卒論日誌

振動解析を用いた木橋の劣化状態の予測 [#d29acbab]

今後の課題(引き継ぎ)

メモ

fieldmatの個数制限

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/era.png

実測との比較

解析結果

振動モード測定値全て健全[Hz]部分的腐朽劣化(支点部・継手部)[Hz]全体ヤング率3割減少[Hz]全体ヤング率5割減少[Hz]全体ヤング率6割減少[Hz]全体ヤング率7割減少[Hz]
水平一次2.3712.300610.89579.117767.707086.894075.97117
鉛直逆対称一次8.6917.649714.240111.916410.07339.011317.80603
ねじれ18.954215.451212.932710.93379.781358.47317
鉛直1次15.3821.2318.378615.381413.004111.634310.0797
ねじれ23.234820.423217.091914.449112.926311.1978

全体ヤング率が62.8%減少したとき実験値と解析値が一致し,その時の設定ヤング率(=推定ヤング率)は主構部分が3.57GPa,床版が3.83GPaという結果になった.

縦桁・枕梁[欠損腐朽]

解析結果

振動モード全て健全[Hz]パターン1[Hz]パターン2[Hz]
水平一次13.998713.896(-0.74%)13.9902(-0.059%)
鉛直逆対称一次20.847920.64(-1.0%)20.7782(-0.33%)
鉛直一次24.832124.4318(-1.6%)24.4327(-1.6%)
ねじれ28.163728.749728.8119
ねじれ30.62130.245530.2735
鉛直二次35.059734.4265(-1.8%)34.5181(-1.5%)

モデル化

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/makuratategetahukyu3.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/makuratategetahukyu2.png

アーチ[欠損腐朽]

解析結果

振動モード全て健全[Hz]パターン1[Hz]パターン2[Hz]パターン3[Hz]パターン4[Hz]パターン5[Hz]パターン6[Hz]パターン7[Hz]
水平一次13.998713.7703(-1.6%)13.4892(-3.6%)13.7614(-1.7%)13.446(-3.9%)13.7241(-2.0%)13.4449(-4.0%)13.4026(-4.3%)
鉛直逆対称一次20.847920.5437(-1.5%)17.8754(-14.3%)20.5053(-1.6%)17.8004(-14.6%)20.3643(-2.3%)17.6278(-15.4%)17.5582(-15.8%)
鉛直一次24.832123.9116(-3.7%)23.405(-5.7%)22.8186(-8.1%)22.7379(-8.4%)22.2347(-10.5%)21.7183(-12.5%)21.2168(-14.6%)
ねじれ28.163727.266225.676626.955225.479926.733625.13724.9687
ねじれ30.62129.433928.170229.790127.50829.078727.860427.235
鉛直二次35.059734.269(-2.3%)31.1073(-11.3%)33.6118(-4.1%)30.7907(-12.2%)33.0724(-5.7%)30.0695(-14.2%)29.6676(-15.4%)

鉛直逆対称一次において,パターン7>パターン6>パターン4>パターン2>パターン5>パターン3>パターン1の順で健全時に対する相対誤差が見られた.
支柱接合部付近の欠損腐朽が固有振動数に大きく影響を及ぼす可能性が高い.

鉛直逆対称一次モード:http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/kazikaanime.ogv

モデル化

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/archhukyu.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/saibunnka3.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/saibunnka.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/saibunnka2.png

かじか橋アーチ部分における腐朽を考慮した振動解析

背景

解析結果

振動モード健全3/4(%)1/2(%)1/4(%)
水平一次1.211.10(-9.1)0.92(-24.0)0.67(-44.6)
水平二次10.049.77(-2.7)9.52(-5.2)8.90(11.4)
鉛直逆対称一次12.5312.31(-1.8)11.93(-4.8)10.96(-12.5)
鉛直対称一次26.7925.86(-3.5)24.28(-9.4)20.92(-21.9)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/archmodel.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/sinndousuu.png

ソリッド要素と梁要素の振動解析精度の比較(アーチ、片持ちばり)

背景

アーチ(かじか橋のアーチ部分)

2回目

振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次1.212.96(145)
水平二次10.048.35(-16.8)
鉛直逆対称一次12.5312.50(-0.24)
鉛直一次26.7927.64(3.2)

1回目

振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次197.80480.4797(-59.3)
水平二次545.131227.027(-58.4)
鉛直一次725.067339.824(-53.1)
鉛直二次1077.69751.72(-30.2)

片持ち梁

長さ幅3:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次221.382225.539(1.9)
鉛直一次358.135451.078(26)
ねじれ512.002463.856(-9.4)
水平二次976.6421413.43(44.7)
鉛直二次1148.462826.86(146.1)
長さ幅4:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次128.251126.866(-1.1)
鉛直一次221.115253.731(14.8)
ねじれ379.956347.874(-8.4)
水平二次634.711795.054(25.3)
鉛直二次821.4541590.0454(93.6)
長さ幅5:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次82.624781.194(-1.7)
鉛直一次148.452162.388(9.4)
ねじれ298.992278.293(-6.9)
水平二次439.048508.834(15.9)
鉛直二次615.6021017.67(65.3)
長さ幅6:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次57.622356.3847(-2.1)
鉛直一次106.167112.769(6.2)
ねじれ247.042231.908(-6.1)
水平二次319.659353.357(10.5)
鉛直二次477.659706.714(48)
長さ幅7:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次42.524541.4255(-2.6)
鉛直一次79.453382.851(4.3)
ねじれ211.127198.777(-5.8)
水平二次242.827259.609(6.9)
鉛直二次380.129519.219(36.6)
長さ幅8:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次32.429831.7164(-2.2)
鉛直一次61.502163.4328(3.1)
ねじれ182.779173.929(-4.8)
水平二次189.034198.763(5.1)
鉛直二次308.46397.527(28.9)
長さ幅9:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次25.665125.0599(-2.4)
鉛直一次49.012350.1198(2.3)
ねじれ162.076154.603(-4.6)
水平二次151.761157.048(3.5)
鉛直二次254.938314.095(23.2)
長さ幅10:1振動モードソリッド要素梁要素(相対誤差)
水平一次20.818820.2985(-2.5)
鉛直一次39.953140.597(1.6)
水平二次124.4127.209(2.3)
ねじれ145.725139.142(-4.5)
鉛直二次213.841254.417(19)

作業日誌(6月)

6/212:30-14:001.5卒論
6/514:30-17:002.5卒論
6/713:00-18:005.0卒論経過報告後藤さん
6/1214:00-18:004.0卒論
6/1413:30-16:303.0卒論経過報告後藤さん

梁の振動解析

単純梁の振動解析(シェル要素)(x,y,z)=(600,50,0)

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
鉛直一次0.09330.0939-0.63
鉛直二次0.36630.3754-2.4
鉛直三次0.7950.8447-5.9

よりシェル要素に近づけると、理論値との相対誤差は小さくなるということがわかった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/sheru2.png

片持ち梁の振動解析(シェル要素)(x,y,z)=(100,10,0)

厚さ20mm

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
水平一次20.289920.2963-0.03
水平二次121.436127.2036-4.5
鉛直二次170.61254.4073-32.9
314.818
水平三次318.971356.2097-10.5

厚さ5mm

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
水平一次20.289920.2963-0.03
鉛直二次44.42763.6018-30.1
水平二次121.436127.2036-4.5
鉛直三次143.703178.1048-19.3
ねじれ168.011139.086020.8

結果として,厚さが20mmと5mmのどちらの場合でも理論値との相対誤差は,水平方向だと小さく,鉛直方向だと大きい値となった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/sheru.png

片持ち梁の振動解析(梁要素)(x,y,z)=(100,0,0)

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
水平一次20.298520.29630.01
鉛直一次40.59740.59250.01
水平二次127.209127.20360.004
ねじれ139.142139.08600.04
鉛直二次254.417254.40730.004

梁要素でも青山さんと同じ結果となり,理論値との相対誤差はとても小さい値となった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/biimu.png

片持ち梁の振動解析(ソリッド要素)(x,y,z)=(100,10,20)

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
水平一次20.818820.29632.57
鉛直一次39.953140.5925-1.58
水平二次124.4127.2036-2.20
ねじれ145.725139.08604.77
鉛直二次213.841254.407315.95

青山さんの計算結果と照らし合わせると,同じ結果となり理論値との相対誤差も小さくなった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/soriido2.png

片持ち梁の振動解析(ソリッド要素)(x,y,z)=(100,10,10)

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
水平一次0.02041380.014243.8
鉛直一次0.02041380.014243.8
水平二次0.1221380.128202-4.73
鉛直二次0.1221390.128202-4.73
ねじれ0.1735270.15647810.9

解析方法と理論値に間違い(密度とλの値)があったため、訂正後の計算結果を下の表に示す。

振動モード解析値(Hz)理論値(Hz)相対誤差(%)
水平一次20.413820.29630.58
鉛直一次20.413820.29630.58
水平二次122.139127.2036-3.98
鉛直二次122.139127.2036-3.98
ねじれ173.527172.43010.64

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/soriid.png

作業日誌(5月)

5/1011:00-19:008.0卒論後藤さん
5/1212:00-14:002.0卒論
5/1714:00-18:004.0卒論後藤さん
5/2115:30-18:303.0卒論
5/2413:00-17:004.0卒論後藤さん
5/2613:00-14:301.5卒論
5/2815:00-19:004.0卒論
5/3113:30-18:305.0卒論後藤さん

材料非線形解析(弾塑性)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/dansosei.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/dansoseiue.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/dansoseisita.png

作業日誌(4月)

4/516:00-16:300.5顔合わせ(zoom)後藤さん、青木さん、石黒さん
4/1214:30-16:001.5卒論テーマ紹介後藤さん
4/1413:00-18:005.0春休み課題
4/1615:00-19:004.0春休み課題
4/1910:30-17:006.5春休み課題発表、卒論テーマ決定後藤さん
4/2315:00-19:004.0卒論
4/2614:00-17:303.5卒論後藤さん

3年次

Salome-Meca 11/6

メッシュ長さ要素数先端変位相対誤差(%)計算者
0.53941216.57938-1.4君島
0.71309166.4781-2.8君島
0.8721016.43695-3.5高橋
0.9717186.43136-3.6高橋
1.0722786.44302-3.4
1.2655756.408255-3.9田村
1.4410966.316155-5.2田村
1.5234176.120905-8.2根本
1.8117585.7368975-13.9根本
2118175.7382525-13.9藤原
428624.9428-25.9藤原
88974.0411725-39.4森島
105963.4634575-48.1森島

ヤング率は6000N/mm2,ポアソン比0.4,手計算での片持ち梁の変位は6.67であった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/katamoti_n.png

Salome-Meca 11/13

メッシュの長さ要素数先端変位相対誤差(%)計算者
0.53910310.3411812380952.35君島
0.72157800.3379753751.39君島
0.81594680.335630.69高橋
0.9900710.33203-0.39高橋
1613150.32997-1.2
1.2581110.329956-1.2田村
1.4474090.328156-1.5田村
1.5420680.325074-2.4根本
1.8246270.317161-4.8根本
2122280.3005115-6.9藤原
450770.28405475-13.9藤原
817950.2312003333-30.6森島
107520.1612725-51.6森島

ヤング率は7500N/mm2,ポアソン比0.4,断面積10mm×10mm,手計算での単純梁の変位は0.33…であった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/tanjun1113.png

Salome-Meca 11/20

長さ100mmの場合

メッシュ長さ要素数先端変位相対誤差(%)計算者
0.53910310.44001511.9君島
0.72157800.43582310.8君島
0.81594680.433013110.1高橋
0.9900710.427668.72高橋
1613150.4238817.77
1.2581110.4230057.54田村
1.4474090.4203096.86田村
1.5420680.4184703756.4根本
1.8246270.4104641428574.4根本
2122280.3963140.84藤原
450770.378695-3.6藤原
817950.342299-12.7森島
107520.298709-24森島

初等梁の理論値は0.333333,ティモンシェン梁の理論値は0.393333であった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/tanjun100.png

長さ50mmの場合

メッシュの長さ要素数先端変位相対誤差(%)計算者
0.52157810.125304874.8君島
0.71091750.117253563.6君島
0.8759020.1152760.8高橋
0.9719110.1141659.3高橋
1477570.11360258.5
1.2269450.10893551.99田村
1.4229980.10729849.71田村
1.5176890.1037502544.77根本
1.8146680.102133442.51根本
2139860.069684-2.8藤原
430090.048789575-32.0藤原
89670.07644297.2森島
105580.07683856.7森島

初等梁の理論値は0.041666,ティモンシェン梁の理論値は0.071666であった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/tanjun50.png

Salome-Meca 12/4

メッシュ長さ要素数先端変位相対誤差(%)計算者
0.82266470.0805356.9高橋
0.91275060.0767849.7高橋
1924470.052762.79
1.2883860.052642.55田村
1.4780860.052612.49田村
1.5700320.07254941.3根本
1.8348580.06837533.2根本
2203130.06328023.3藤原
3182290.048924-4.68君島
480670.050046-2.51藤原
548460.036773-28.3君島
838140.027088-47.2森島
1017160.021791-57.5森島

理論値は0.051335であった.

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/2zairyou1204.png

創造工房

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/souzoukoubou1.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/nemoto/souzoukoubou2.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2020/kadai.png

作業日誌(3年次)

日付時間帯作業時間内容立会
10/1614:30-16:001.5顔合わせ、ノートPCの使い方後藤さん、M2、その他
10/2314:30-16:001.5UNIXコマンドの使い方後藤さん
10/3014:30-16:001.5viの使い方後藤さん
11/614:00-18:004.0Salome-mecaの使い方後藤さん
11/1214:30-18:003.5課題
11/1314:00-18:004.0Salome-meca 単純梁後藤さん
11/1916:00-19:303.5課題
11/2013:30-16:303.0Salome-meca 木材 直交異方性後藤さん
11/2615:00-18:003.0課題
12/316:30-21:305.0課題
12/413:00-17:304.5Salome-meca 2材料(木材、鋼材)後藤さん
12/1016:00-19:003.0課題
12/1113:30-18:305.0LaTeX XHTMLの練習後藤さん
12/1716:30-18:302.0課題
12/1814:30-16:302.0LaTeX XHTMLの練習後藤さん
1/2214:30-16:302.0最終課題後藤さん
1/2816:00-18:302.5最終課題
1/2914:30-19:004.5最終課題後藤さん
2/514:30-17:303.0最終課題後藤さん
2/1016:30-18:302.0最終課題後藤さん
2/1214:30-17:002.5発表後藤さん
3/914:00-16:002.0春休み課題後藤さん

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Last-modified: 2022-03-09 (水) 01:34:10