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研究タイトル:ケーブル腐食を考慮した斜張橋の連鎖崩壊時におけるDAFの検討

研究目的

4年次ではSalome-Mecaを用い,簡易モデルで衝撃力の再現が妥当か検討を行なった.ただ,モデルを作成するにあたり,ピン接合の再現や幾何学的非線形絡み(まだ解決してないところもあるが...)の問題があり,それらをできるようにした.
修士では,これまでMarc_Mentatを用いて橋モデルを作成して解析を行なっていたものをSalome-Mecaでもできるようにする.そのためにまずはSalome-Mecaで橋モデルを作成して,解析できるところまで持っていく.(これが第1ステップ!)
そして,ケーブルに腐食を考慮した斜張橋に動的応答解析を行い,DAFを検討していく.(簡単に言うと,昨年,簡易モデルでやったことを橋モデルで行う)
斜張橋モデルに関しては,ケーブルの張り方や本数,橋梁のスパン長や減衰率等を色々変えた上で解析を行う.

→詳細記述
ケーブルを有する橋梁のケーブルが腐食することで橋が落ちてしまう事故が近年各地で起きています.(例えば...台湾の南方澳橋とか.卒業された先輩がその橋を対象とした研究を行なっていました.)
その中で,1本目のケーブルが切れることで,次々とケーブルが切れてやがて落橋に至る連鎖崩壊をターゲットに研究を行なっています.
この現象は橋梁の落橋などを引き起こす重大な事故に繋がるため,そのメカニズムの研究も進められている現状です.
本研究室ではその解析手法の提案が行われてきたが、ケーブルが切れた際の衝撃力の大きさや他のケーブルに掛かる荷重の再分配率が明確ではありません...。
卒論では,簡易モデルと呼ばれる簡単なモデルで衝撃力の検討を行ないました.そこで,修論では斜張橋モデルを使って手法の妥当性を検討する目的で,健全と腐食ケーブルを有する斜張橋に対してケーブルが切れた際の衝撃を衝撃力として数値解析的に与え,その大きさをDAF(動的増幅率)として検討していきます.
モデル自体もケーブルの張り方やスパン長等の性質・値を変化させていくことでどう変わっていくのかも見ていきたいなと考えています.

後は,Salomeのビーム要素絡みの問題も色々解決していきたい。

今後の予定

曜日123456789 10
時間帯8:50-10:2010:30-12:0012:50-14:2014:30-16:0016:10-
都市システム(院)土質工学特論(院)
交通システム(院)外国文献(青・後)構造研ゼミ(後・青・石)
材料設計(院)理工学英語(2Q)科学技術者倫理(2Q)
地域防災学

<その他の予定>
8/9 実家に帰省
8/26〜9/6:インターン期間
9/12 帰秋
9/20 鋼構造を語る会

ゼミ用メモ

6/19
トラス要素にケーブルを与えていいのか?
6/12
model300エラー,影響線解析について(移動荷重の求め方)

Model300

解析結果

解析手法を確立させたら,まずはC1を破断させて,そのときの主桁鉛直変位を見る.

モデル作成

Salome-Mecaで橋モデル(model300)を作成してみる.
以下の写真らはMarcで卒業された先輩が作成した橋モデルである.これを参考にして,まずはモデルの完成を目指す.(Marcではm系でモデルを作成していたため,Salomeも同様に作成する.)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/6honmodel300xy.PNG

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/3D6honmodel300.PNG

・ひとまず,Salome-Mecaでモデルの作成は終えた.メッシュも切り終えたので,Asterstudyの設定方法を考える.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/Salomemodel300.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/Salomemodel300yoko.png

Salomeでの解析方法
まず,モデルが完成したら,静的解析(ダメそうなら,時刻歴応答解析で)で主桁中央鉛直変位のデータを取ってみてMarcと比較する.(Marcで導出した変位の値は-1.17m)
材料非線形を考慮しているため,AnalysisでSTAT_NON_LINE(動的ならDYNA_NON_LINEかな。)を用いて解析を行う.
また、プレストレスは一旦温度応力で試してみようと考えている. ただ,ケーブルは降伏点が2つ存在しているため,TRACTIONを用いて降伏点を設定する必要があるが,現時点で解析が成功した試しがない...

解析記録

6/26
前回,主桁が持ち上がった原因として,ケーブルの半径の与え方を間違えていたことだと判明した。(この橋梁モデルはm単位で作成しているのに、ケーブルの半径の値をm換算するのを忘れていた。)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/model300-2.png

得られた主桁鉛直変位は-1.34mだった.(Marcで導出した変位の値は-1.17m)

現在、与えている境界条件
死荷重:桁:122000N/m,主塔:60000N/m (秋山さんの論文と残されたMarcのデータを参照)
活荷重:主桁中央に1.175×10^6N/m, 桁全体に35250N/m (Marcのデータを参照)
CW: 80000N/m (秋山さんの論文を参照)
ケーブルプレストレス:C1,C26:-150℃ それ以外のケーブル:-100℃ (Marcのデータを参照)

6/19
ケーブルをトラス要素に変えたら解析が回ったが、主桁中央鉛直変位が1.00mという解析結果が得られた。
論文での結果を見てみると、下にたわんでいる結果が得られていたため、荷重が上手く与えられていないのでは?

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/model1.png

・死荷重を入れるのを忘れていた...。Marcで作成していたモデルを見ると,重力を(重力荷重?)モデル全体に与えていたようだが...。(密度×体積×重力加速度で導出ってことだと思う。)
ただ、桁にかけている死荷重のデータは概要に書いてあるため、早速修正する。

・バネでのやり方だと中々解析が回らないため、やり方を変えてバネを外してケーブルをトラス要素に変えてみた。
トラス要素:軸力のみが生じ,部材と部材の共有節点をピン接合した要素。

自分の卒論で取り扱った簡易モデルのケーブルをトラスに変えてみたところ、桁の先端変位(2.50mm)とケーブル張力(16N)がバネ使用時と一致し、有限要素解析でケーブルをトラス要素として扱っている例をいくつか見たので、トラス要素を使うこと自体、信頼性はあると思うが、ケーブルを要素分割した際に解析は回るのかな?(トラス要素の定義に従うなら、要素分割したらケーブルとケーブルをピン接合するということになると思うが...)

6/6 問題になっている可能性が高い箇所を見つけた.Analysisの部分で自由度に関する問題がノード199(C21と塔を繋ぐバネ部分)で発生しているらしい。
バネ絡みの設定がおかしいと思うが...。
思いついた解決策として,バネとケーブルの共有節点も離散要素(マトリクスを与える状態、要するにバネ要素と同じ設定)を与えてみるとか?

↓赤丸で囲んだ箇所が該当箇所
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/N199-1.png

↓赤丸の拡大図
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/N199.png

↓メッセージ内容
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/error3.png

6/4 現時点で出ているエラーメッセージ Analysis,DYNA_NON_LINEでエラーが発生中
(1)
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/bridgeerror2.png

 	  	 

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/JPbridgeerror.png

5/25 何とか解析回すステージには立てた.(時刻歴応答は自分,静的解析は山本君にお願いしている。)
ここからエラーメッセージを順番に潰していく.

5/23 試行錯誤しながらプログラムを組んでいる最中。
何とか今週までに解析回せるところまで行きたい。

影響線解析

6/12:とりあえず,モデル作成優先でいいらしいので,まずはモデルを完成させよう。

影響線:移動荷重に対してある点に生じる物理量の大きさを移動荷重の位置関数で表したもの

影響線の定義から,まずは移動荷重を求め方が分からないと話にならない?

↓橋の上を走る電車を例に移動荷重を算出する方法を見つけた。荷重条件に式を与える方法を使って,動的解析をする必要があるらしい?
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/movingload.png

移動荷重の出し方

ちなみに...midasだと説明書の10章を見たところ,影響線を導出する手法が記載されていた.

簡易モデル

卒論で扱った簡易モデル

Q:そもそも,簡易モデルって何?

A:簡易モデルとは桁をケーブルで1本(または2本)で吊ったモデルである.
学部生のときにこのモデルを使って,DAFを算出し,衝撃力が出ているかの確認を行なった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/chiyooka/Salomekani.png

桁は高さ10mm,幅50mm,厚さ2mmの薄肉矩形断面,ケーブルは半径4mmの円形断面である.

Salomeの設定とほとんど近い状態でMarcでも解析してみた.(プレストレスの与え方だけ違う.Marc→温度応力,Salome→ひずみ)
また,Marcだと149.9sで解析が終わってしまうため,0.01s分データがない結果である.

ケーブル1本のみの簡易モデル(集中荷重なし)の結果

Marcの解析結果
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/CnasimarcmodelA.png

Salomeの解析結果
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/modelADEPL.png

DAF

時間DAF(Marc)DAF(Salome)
0.005s1.971.95
0.01s1.951.93
1s1.021.02
5s1.001.01

1ケースしか試していないが,どちらの結果も見る限り,大きな差は出ていないため,解析ソフトによる差異はほとんどないと言えるだろう.
この結果から,ピン接合とプレストレスをSalome用に設定をアレンジしたものもそれなりに信頼性は持てると思う.

DAFとtimestepの関係

2本モデルのとき、モデルに冗長性が出たためDAFの値が2に近い値が出なかったと考察したが...
timestepを更に細かくしたら結果が変わるのでは?と考え、timestepを0.001に変えて再度解析を回してみた。(卒論ではパソコンの性能が足りなくて0.005までしか結果を出せなかった。)

https://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/kaniver2.png

解析時間を115sに変更,100sまでゆっくりと載荷し,110sで一番外側のケーブルを破断させ,115sまで解析を行った。 結果はケーブル破断時間を0.001s,0.005sのもの2種類用意した。

timestep0.001の結果
109s〜115sの様子 https://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/2honmodelhadan0001.png

110s〜110.5sの拡大グラフ https://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/2honkanimodelhadan0001kakudai.png

timestep0.005の結果
109s〜115sの様子 https://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/2honkanimodelhadan0005.png

110s〜110.5sの拡大グラフ https://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/2honkanimodelhadan0005kakudai.png

DAFはtimestep0.001sでは1.87
timestep0.005sでは1.47となった。

以上から、2本モデルの簡易モデルでDAFの値が思ったより出なかったのは,timestepが原因だと考えられる。
1本モデルでtimestep0.001に変えて解析回してないからはっきりとは言えないけど...timestepに大きな差(0.005と0.001)がないのに、ケーブル本数増えたらDAFの数値が変わるなら橋梁モデルももっとtimestepを細かくしたらDAFも変わってくるのかな?

簡易モデルver.2

ばねを用いてピン接合を行うやり方で斜張橋モデルを作成すると、主塔とケーブルを結ぶばねの節点に自由度絡みのエラーが発生する。
ケーブルをトラス要素に変えたら解析は回ったが、トラス要素は節点共有した際にピン接合になるため、要素分割する際は橋梁ケーブルをトラス要素で再現できない。
ケーブルのサグを再現するには要素分割を行う必要がある(ケーブルが切れたあとの様子・変化が見たい)ため、まずは簡単なモデルを作成して解析が回るか確認する。

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/zentaikanimodelver2.png

今回用いるモデルは上の通りである。1.5mの塔に、塔の高さ0.5mから桁を1mに伸ばし、ケーブルで吊ったモデル。
このモデルを4つのステップに分けて解析を行う。(解析自体はシンプルに静的解析を行い、変位を導出している。)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/ketadanmen.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/cabledanmen.png

桁と塔は高さ10mm,幅50mm,厚さ2mmの薄肉矩形断面、ケーブルは直径8mmの円形断面を適用した。

STEP1:ケーブルなしモデル
塔と桁のみの状態で、桁の先端に100Nの集中荷重を与えたモデル。塔の先端は拘束なし。まず、このモデルの解析が回るか確認した。
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/step1.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/modelstep1factor5.png

色付きが変形図(factor5倍)
桁の先端はy方向に-70.38mm、塔の先端はx方向に19.22mmたわんだ。 桁の先端に荷重を掛けていることから、塔と桁が倒れるような挙動が得られると思われるため、解析は上手くいっているだろう。

STEP2:ケーブルつけたモデル 塔側のケーブルの結合は剛結、桁との結合はバネ(0.01mm)を用いたピン接合。ケーブルの要素分割数は20で、プレストレスを温度で-100℃与えた。
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/step2.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/modelstep2factor20.png

色付きが変形図(factor20倍)
桁の先端はy方向に1.059mm持ち上がった。
温度によるプレストレスが入っていることも確認。(設定方法はこちらに記載。)

STEP3:塔とケーブルの接合を変位固定で
塔側のケーブルの結合は回転自由、それ以外の条件はSTEP2と同様

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/step3.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/modelstep3factor10.png

色付きが変形図(factor10倍)
桁の先端はy方向に2.313mm持ち上がった。

STEP4:塔とケーブルの接合にバネを用いる。
塔側とのケーブルの結合もバネによるピン接合に変更
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/step4.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/chiyooka/modelstep4factor10.png

色付きが変形図(factor10倍)
桁の先端はy方向に1.249mm持ち上がった。

知識とか色々

研究絡みの知識をここにまとめる.(FEMに関することはここにはあまり載せない.)

減衰

参考資料等

衝撃メモ(DAFとは何なのか,改めて勉強し直す用)

code_asterの動画 (音声は英語だが、内容は振動解析に関わってくるもの。)

code-asterの説明 (英語で書かれているので翻訳する必要あり)(URLコロコロ変わるな...)

code-aster質問ページ(こっちもコロコロ変わるな...)

beam要素の弾塑性解析マニュアル

CAE用語辞典(解析の種類などの意味を調べるのに使う)

Marc Mentat2018メモ

例題で学ぶMarc有限要素法解析入門 (2013年に出版されたものなので、少し違いがあるかもしれない。なお、閲覧にはAUアカウントとPW必要)

Salome-Mecaのチュートリアル (英語だが、Salome-Meca全体の話が色々載っている。例えば、作成した構造物に適した要素(3D,BAR...etc)とか)

Pavaris wiki

Salome-meca beginning with code_aster (Salome-mecaの質問するところ[掲示板]でよくこれを見てくれと答える人が多いので、載せてみた。英語で書かれている。)

Salome-Meca 2019を用いたトルク解析について 0D要素の作成方法が書かれている。

Midas解析編 今年からこの解析ソフトを使い始めている方がいるので,自分も軽く頭に入れておきたい.

解析ソフトの使い方

Salome-Mecaビーム要素についてはこちらから

Marcに関することはこちらから

やることリスト

2024 夏休みまでにやること

・ケーブルを梁要素にした斜張橋モデルの解析をできるようにしたい。

・卒論で扱ったケーブル2本の簡易モデルの詳細調査(timestepを0.001に変える)→後輩が行う簡易モデルによる実験での検討に繋げるために情報を集めたい。

・帰省前に鋼構造を語る会で話す内容をまとめておく。(今の研究状況的に昨年度の卒論内容を改良したものを話すことになるかな?)

2024 6月
・橋梁モデルのmatrix errorを解決する。

・DAF関連の文献を読む.(英語だけど...)

・Salomeの勉強

・英語の勉強(英語で研究のことを含め,自分のことを話せるようになることを目標。)
→今は中学レベルの文法を勉強し直している。(図書館で借りた英語のハノンという本)

2024年も残り半分か...。

2024 5月
・model300のasterstudyの設定方法を模索
(主桁中央鉛直変位を求める。)

後は、研究の合間にDAF絡みの資料や論文読んでみる。勿論、授業関連の勉強も忘れずに。
それと,wikiのビーム要素のページも適宜更新しておかないとな...。

2024 4月
・Salome-Mecaで橋モデル作成(1か月くらいで解析できるところまでは持っていきたい.) →まずは静的解析で主桁中央鉛直変位と比較してみる。

・色々知識をつける。この1年は橋梁絡みを中心に土木のことを勉強していきたい。

・DAFの式を論文等で調べる.別の式で検討する必要があるかもしれないので...。

後は、いつものことだが、コミュ力ももっとつけていきたいな。人に自分の言っていることが伝わるようにするにはどう話せばいいかできる限り意識しながら会話していこう。

日記

7/20(土)
久々の更新です。
前期も残り3週間ほどで終わります。早いな...。
来週はある授業のスライド発表に、再来週はある授業のテストがあったりで大変ですが、忙しい日々も夏休みに入れば一旦落ち着くと思います(^^;
ただ、授業のほうもある程度落ち着いたら研究のほうに力を入れなきゃなとも思っています。昨年度より研究の進捗ペース落ちてるからな...。
夏休みの楽しみも頭の片隅に入れながら、残りの前期も頑張って乗り切りたいと思います!

5/15(水)
今日はいよいよ4年生の研究テーマが決まりました🎉
今年の研究テーマで自分が何かしら大きく関わることはなさそうですが、自分も卒論の際に先輩にたくさん助けていただいたので、もし何か聞かれたら少しでも力になれるようにはなりたいなと思います。
自分の研究も最近はスローペースでしたが、院での生活も慣れてきましたし、ペースアップしていきます!!

5/9(木)
GWも明けて、ようやく前期も本番かなと感じます。(そう思うのは私だけですかね💦)
昨日はM2以上の院生と先生方が不在だったため、自分が前に立ってゼミを進行しました。
4年生がこれから行う研究内容について分かる範囲で簡単に説明することが主な内容でしたが、あの説明で伝わったのだろうか...(・・;)
毎回思うことだけど、日本語って難しいよな...。大学に入学した頃と比べると、間違いなくコミュニケーション能力は上がっているけど、まだまだ改善するところはあるよな💦
まぁ...それは置いといて、最近は人前に立って話すことが増えたなと感じています。
今年は、ゼミを除くと卒論,東北支部,謝恩式と大きめな行事で人前で話していますし...中高の時の自分がこれを知ったら驚くだろうな(笑)
逆に、人に分かりやすく伝えるにはどうすべきかと考えることも増えましたが、そのおかげで少しずつだけどコミュニケーション能力がついてきているのかなとも思います。
院の授業でも議論・発表がメインになってくるので、この1年でかなり鍛えられるんじゃないかな?もっと頑張らないとな(^^)

4/24(水)
もうすぐGWが近づいているのと同時に4月がもうすぐ終わってしまうことに驚きを感じています...。
のんびり過ごしてたらあっという間に夏ですね(・・;)
それと、本日も英語ゼミに4年生と混じって参加しましたが、自分の研究を英語で説明するって難しいなと思いました。
日本語でも中々難しい言葉を使っているので尚更ですね💦
間違いなく今の4年生に伝わってなかったので、ちょっと考えないといけないな...。

4/18(木)
研究指導計画書も書き、今年度をどう過ごすかある程度考えることができました。
前期は結果を出すことに集中して、後期からは論文を書けるようにできると理想ですが…果たしてどうなるか💦
けど…後輩たちの頑張ってる姿を見ると先輩がだらしないのはいけないなとも思います。
すでに夜遅くまで残って研究してる人が何人かいるし…(゜o゜;
うかうかしてたらあっという間に追いつかれそうです(^^;(競争してる訳ではないですが…)
もっと頑張らないとな!

4/16(火)
新学期が始まって1週間程経ちました。明日から本格的にゼミが始まるので,そろそろペースを上げて頑張らないとなと思っています。(一応,明日話すことはあるので,その心配はしなくてよいですが...)
さて...明日は新4年生の春課題の発表日です。昨年は自分も発表しましたが、あれから1年経ったと思うと色々思うことはありますね(^^;
めちゃくちゃ緊張してたし、質問の受け答えに対しても意味わからんこと言ってたよな…(-""-;) 昨年の自分を思い出しながら,明日の発表は聞こうかなと思います😊

4/12(金)
第1回目の授業がほとんど終わり、どれも面白いと思える授業ばかりでした。
後は、自分が授業を通じてどれだけ自分のものにできるかが大事なので、しっかり勉強していきたいと思います。
研究室絡みでは、新4年生が来週に春課題の発表があるため、研究室に多くの人が集まっています。
どんな発表をするのか楽しみです!
それと...もっと新4年生とも交流しないとな。外国語文献の講義は院生も出れるから、まずはそこで色々お話してみるか!英語だけど...笑

4/10(水)
遅くなりましたが、ついに大学院生としての生活が始まりました。
授業に研究と、ひょっとしたら昨年度より忙しい日々になりそうですが、1日1日を大事に過ごしていきたいなと思います.
今年度はどんな1年になるかとても楽しみです.

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Last-modified: 2024-07-20 (土) 13:43:16