後藤資料

太田の卒論日誌 - お世話になりました

目次

お世話になりました

オンサイト木橋全体モデルの解析

たわみ理論値:$δ=\frac{Pl^3}{48EI}$=4.967E-3

(ちなみに孔空き鋼板の剛性$E^{孔}_{s}I_{s}$が37.00MNm^2 なのに対し、 通常の鋼板の剛性$E_{s}I_{s}$が38.63MNm^2 で剛性低下は4.22%しかない)

モデルの幅員方向分割数nx=8(木材の分割数nw=7)、厚さ方向分割数ny=10(木材の分割数nw=8、上下それぞれ4分割)で軸方向nzを増やしてみる。

100kN中央載荷(線荷重)

軸方向分割数鋼板鋼板との接続部切断面
425.640E-035.668E-036.068E-036.591E-037.129E-037.620E-038.015E-038.286E-038.414E-03
845.731E-035.759E-036.179E-036.706E-037.250E-037.747E-038.146E-038.419E-038.565E-03
1265.750E-035.779E-036.206E-036.733E-037.278E-037.776E-038.176E-038.447E-038.603E-03

軸方向分割数鋼板鋼板との接続部切断面
425.643E-035.643E-035.636E-035.627E-035.619E-035.611E-035.605E-035.601E-035.600E-03
845.733E-035.733E-035.726E-035.718E-035.710E-035.702E-035.697E-035.693E-035.692E-03
1265.753E-035.752E-035.746E-035.737E-035.729E-035.722E-035.717E-035.713E-035.712E-03

スパン、高さそのままで幅員を増減させて木床版の変形をみたい(分割数nx=8,ny=10,nz=126,100kN中央載荷)

幅員(mm)理論値(mm)上側鋼板中央切断面下側鋼板中央切断面
2108.71758.93999.10319.22718.90928.88928.8826
4206.96487.32217.85058.28657.29927.26397.2512
8404.96745.7507.2788.6035.7535.7295.712
12603.86035.18227.68419.89285.17035.22755.2308
16803.15674.98608.591311.7514.97675.19295.2485
33601.8258

孔空き鋼板の解析

孔空き鋼板をCalculiXでFEM解析し、求めたたわみから剛性を計算し木床版の剛性と足し合わせてFEMによるハイブリット木橋の剛性としたい

中央載荷

中央載荷で単純支持のたわみ理論値$δ=\frac{Pl^3}{48EI}$と72x6モデル、144x12モデル解析値の比較を行いたい

144x12モデルのinpファイルです。載荷条件、拘束条件は適当なので設定しなおしてください。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/ota/zentai-144x12.inp

分割数ccx(m)理論値:$δ=\frac{Pl^3}{48EI}(m)$誤差
72x62.7067E-042.5876E-044.60%
144x122.7264E-045.36%

150mm近辺を拘束、100kN中央載荷で解析すると

理論値解析値誤差
2.432E-22.5648E-25.461%

卒論流れ-剛性評価を考える

現状、手計算での理論値が実験値と一致しない。せん断変形考慮しても大きな差がある。そこで、音波測定で求めた木材のヤング率が間違っている可能性があると考え、実験のひずみデータからヤング率を求めといった方法で剛性評価をした。 また、木橋の半解析モデルと手計算、実験データの比較からせん断変形の影響がどの程度かも見てみたい

シェル要素における板のたわみ解析

寸法(m)幅(x):0.04厚さ(y):0.004長さ(z):1
ヤング率:70GPaポワソン比:0.33荷重:10N

片持ち

強軸載荷

*[分割要素数と厚さを変えた時の場合]

厚さ:0.004厚さ:0.007厚さ:0.01
10×102.2179[$10^{-3}$]1.2663[$10^{-3}$]8.8529[$10^{-4}$]
19×192.2185[$10^{-3}$]1.2667[$10^{-3}$]8.8561[$10^{-4}$]
20×202.2270[$10^{-3}$]1.2715[$10^{-3}$]8.8901[$10^{-4}$]
21×212.1909[$10^{-3}$]1.2509[$10^{-3}$]8.7461[$10^{-4}$]
25×252.0329[$10^{-3}$]1.1608[$10^{-3}$]8.1165[$10^{-4}$]
30×301.8819[$10^{-3}$]1.0746[$10^{-3}$]7.5145[$10^{-4}$]
40×401.6444[$10^{-3}$]6.5674[$10^{-4}$]

よって20×20が最も相対誤差小であり、その値は以下となる

厚さ:0.004厚さ:0.007厚さ:0.01
20×200.229%0.315%0.433%

・厚いほど誤差大

・プログラムの関係上x方向とy方向の分割要素数が同一の状況でしか解析できず、また分割数を20×20より増やすと相対誤差が大きくなる

*[ヤング率を変えた場合]

・寸法や荷重は初期条件(0.04×0.004×1,P=10N)のまま

・E=70GPa

20×20相対誤差
E/51.1135[$10^{-2}$]0.233%
E/48.9081[$10^{-3}$]0.230%
E/36.6906[$10^{-3}$]0.230%
E/24.4540[$10^{-3}$]0.231%
E2.2270[$10^{-3}$]0.229%
2E1.1135[$10^{-3}$]0.233%
3E7.4234[$10^{-4}$]0.230%

*[梁長と幅の比(z/x)を変えた場合]

・初期条件(0.04×0.004×1)だとz/x=25なので、${3 \leq z/x \leq 25}$で変えてみる
z/x20×20相対誤差 z/x20×20相対誤差
34.1565[$10^{-6}$]7.20%154.8206[$10^{-4}$]0.0166%
51.8314[$10^{-5}$]2.50%177.0123[$10^{-4}$]0.0898%
74.9556[$10^{-5}$]1.12%199.7848[$10^{-4}$]0.141%
91.0472[$10^{-4}$]0.554%211.3206[$10^{-3}$]0.182%
111.9064[$10^{-4}$]0.262%231.7345[$10^{-3}$]0.208%
133.1414[$10^{-4}$]0.0891%252.2270[$10^{-3}$]0.229%

弱軸載荷

*[分割要素数と厚さを変えた場合]

強軸同様20×20が最も相対誤差小であり、その値は以下となる
厚さ:0.004厚さ:0.007厚さ:0.01
20×2013.9%13.6%13.5%

*[ヤング率を変えた場合]

20×20相対誤差
E/59.8026[$10^{-1}$]13.9%
E/47.8421[$10^{-1}$]13.9%
E/35.8900[$10^{-1}$]13.9%
E/23.9211[$10^{-1}$]13.9%
E1.9605[$10^{-1}$]13.9%
2E9.8027[$10^{-1}$]13.9%
3E6.5351[$10^{-2}$]13.9%

*[梁長と幅の比(z/x)を変えた場合]

・${3 \leq z/x \leq 25}$で変えてみる
z/x20×20相対誤差 z/x20×20相対誤差
33.1929[$10^{-4}$]20.8%154.2140[$10^{-2}$]14.4%
51.5168[$10^{-3}$]17.7%176.1440[$10^{-2}$]14.2%
74.2130[$10^{-3}$]16.3%198.5877[$10^{-2}$]14.1%
99.0162[$10^{-3}$]15.5%211.1605[$10^{-1}$]14.0%
111.6534[$10^{-2}$]15.0%231.5258[$10^{-1}$]13.9%
132.7374[$10^{-2}$]14.7%251.9605[$10^{-1}$]13.9%

単純支持

鋼板の寸法(m)←xy平面で考察している

長さ(x):0.2幅(y):0.05厚さ(z):0.001

強軸載荷

単純支持時の等分布荷重によるたわみ:4.8309E-05 (Z=0.005:9.6618E-06)

単純支持時の中央載荷によるたわみ:7.7295E-05 (z=0.005:1.5459E-05)

*片方の支持をローラ一支承として水平方向(x)に自由とする

固定条件(1~6)(2~6)(1~3)(2~3)(1~3&5~6)(2~3&5~6)(1~4&6)(2~4&6)(1~5)(2~5)
z=0.0016.4580E-056.5041E-056.4580E-056.4580E-056.4580E-05
等分布荷重との相対誤差33.7%34.6%33.7%33.7%33.7%
中央載荷との相対誤差16.4%15.9%16.4%16.4%16.4%
z=0.0051.2782E-051.3031E-051.2782E-051.2782E-051.2782E-05
等分布荷重との相対誤差32.2%34.9%32.2%32.2%32.2%
中央載荷との相対誤差17.3%15.7%17.3%17.3%17.3%

以上からccxの解析結果は中央載荷の理論値に近づくといえる

*水平方向の移動を考慮しない

(1~6)(1~6)(1~3)(1~3)(1~3&5~6)(1~3&5~6)(1~4&6)(1~4&6)(1~5)(1~5)
z=0.0013.8567E-053.9288E-053.8567E-053.8567E-053.8567E-05
等分布荷重との相対誤差20.2%18.7%20.2%20.2%20.2%
z=0.0057.6480E-068.2702E-067.6480E-06
等分布荷重との相対誤差20.8%14.4%20.8%

弱軸載荷

ハイブリット木橋における木床版一段及び二段のたわみ理論値と実験値の比較(仮)

中央載荷

実験値を平均化しなかった場合

・5~9は荷重の載荷位置を示す(後ほど追記します)

等曲げ

実験値を平均化しなかった場合

・5~9は荷重の載荷位置を示す

・等曲げ載荷で140KNまで載荷しても剛性の低下なし

・実験値が木床版一段と二段の中間値を取ることから二段目(引張側)の木床版が十分な剛性を発揮できていない

ひずみ実験値のグラフ

中央載荷

木床版上部材(21~25)と下部材(26~30)のひずみ

孔空き鋼板の鉛直材(14~17)及び斜材(18~20)のひずみ

孔空き鋼板の上弦(10,11)及び下弦(12,13)のひずみ

側面からの距離で測定したひずみ

等曲げ

木床版上部材(21~25)と下部材(26~30)のひずみ

孔空き鋼板の鉛直材(14~17)及び斜材(18~20)のひずみ

孔空き鋼板の上弦(10,11)及び下弦(12,13)のひずみ

側面からの距離で測定したひずみ

孔空き鋼板とトラス構造のひずみを比較してみる

側面からの距離で測定したひずみ

トラス構造の方が上部材と下部材のひずみの変化が連動しているように見える。 孔空き鋼板の下部材の変化が一定に近いのはバッドジョイント影響で、鋼板の下部ががその分の受け持ちをしているとすれば、変化の連動する、つまり下部材がある程度引張を受け持つトラス構造では鋼材の上部材と下部材のひずみに大差はないはず。

鋼材の上部材と下部材のひずみ

上で書いた通りにトラス構造の鋼材のひずみは上下部材に大きな違いは見られない。 一方で孔空き鋼板では上部材が一定の値に集束していくのに対し、下部材は荷重と共にひずみも増加していく。

孔空き鋼板の鉛直材と斜材のひずみを理論値と比較してみる

部材番号1418151916
軸力(kN)50.068.050.068.0100
ひずみ(μ)-179(圧)243(引)-179(圧)243(引)-358(圧)
ひずみ実験値(μ)-76(圧)127(引)32(引)91(引)-98(圧)

孔空き鋼板の上弦材下弦材のひずみ(10~13)データから鉛直材・斜材のひずみを計算してみる

上弦材のひずみ(10と11)、下弦材のひずみ(12と13)をそれぞれ平均した値を上弦(10)と下弦(12)におけるトラスのひずみとする。ε=N/(A*E)から軸力求めると上弦材29.3kN、下弦材76.2kN、鋼板中央への載荷は23.6kNとなり、両側の孔空き鋼板は47.2kNの荷重を受け持っていることになる

部材番号1418151916
軸力(kN)11.816.111.816.123.6
ひずみ計算値(μ)-84.5115-84.5115-169
ひずみ実験値(μ)-76(圧)127(引)32(引)91(引)-98(圧)

ccxのわかりやすい説明

http://freecaetester.blog62.fc2.com/blog-entry-15.html

UNIXコマンド

http://www.e.ics.nara-wu.ac.jp/~nogu/tips/unix_command.html

gnuplot

http://graph.pc-physics.com/   http://t16web.lanl.gov/Kawano/gnuplot/index.html

卒論日誌

日付曜日開始〜終了作業時間(h)立合作業内容
4/18月曜日4:00~5:001後藤ログインの仕方
4/21木曜日2:30~4:001.5後藤作業
4/25月曜日4:00~5:301.5後藤作業
5/9月曜日4:00~5:301.5後藤作業
5/12木曜日2:30~5:002.5後藤作業
5/16月曜日4:00~5:301.5後藤作業
5/19木曜日2:30~5:002.5後藤作業
5/23月曜日4:00~6:002後藤作業
5/26木曜日2:30~4:302後藤画像ファイルのweb上へのアップロード
5/30月曜日4:00~5:301.5後藤相対誤差を求める
6/1木曜日2:30~4:001.5後藤相対誤差を求める
6/6月曜日4:00~5:301.5後藤シェル要素でたわみを求める
6/9木曜日2:30~5:002.5後藤シェル要素でたわみを求める
6/13月曜日4:00~6:002後藤板部材におけるティモシェンコ梁と初等梁のたわみ比較
6/23木曜日2:30~5:002.5後藤板部材におけるティモシェンコ梁と初等梁のたわみ比較
6/30木曜日2:30~4:001.5後藤板部材におけるティモシェンコ梁と初等梁のたわみ比較
7/4月曜日4:00~5:301.5後藤直交異方性材料におけるティモシェンコ梁と初等梁のたわみ比較
7/7木曜日2:30~5:002.5後藤直交異方性材料におけるティモシェンコ梁と初等梁のたわみ比較
7/13月曜日4:00~5:001後藤直交異方性梁の有限要素解析
7/25月曜日2:30~5:002.5後藤直交異方性梁の有限要素解析
8/1月曜日2:30~5:002.5後藤直交異方性梁の有限要素解析
8/6土曜日4:30~7:002.5後藤
9/21水曜日18:30~20:302後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
9/27火曜日17:00~20:003後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
9/29木曜日17:00~23:006後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
9/30金曜日17:00~1:008後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
10/1土曜日18:00~24:006後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
10/4火曜日18:30~23:305後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
10/5水曜日9:00~21:005後藤夏休みの課題(鋼板のシェル要素解析)
10/6木曜日17:00~21:004後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/8土曜日15:00~18:002後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/11火曜日15:00~22:005後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/12水曜日8:00~13:002後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/14金曜日15:00~21:004後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/15土曜日17:00~21:003後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/18火曜日12:00~24:005後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/19水曜日8:00~18:003後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/21金曜日14:00~21:002後藤シェル要素解析(片持ち梁) tex作成
10/24月曜日18:30~23:004後藤シェル要素解析(片持ち梁) tex作成
10/25火曜日16:30~22:004後藤シェル要素解析(片持ち梁)
10/26水曜日9:30~17:301後藤荷重−たわみ曲線の作成
10/27木曜日17:30~22:002後藤荷重−たわみ曲線の作成
10/28金曜日17:30~20:003後藤荷重−たわみ曲線の作成
10/30日曜日18:00~21:301後藤荷重−たわみ曲線の作成
10/31月曜日15:00~20:303後藤荷重−たわみ曲線の作成
11/6日曜日15:00~20:303後藤荷重−たわみ曲線の作成
11/7月曜日18:00~24:005後藤荷重−たわみ曲線の作成
11/8火曜日21:00~23:002後藤グラフの作成
11/9水曜日10:30~19:303後藤グラフの作成
11/11金曜日20:30~1:003後藤グラフの作成
11/11土曜日21:30~1:002後藤グラフの作成
11/11日曜日20:30~22:002後藤グラフの作成
11/13火曜日11:00~20:307後藤グラフの作成
11/14水曜日10:00~19:004後藤グラフの作成
11/16金曜日11:00~21:005後藤グラフの作成
11/21月曜日9:00~20:306後藤孔空き鋼板の理論値計算
11/22火曜日11:30~22:006後藤孔空き鋼板の理論値計算
11/25金曜日15:00~22:304後藤鋼板の理論値計算
11/26土曜日20:00~23:002後藤鋼板の理論値計算
11/27日曜日16:00~18:002後藤鋼板の理論値計算
11/28月曜日17:30~21:303後藤鋼板の理論値計算
11/29火曜日15:00~22:005後藤鋼板の理論値計算
11/30水曜日10:30~15:003後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/2金曜日16:30~22:304後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/6火曜日16:00~22:005後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/7水曜日10:30~17:004後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/9金曜日9:00~20:006後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/12月曜日12:00~19:305後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/13火曜日15:00~24:006後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/14水曜日11:30~24:006後藤中間発表準備
12/15木曜日13:00~27:0011後藤中間発表準備
12/16金曜日16:30~19:303後藤中間発表準備
12/18日曜日16:30~19:303後藤中間発表準備
12/21水曜日16:30~21:002後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/27火曜日15:00~18:003後藤孔空き鋼板のモデル作り
12/28水曜日15:00~22:003後藤孔空き鋼板のモデル作り
1/10火曜日10:30~21:004後藤孔空き鋼板
1/12木曜日16:00~20:004後藤トラス構造と孔空き鋼板の比較
1/13金曜日15:00~17:302後藤トラス構造と孔空き鋼板の比較
1/16月曜日18:00~27:308後藤トラス構造と孔空き鋼板の比較
1/18水曜日10:30~21:009後藤ひずみからヤング率を求める
1/19木曜日18:30~24:006後藤支部原稿作成
1/20金曜日0:00~18:0015後藤支部原稿作成
1/22日曜日10:00~24:0010後藤支部原稿作成、等曲げ計算
1/24火曜日10:00~24:009後藤支部原稿作成、卒論スライド制作
1/25水曜日11:00~21:003後藤卒論スライド制作
1/26木曜日18:00~24:003後藤卒論スライド制作
1/28土曜日20:30~24:003後藤オンサイト木橋の解析
1/29日曜日0:00~7:307後藤オンサイト木橋の解析
1/30月曜日15:00~24:002後藤オンサイト木橋の解析
1/31火曜日9:00~24:002後藤発表練習、スライド変更
2/1水曜日16:30~24:007後藤発表練習、スライド変更
2/2木曜日0:00~20:3015後藤スライド変更、オンサイト木橋の解析
2/4土曜日17:00~23:305後藤スライド変更、オンサイト木橋の解析
2/7火曜日19:00~23:004後藤オンサイト木橋の解析
合計370.5(h)