ケーブル腐食を考慮した斜張橋のケーブル破断挙動に関する解析

簡易モデルの作成

ケーブル部を梁要素、桁をシェル要素でつくる

model-300作成

主径間長300mの斜張橋モデルを作成していく。簡易モデルと同様にケーブルを梁要素、桁をシェル要素でつくる。
・5月27日 橋桁、タワー完成
スイープと再番号付けまでは完了した。今後、ケーブルを作成しモデルを完成させる。
・5月30,31日 モデルの完成
来週のゼミまでには形状・材料特性を設定し、梁ピン結合を行う。
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/umemiya/model300_1'.png
・6月3日 梁ピン結合
ケーブルをタワーと桁にピン結合した。来週はこの続きとバネ結合、境界条件の設定をする。
また、次回ゼミまでには最低一回は解析を行いたい。
・6月7日 梁ピン結合完了
・6月9日 境界条件、バネ結合の設定完了
チェックはできたが、回らないので試行錯誤中
・6月10日 検討1
境界条件や材料特性に問題はなさそう。
角田さんが桁のみで解析を行ったときは解析ができたが、変位図を見てみると一体化されてないかもとのこと。
サーフェス設定時の向きも考えながら、桁のみで一度モデルを作ってみる。
・6月13日 検討2
桁からモデルを作り直した。桁の一端を固定端に、もう一端を自由にして載荷。model 300と同様の荷重をかけた結果、一体化の問題はなさそう。
Marcにおけるシェル要素の一体化の問題は、サーフェス設定時のポイントの選択の順を統一することで解決できた。
・6月14日 検討3
桁のモデルにタワーも作成して解析したがエラー。
エラーメッセージはmodel 300の解析時と同じ(終了番号2004)だった。
・6月15日
タワーを梁要素として設定、解析を行った。
しかし、同様のエラー(終了番号2004)。
・6月22日
タワーだけのモデルにして点荷重を与えて解析してみた。
結果は今までと同じエラー(終了番号2004)。
・6月27日
タワー(梁要素)と桁(シェル要素)のモデルの解析に成功した。
また、同時進行で作成していたタワーのみ(シェル要素)のモデルも解析に成功した。
シェルで行けそうか確認して引き続きモデル作成していく。
・6月28日
新しいmodel300(タワー、桁→シェル要素)が完成した。以下model300_1
・7月1日
model300(タワー→梁要素、桁→シェル要素)の作成。以下model300_2
model300_2の作成と同時進行でmodel300_1の断面照査を行い、model300_2が完成次第、2つのモデルを比較していく。
・7月14日
スパン中央の変位が10m。明らかに大きすぎる。中央と塔の部分に橋軸方向と垂直方向の仕切りを入れてみる。
・7月20日
変位が10mから約2m程度に小さくなった。まだ角田さんの解析結果と比較しても大きいのでケーブル位置に同様の仕切りを入れてみる。
・7月22日
主径間には入れ終わった。ただ部分的に変位が大きくなっており、最大の変位がスパン中央部になっていない。もう少し検討する。
・7月29日
桁の10mごとに仕切りを入れることにした。その結果、部分的に大きくなっていた変位がなくなり、2Dモデルの変位と比較しても違和感のない結果になった。
・8月19日
ケーブル部の節点が分離している。スイープの方法が適切でなかった。
そのため、スイープ時に節点番号を打ち込む方法で無事に結合できた。モデル完成。
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/umemiya/SENNKEI.png 緑:D+CW、赤:D+CW+Pr、黄:D+CW+Pr+L

・10月5日
要素による変位の影響
元のモデル(四辺形(4),1次要素)
変位:-1.18244mm
2次要素
変位:-1.18553mm
四辺形(8)
要素タイプ75
変位:-1.17581mm
要素タイプ22
変位:-1.17581mm
要素クラスによる変位の変化はあったものの、許容できる範囲であると判断し弾塑性解析に進む.
・10月18日
バネの本数を6本から14本に増やした.
また、シェル要素の表と裏を揃えた.これがどこにどの程度影響しているかは分からないが、シェル要素のモデルでは確認する必要がありそう.
→弾塑性解析の解析時間が少し伸びた.線形解析では違いが見られなかったが,弾塑性解析に影響してくるかも.

弾塑性解析

・8月22日
弾塑性解析開始。回りはするが、解析時間マックスまで解析してくれない。
・9月13日
簡易モデルでは弾塑性解析成功。model300のケーブル無しでも成功した。
・9月16日
model300のケーブルを減らして解析してみた。スパン中央のケーブル8本(C13,14)だけなら最後まで解析してくれるが段階的に荷重がかからない..
簡易モデルの弾塑性解析も、少し挙動がおかしいかも...
要素タイプを75にして解析してみる.
・9月28日
model300の弾塑性解析成功.もう少しステップ数を増やして解析する.
また,クラス変更から2次要素や四辺形(8)へ変更できることが分かった.
一度弾塑性解析をストップして要素のモデルへ与える影響を検討する。

・10月7日
ステップ数を増やした弾塑性解析を試したが回らない。また、要素を4変形(8)に変更したモデルでもまわらなかった。
・10月11日
角田さんの2Dモデル、中村先生のモデルとの比較.
黄色:3D、青色:2D、赤色:中村先生
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/umemiya/model300_elapla.png

・11月16日
要素数が多いから収束してくれない?→塔を梁要素に変更することを視野に入れて、桁とケーブルだけで弾塑性解析してみる。
ケーブルと桁だけでも段階的に載荷してくれない。→ケーブルの断面積を大きくしてみる。
→段階的に載荷された。塔を梁要素に変更する前にケーブルの断面積を大きくして解析してみる。

創造工房

日時作業時間作業内容
10/1590分顔合わせ
10/2130分タッチタイプ
10/2290分コマンド練習、タッチタイプ
10/2990分gnuplot練習
11/590分salome片持梁の解析
11/980分片持梁の課題
11/1290分salome単純梁の解析
11/1760分単純梁の課題
11/1990分salome単純梁(異方)の解析
11/2560分単純梁(異方)の課題

10/29~ 作成のグラフ画像 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2021/umemiya/ryoumenkaidan2.png

11/5
片持梁の解析結果
片持梁の先端変位(集中荷重)の理論値 Pl^3/3EI

メッシュ長さ要素数先端変位相対誤差計算者
0.53339326.564-1.54新谷
0.72189766.541-1.89安部
0.9717186.431-3.54梅宮
1.2336356.304-5.45七五三
1.476996.316-5.26柴田
1.544446.121-8.19小池
1.822935.737-14.0岩崎
222965.738-13.9畠山
334875.474-17.9新谷
412553.616-45.8安部
55164.824-27.6岩崎
65204.818-27.7小池
73391.412-78.8七五三
81834.041-39.4柴田
91914.002-40.0畠山
105963.463-48.1梅宮

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2021/umemiya/katamoti0.png

11/12
単純梁の解析結果
単純梁の変位の理論値 Pl^3/48EI

メッシュ長さ要素数変位相対誤差計算者
0.56621170.4292.89新谷
0.71453520.4241.7安部
0.91059520.42351.68梅宮
1894940.4200.719
1.2326470.405-2.83七五三
1.4367470.406-2.53柴田
1.5156750.396-5.04小池
1.8114930.394-5.5岩崎
2104950.395-5.09畠山
323560.321-23.0新谷
414700.330-20.9安部
54290.143-65.7岩崎
63550.125-70.0小池
74150.0997-76.1七五三
81090.124-70.3柴田
9910.135-67.7畠山
102370.0776-81.4梅宮

今回、荷重の逆向きをy軸正としたので変位は負となり、グラフは下図のようになった
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2021/umemiya/tanjyun.png

11/19
単純梁(異方)の解析結果
ティモシェンコ梁理論による変位の理論値 (PL^3/48EI)+(PL/4kGA)

・1次

メッシュ長さ要素数変位相対誤差計算者
0.59393450.55212.2新谷
0.71691120.5409.76安部
0.91059520.5379.15梅宮
1.2326470.5185.29七五三
1.4177370.5144.47柴田
1.5156750.5113.86小池
1.8117100.5073.05岩崎
2104950.5062.79畠山
338850.451-8.33新谷
423110.447-9.14安部
54310.290-41.1岩崎
63470.341-30.7小池
74150.220-55.3七五三
81090.243-50.6柴田
9910.251-48.9畠山
102370.211-57.1梅宮

・2次

メッシュ長さ要素数変位相対誤差計算者
0.59393450.56314.4新谷
0.71691120.56715.2安部
0.91059520.56514.8梅宮
1.2326470.55512.8七五三
1.4177370.55412.6柴田
1.5156750.55212.2小池
1.8117100.55112.0岩崎
2104950.54911.6畠山
338850.5409.76新谷
423110.5358.74安部
54310.5256.71岩崎
63470.5277.11小池
74150.5083.25七五三
81090.5083.25柴田
9910.5083.25畠山
102370.5073.05梅宮

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2021/umemiya/tanjyun_ihou0.png

11/26

メッシュ長さ要素数変位相対誤差計算者
0.56523540.089-10.2新谷
0.71927920.09193-7.3安部
0.91045480.0919-7.26梅宮
1.2450450.09192-7.27七五三
1.4242370.0919-7.27柴田
1.5199980.0919-7.29小池
1.8126240.092-7.07岩崎
2.0107160.0919-7.29畠山
3.060000.092-7.07新谷
4.029930.09087-8.3安部
5.010100.090-9.09岩崎
6.08360.0886-10.62小池
7.011670.0865-12.741七五三
8.02840.0847-14.53柴田
9.02610.0832-16.1畠山
106070.0874-11.8梅宮

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2021/umemiya/2zai0.png
2次で解析を行ったので、要素数が大きくなればなるほど理論値に収束する予想だったが、 グラフが予想に反した形となった。
また、単純梁や張出梁と比較すると変位がかなり小さくなった。


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Last-modified: 2022-11-16 (水) 16:42:25