卒論日誌

日付 開始時間終了時間作業時間作業内容
4/1115:0016:001Linuxについて、タイピング練習
5/1315:0016:301.5プログラミング練習
6/316:0020:004片持ち梁の計算練習
6/415:0020:005ccxで片持ち梁
6/1316:0019:303.5salome
6/1620:0023:003salome
7/815:0016:301.5ダイヤカット円筒について
7/1112:0017:005cal
7/1214:0019:005cal
9/814:0018:004円筒プログラムについて
9/1014:0016:002円筒の厚さについて
9/2817:0020:003円筒のccx計算
10/116:0019:003ccx計算 OFFSETについて比較
10/319:001:006引張試験、tex
10/814:0016:002引張試験
10/916:0018:302.5ダイヤカット作成、引張試験
10/1017:0019:002ダイヤカット作成、引張試験
10/1117:0019:002引張試験
10/2315:0018:003予備試験
10/2414:0017:003予備試験
10/2716:0017:001座屈モード
10/2817:0018:001座屈モード
10/3015:0020:005曲げ試験、座屈モード
11/113:0018:005座屈モード
11/318:0017:001座屈モード、OFFSET問題
11/512:0013:001座屈モード
11/614:0020:006座屈モード
11/716:0019:003厚さについて
11/814:0019:005厚さについて
11/117:0019:0012FEM解析、OFFSET問題
11/2815:0017:002分割パターンについて
11/291:0015:0014分割パターンについて、cal
11/3015:0018:003cal
12/315:0020:005cal
12/415:0022:007cal
12/515:0023:008cal
12/615:0018:003cal
12/815:0021:006cal
12/918:0021:003cal
12/1017:0023:006cal
12/1115:0020:005円筒バネ定数
12/1314:0021:007モデル作成
12/1416:0020:004gnuplot
12/1613:0023:0010cal
12/1710:3024:0013.5載荷試験、stl作成、悔しい
12/1813:0023:0010実験装置作成、厚さ問題
12/1913:0024:0011実験装置作成、厚さ問題
12/2010:0021:0011実験装置作成、厚さ問題、モデル作成、円筒作成
12/2115:0023:008実験装置作成
12/2214:0024:0010実験装置作成、cal
12/2316:0026:0010スライド作成
1/614:0022:008座屈モード
1/710:0016:006座屈モード、モデル作成
1/811:0022:0011座屈
1/916:0024:008座屈モード
1/1214:0021:007方針について
1/1314:0022:008tex
1/1412:0022:0010tex、cal
1/1513:0021:008蛇腹破壊試験
1/1612:0022:0010破壊試験
1/2013:0022:009座屈モード、cal
1/2112:0022:0010座屈モード、cal
1/2213:0022:009座屈モード、cal
1/2311:0022:0011まとめ
1/2413:0024:0011まとめ
1/2511:0022:0011まとめ
1/2613:0019:006まとめ
1/2714:0024:0012まとめ
1/2810:0022:0012まとめ
1/2914:0024:0012まとめ
1/3013:0023:0010まとめ
合計時間447.5

作業予定

  • ~12/20
    • ダイヤカット円筒のパターン、バネ定数の3次元グラフにする。
    • ダイヤカット円筒を2パターン作り、実験する。
  • ~1/10
    • 190ml缶を基準の円筒を作成して試験を行う。
    • 座屈モード図を描く。

課題

6/10

 E=20GP,ν=0.4,の片持ち梁に1kNの荷重をかけた際のたわみを分割数を増やしながらccx_2.3で解く。またl=0,4mとし、断面が縦長、正方形、横長とした場合についても同様の計算をする。今回はnx=6,ny=20,としnzの分割数を増やしていった。図の赤線はそれぞれの理論値を表す。

  • 縦長断面(b=0.02m,h=0.04m) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/tim1.png
    • 縦軸:たわみ(mm)
    • 横軸:nzの分割数
  • 正方形断面(b=0.04m,h=0.04m) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/tim2.png
    • 縦軸:たわみ(mm)
    • 横軸:nzの分割数
  • 横長断面(b=0.04m,h=0.02m) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/tim3.png
    • 縦軸:たわみ(mm)
    • 横軸:nzの分割数

6/17

E=20GP,ν=0.4,b=0.02m,h=0.02m,l=0.2mの片持ち梁に1kNの荷重をかけた際のたわみをCalculixでモデリングしメッシュのlengthを変えながらccx_2.3で解いてみる。
length(mm)変位(mm)
204.5367
155.6316
106.9284
58.9296
2.59.5701
1.29.7829
19.8696
0.99.8691
0.89.8678

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/salomekekka1.png

  • 縦軸:たわみ(mm)
  • 横軸:メッシュのlength(mm) :赤線は理論値

CalculiXでメッシュのlengthを細かくしていったところメッシュが不規則に並んでいた。(length0.8mmの時)   http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/fukisoku.png

また、同じ条件の梁を前回と同じようにnzを増やしながら解いてみたところこちらの方が理論値に近づいていた。(nx=6,ny=20とする)

nz変位(mm)
107.029
809.8432
1509.9024
2209.9163
2909.9216
3609.9243
4309.9258
5009.9267

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hikakutawami.png

  • 縦軸:たわみ(mm)
  • 横軸:nzの分割数 :赤線は理論値

エラーについて

 -片持ち梁(E=20GP,ν=0.4,b=0.02m,h=0.04m,l=0,4,P=1kN)の変位を分割数を増やしながら解いていたところnx=2,ny=20,nz=450,の時に ERROR in e_c3d: nonpositive jacobian determinant in element が表示され、datファイルに出来なかった。zの1要素の大きさが1mmより小さくなってしまっていたためccxkataz.f90のf9.3部分をf9.6に変えたところ通常通り計算できた。

卒論内容「ダイヤカット円筒について(仮)」

円筒プログラム

ダイヤカット円筒の3Dプリンター用stlファイルを作るプログラム

  • 一枚の板から作る仕様、ひし形の厚さが設定厚さの2倍になるようにしたもの。 実験用モデルの作成にはこのプログラムを使用。

&link(hisiatu.f90,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hisiatu.f90)

ダイヤカット円筒のccx用inpファイルを作るプログラム

円筒のFEM解析に関して

  • 分割数に伴う強度の変化  同じ高さ、半径の円筒でも分割数が変化すると必要となる材料の量に変化が生じる。それによって強度に違いが出てしまうことが予想されるので、&link(daiyastl.f90,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/takita/moderu/daiyastl.f90)をいじって「同じ大きさの一枚の板から円筒を作り出す」プログラムにすることとなった。そのため分割数によって出来上がった円筒の半径や高さが変わる。
  • 円筒の厚さについて  円筒は外側の外接円の半径と内側の外接円の半径の差を厚さとしていたが、その場合角度がつく分面での厚さが入力した値より小さくなってしまうので、入力した値が面の厚さとなるようにする。 stlファイルに関してはこれでいいがCalculiXで計算する際、厚さをどのようにとっているのか分からないので厚さを設定する際に基準となるOFFSETを変化させてどのような挙動を示すか比較してみる。
  • OFFSET問題 shell要素で計算する場合はOFFSETという厚みを取る位置を決める要素がある。どのパターンでどのように厚みをとっているかが不明なため複数のOFFSETパターンで計算を行なってみる。比較用に&link(daiyac3d4.f90,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/takita/moderu/daiyac3d4.f90)で同じ計算をしてみた。寸法はすべて同じとし、載荷面は鉛直方向のみ拘束せずに行った。
  • daiyat6c.f90、OFFSET=0の場合 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/t6c0.png
  • daiyat6c.f90、OFFSET=0.5の場合 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/t6c05.png
  • daiyat6c.f90、OFFSET=0.53の場合 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/t6c053.png
  • daiyac3d4.f90で同じ厚さを取った場合 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/c3d4.png

daiyac3d4.f90では任意の方向で厚さをとれるのでどれかが正解として同じ値を示すと考えていたが若干だが全て違う値となった。daiyat6c.f90もdaiyac3d4.f90も厚さ等不明な点はあるが、任意の形を確認できるのでdaiyac3d4.f90を計算用のプログラムとして使ったほうが良いかもしれない。

しかしダイヤカット円筒等の薄肉構造ではshell要素の方が適しているとのことであったのでdaiyat6c.f90を用いる。OFFSET=0の場合は基準線を中立軸として両サイドに厚みをもたせるのでそれを考慮して、実物と同じ大きさになるように節点を取るようにする。

バネ定数

昭和アルミニウム缶さんの190ml缶を基準としたダイヤカット円筒をcalculixで計算しバネ定数を求める。厚さは0.8mmとし100Nの荷重を載荷する。

  • ny=1
    m468101214161820
    n45154611312211445086155520915898251605136161290316181221623376
    62617808403361272264148809515527951582278159744416077171612903
    81533746369421122334138888815151511560062158478615974441607717
    1095238502512990099131406014814811543209157232715898251600000
    12414937884955124378114450861524390156250015822781597444
    14354609800000117508813927571506024155279515772871592356
    16312500729927111358513550131485884154083215698581587301
    18280898675675105820113192611468428153139315649451584786
    20255754632911101010112853471451378152207015576321579778

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/banehikaku1.png

※m=周方向分割数,n=高さ方向分割数 m=4のn=12~20 は一枚の紙から円筒を作り出すとなった場合、造形することができないと分かった。

inpファイル

  • 20kgを載荷した際のダイヤカット円筒。

&link(d04-04-02.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d04-04-02.inp)

&link(d04-20-02.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d04-20-02.inp)

&link(d20-04-02.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d20-04-02.inp)

&link(d20-20-02.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d20-20-02.inp)

&link(d04-10-02.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d04-10-02.inp) &link(ny3m4n10.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/ny3m4n10.inp)

&link(d12-04-02.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d12-04-02.inp) &link(ny2m12n4.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/ny2m12n4.inp)

&link(d16-04-04.inp,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/d16-04-04.inp)

座屈荷重

  • ny1の時のダイヤカット円筒座屈荷重。190ml基準、厚さ0.8mm、E=1.4GPa。単位はN。
m468101214161820
n41.422E+032.604E+033.233E+033.240E+033.344E+033.617E+033.634E+033.509E+033.784E+03
61.915E+032.695E+033.430E+033.380E+033.534E+033.490E+033.555E+033.745E+033.489E+03
82.284E+033.207E+033.382E+033.486E+033.612E+033.485E+033.624E+033.655E+033.782E+03
102.263E+033.706E+033.788E+033.412E+033.693E+033.629E+033.645E+033.678E+033.698E+03
126.209E+024.202E+033.993E+033.508E+033.689E+033.642E+033.707E+033.605E+033.622E+03
144.454E+034.232E+034.085E+033.740E+033.629E+033.636E+033.593E+033.583E+03
164.670E+034.404E+034.120E+033.788E+033.598E+033.587E+033.622E+033.563E+03
184.516E+034.395E+034.158E+033.801E+033.632E+033.579E+033.613E+033.554E+03
204.029E+034.350E+034.176E+033.835E+033.644E+033.583E+033.563E+033.555E+03
  • ただの円筒 3.599E+03 →およそ367kg \( $σk=\frac{E}{\sqrt{3(1-ν^2)}} \frac{t}{r} \)$

    t=厚さ

上の公式から導いた理論値ではおよそ342kgとなった。実験を行うとこの理論値の40~60%程度の値となるらしい。

座屈荷重その2

nyをなるべく細かくしたもの &link(zakutuny23.dat,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/zakutuny23.dat)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/zakutuny23.png

FullCure720樹脂製試験体の載荷試験 

 FEM解析で使う値の算出の為に3Dプリンターで作成した試験体の引張試験を行う。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/27822.png

写真のように試験体の裏と表に縦方向、横方向の2枚ずつひずみゲージを貼りフックにぶら下げて載荷していく。 ところが載荷したあとのクリープひずみがおさまらず、信頼できるヤング率を出すことが出来なかった。これからさらにいろいろなパターン、時間で載荷試験を行なっていかなければならない。

試験体の載荷試験により導出したヤング率

  • 作成直後の試験体、開始0秒のひずみで初期化したもの
    5分10分15分20分25分30分平均(GPa)
    Ey1.2961.2181.1161.1011.0651.0371.138
    Ex2.3311.7861.5611.4101.2761.2271.598
  • 作成直後の試験体、開始30秒のひずみで初期化したもの
    5分10分15分20分25分30分平均(GPa)
    Ey1.2961.2181.1161.1011.0641.0371.138
    Ex2.3651.8061.5761.4231.2861.2371.615
  • FEM解析で用いるヤング率
    造形直後養生2日養生7日平均
    たてヤング率(GPa)1.1381.4471.59871.3946

実験

載荷試験装置

 円筒に載荷する際の実験装置をどのようなものにするか予備実験を行なう。元からあったアクリル板に穴を開けて真ん中におもりを下げる装置を流用させていただくとする。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/yobi1.png

しかし実験したところこの方法では天板が傾いて試験体が偏った変形を起こしてしまった。 新たに実験装置を作る必要があるようだ。

3Dプリンターモデルの載荷試験

 計算したバネ定数よりm12n4とm4n10の分割パターンモデルを選んだ。m4の方でnを12にしなかったのは出来上がった円筒の高さが小さく試験を行う上で支障が出ると考えられたから。また厚さが一定になるようにした場合でも3Dプリンターの見積もりで他のパターンよりも明らかに使用樹脂量が小さく、材料量をある程度一定にするという条件を満たせなかったのでに一段階高さ方向の分割数を減らしたものを選んだ。

CalculiXによる計算結果

実験と同じように20kgを載荷した際の高さ方向変位をパターン毎に表したもの。1列目が周方向分割数で2列目が高さ方向分割数、3列目が変位。&link(hennizu3.dat,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hennizu3.dat) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hennizu.png

CalculiXによる計算結果その2

nyをできるだけ細かくしたもの

&link(20ny23.dat,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/20ny23.dat)

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/20ny23.png

  • 実験内容 円筒に天板を載せそれにおもりを吊り下げて載荷を行う。 荷重はおよそ20kg。衝撃荷重を避ける為に10秒毎に1kgずつ載荷していき、20kgが載荷されてから5分ごとの変位を30分まで取る。その後一度におもりを除荷し、同様に30分間変位の戻りを見る。
  • 結果
    • ダイヤカット円筒m12n4(モデル重量17.0g)
      • 20kg載荷後
        051015202530
        変位mm0.380.420.430.440.450.450.46
      • 除荷後
        051015202530
        変位mm0.460.040.030.020.020.010.01
    • ダイヤカット円筒m4n10(モデル重量16.0g)
      • 20kg載荷後
        051015202530
        変位mm2.473.343.724.024.274.494.70
      • 除荷後
        051015202530
        変位mm4.700.840.620.490.400.340.29
  • 円筒m12n4では載荷後のクリープが少なくなんと除荷したあとに変位がすべて回復した。一方円筒m4n10ではクリープが進み、除荷後に変位の94%が回復した。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/si.png
  • ただの円筒
    • 20kg載荷後
      051015202530
      変位mm0.400.420.430.440.450.450.46
    • 除荷後
      051015202530
      変位mm0.460.070.060.050.050.050.05
      http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/entousiken.png

圧縮試験 2014/1/10

  • 直径50mm,高さ50mm,厚さ2mmの円筒に20kgの載荷試験。試験方法は上のものと同じ。
    • 20kg載荷後
      051015202530
      変位mm0.310.320.320.320.320.320.32
    • 除荷後
      051015202530
      変位mm0.320.050.050.040.040.040.04

破壊試験

圧縮試験機を用いて破壊するまで載荷を行う。

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/DSCN3361.png

  • 横軸が変位(mm)で縦軸が荷重(N)。載荷荷重は手動で連続的に増やしていき、変位と荷重の値を10秒毎に取っていく。
    • ダイヤカット円筒m12n4

&link(hakaim12n4.dat,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hakaim12n4.dat) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hakaim12n4.png

  • 座屈の比較 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/ny2m12n4z.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/DSCN3378.png
  • ダイヤカット円筒m4n10

&link(hakaim4n10.dat,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hakaim4n10.dat) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hakaim4n10.png

  • 座屈の比較

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/ny3m4n10z.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/DSCN3399.png

  • ただの円筒

&link(hakaientou.dat,http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hakaientou.dat) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/hakaientou.png

  • 座屈の比較

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/entouzakutu.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/break2entou.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/fujita/break1entou.png

3Dプリンターに関して

日付モデル樹脂(g)サポート材(g)金額(円)モデルの形
10/10rensyuu.stl9917010050350ml缶基準、m=10、n=10
10/17190entou.stl53925410190ml缶基準、ただの円筒
12/16m4n12kai.stl、m12n4kai.stl721397770190ml缶基準、m4n12とm12n4
12/21hisim4n10.stl、hisim12n4.stl10621211660190ml缶基準、m4n10とm12n4

※ m=周方向分割数、n=高さ方向分割数


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Last-modified: 2020-01-20 (月) 12:33:14