

2枚の板を重ねたやつを上に引っ張る(初期不整を与えた状態から)

幅5cm、軸長10cmで、板厚0.1mmの時。力は0.6Nで引っ張っている。6Nにすると、too many cutbacksがでる。

幅5cm、軸長10cmで、板厚1mmの時。力は6Nで引っ張っている。60Nにすると、too many cutbacksがでる。

10/3 15時

高さ0の折り畳み円筒を、大きい荷重で引っ張るときにでるエラーの文。

ERROR: too many cutbacks
best solution and residuals are in the frd file

ccxの増分繰り返しの制御

*CONTROLS,PARAMETERS=TIME INCREMENTATION
4,8,9,16,10,

10/3

アニメ

分布

z方向の変位の分布。

1点はx軸方向の並進変位を拘束し、その点に対象な点はy軸方向の並進変位を拘束した。

10/1

分布

z方向の変位の分布。

1点はx軸方向の並進変位を拘束し、その点に対象な点はy軸方向の並進変位を拘束した。

tasu.fの改造したやつ

tasu2.f

9/30 13時

アニメ

いままでの座屈した円管で、Animateのstartをおしてから、Viewingのadd-displacementを押したらこうなった。

9/26 13時

アニメ

円筒を引っ張った

cgxのmovie

8段のやつを引っ張った

BUCKLEができない。 アニメ

厚さ0にしたらこうなった

cgxのmovie

gnuplot 要素数と変位

幅0.5m、桁高0.5m、軸長10mの片持ち梁の自由端に集中荷重が作用している。 横軸を要素数、縦軸を自由端の鉛直変位[m]とする。 緑の直線はティモシェンコ梁の式の変位で、青の直線はせん断無視の梁理論の変位。 32要素の変位が1.7609で、64要素の変位が1.7641になり、収束値を1.76にした。

要素数を32で、l/hをかえた。 縦軸を誤差(%)、横軸をl/hとする。 赤線が梁理論との誤差で、緑線がティモシェンコとの誤差である。

拘束条件、両端固定梁

軸方向がx、幅方向がy。 固定支点の端の節点(Nfixx)は

拘束条件、単純梁

軸方向がx、幅方向がy。 ヒンジ支点の端の節点(Nfixx)は、

08/6/27

幅0.5m、桁高0.5m、軸長10mの片持ちばりの曲げが、理論値との誤差-4%になった。 幅0.5m、桁高0.01m、軸長10mの引張りは、誤差-0.9%になった。

単純ばりっぽいのと、両端固定ばりっぽいのができた。

リンク

LaTeX

fortranメモ

稲荷の日誌