柴田真杜の卒論日誌の履歴(No.56)

9月17日
9月11日の実験
8月1日の実験と解析の結果

柴田真杜

9月17日†

ヤング率を全てのケーブルで同じにしたときの塔の動きを確認する。このとき張力は上のケーブルが大きく、下のケーブルが小さくなるよう温度荷重を設定。

9月11日の実験モデルでケーブル張力の大小を上下逆にしてみた
張力　上:11.4809N 下:28.7063N
破断１

張力の大小を逆にすることで塔の動きに違いがでた。
また塔の先端が最大変位にならなかった。変位が最大になったのは下のケーブルの接合部よりも少し下。

破断２

張力の大小を逆にしても動きに大きな違いはなかった。

↑

9月11日の実験†

実験モデル
張力ケーブル上:24.0161N ケーブル下:15.7814N
今までは先端変位を測定してDAFを求めてきた。しかし本数を増やしていくことで先端が最大変位にならない可能性がある。
今後は破断時の塔の動きを追うことで、ケーブル本数を増やした時の影響を評価していく。
モデル破断１の塔の動きは次のようになった。(ケーブル要素はアニメーションに映らないように設定。Scale Factorを1000にした。)

モデル破断2の塔の動きは次のようになった。(ケーブル要素はアニメーションに映らないように設定。Scale Factorを1000にした。)

破断１と２の破断後のケーブルの張力
破断１

破断２

破断時の張力の変化量

	ue_hidari	ue_migi	sita_hidari	sita_migi
破断１	8.5869N	-8.5872N	-	-3.8658N
破断２	-	-21.43226N	9.0947N	-9.09228N

ケーブル１本モデル（scale foctor 100）

ケーブル２本モデル(scale factor 400)

ケーブル１本、２本、４本のときで動きが異なることから、本数による影響もあると考えられる。

↑

8月1日の実験と解析の結果†

↑

ケーブル１本の時†

解析は健全時の変位がほぼ一致するように温度荷重を与えた。
実験と解析の結果

	静的	動的	健全時	DAF
実験	0	30.01	57.99	1.932
解析	0	30.00	59.20	1.973

実験と解析のグラフ

ケーブル破断時の周期が解析の方が速い。

↑

ケーブル2本の時†

解析は静的変位がほぼ一致するように温度荷重を与えた。
初めは温度荷重によりケーブル張力を求め、片方のケーブルをそのまま温度荷重、もう片方を求めた張力で「あたかもあったかも」にする方法で解析を回したが、減衰がかからなかった。(DYNA_VIBRAを使用）
次に、千代岡さんから教えていただいた２段階解析をした。
2段階解析では温度荷重はできない？エラーがでてしまった。そのため、ケーブル２本とも「あたかもあったかも」の方法を使い、片方は張力をかけたまま、もう片方を途中で張力０にして解析を回した。
この方法で減衰はかかった。（この方法を①とする。）
実験と解析の結果

	静的	動的	健全時	DAF
実験	18.34	34.54	0	1.884
解析	18.40	35.43	0	1.926

実験と解析のグラフ

ケーブル破断時の周期が実験の方が速い。

DYNA_VIBRAを使用し、片方を温度荷重、もう片方を同じ張力で点載荷にしたとき、健全時の変位が０にならない。
つまり、温度荷重と点載荷の両方を使用するときはDYNA_VIBRAは使えない？
DYNA_NON_LINEを使用して片方温度荷重、もう片方を点載荷にした時、健全時の変位は０になった。（この方法を②とする。）
DYNA_VIBRAを使用しているときはcalc_modeとcalc_amor_modalを使用して減衰の設定をしていたが、DYNA_NON_LINEでそれらを使った減衰設定がわからなかった。
そこで材料設定の部分で減衰に関わるα、βを設定し減衰をかけた。しかし、思ったよりも減衰がかからなかった。
（この理由はケーブルのみにα、βを設定していたから）
このときの実験と解析のグラフは次のようになった。

このグラフでは周期のズレは小さくなっている。このことから周期のズレはケーブルの有無によるものだと考える。

方法①と②のモデル

方法②を解析の途中でtime stepを変える解析してみた。(0s〜19sまでtime steo0.01、19s〜30sまでtime step0.001)
またα、βは梁のみに設定して解析を行った。
このときの実験と解析のグラフは次のようになった。

	静的	動的	健全時	DAF
解析	18.40	35.79	0	1.945

↑

片持ち梁の動的解析について†

FrontlSTRチュートリアルP85〜に片持ち梁の動的変位の理論値が載っていた。（正しいとは限らない）
これによると片持ち梁のDAFの理論値は1.9753となる。
断面10mm*50mm,長さ500mmの片持ち梁モデルで動的解析を行ってDAFを確認した。
まずはステップ荷重を梁の先端に載荷する解析を行った。しかし、エラーがでてしまった。
Exception utilisateur levee mais pas interceptee. !

  ! Les bases sont fermees.                                                         !
  ! Type de l'exception : NonConvergenceError                                       !
  !                                                                                 !
  !    Arrêt pour cause d'absence de convergence avec le nombre d'itérations requis !
  ! dans l'algorithme non-linéaire de Newton.                                       !
  !    La base globale est sauvegardée. Elle contient les pas archivés avant        !
  ! l'arrêt.                                                                        !
  !                                                                                 !
  !    Conseils :                                                                   !
  !    - Augmentez ITER_GLOB_MAXI.                                                  !
  !    - Réactualisez plus souvent la matrice tangente.                             !
  !    - Raffinez votre discrétisation temporelle.                                  !
  !    - Essayez d'activer la gestion des événements (découpe du pas de temps par   !
  ! exemple) dans la commande DEFI_LIST_INST.

次に「あたかもあったかも」を用いてtimestep0.001で解析を行ったところ解析は回り、DAFは1.872となった。
理論値と考えていた1.9753にはならなかった。

↑

塔の長さ、境界条件とDAFの関係†

長さ(mm)	片持のDAF	単純のDAF
100	1.258	1.0962
200	1.7225	1.36
300	1.9082	1.6528
400	1.9609	1.8328
500	1.9791	1.9148
600	1.9878	1.9527
700	1.9884	1.9701
800	1.9915	1.9789
900	1.9944	1.9858
1000	1.9947	1.9889

・境界条件：片持ばり
塔の長さを変えながら先端に水平方向の荷重を与えた。
塔の長さを長くすることで先端が境界条件を考えない自由な動きが出来るようになったため、DAFが２に近づいたと考える。

・境界条件：単純梁
DRYのみを自由にした単純梁モデルを作り、梁の長さを変えながら、梁中央に荷重を与えた。
片持ち梁と同様に長くすることで中央が境界条件を考えない自由な動きが出来るようになったため、DAFが2に近づいたと考える。

・両方を比べてみて片持ち梁の方が同じ長さ時のDAFが大きく、また長さの伸びに対するDAFの上がり方が大きかった。
しかし、固定部からの距離で見る（片持ちL=100mmと単純L=200mmのように比較）と単純梁の方がDAFは大きくなっている。
この理由を考えながら、境界条件がどのようにDAFに影響するかを検討していきたい。

↑

ケーブルの角度とDAFの関係†

塔の長さ、荷重は同じにして、ケーブルの角度のみを変化させDAFの違いを調べた。

	case1	case2	case3	case4
DAF	1.88059	1.88059	1.88059	1.88059

この結果からケーブルの角度はDAFに影響しないことが分かった。

↑

7月2日の実験†

・２本の場合(減衰なし)

破断していないケーブルがあるため、初期位置より破断したケーブル側へ揺れることはなかった。

↑

７月２日の実験†

7月2日の実験ではタワーにケーブルを１本取り付けたものと２本取り付けたものを用意し、ケーブルを破断させたときのタワーの先端変位を測定した。
・１本の場合

１本のときは上のような状態からケーブルを切った。
実験と解析の先端変位のグラフは次のようになり、近い値となった。
しかし、解析の方が周期が早く見える。

time stepを0.01から0.005にすることで周期の問題は解決した。(解析時間短縮のため解析時間を30sから20sへ、破断開始を20.1sから10.05sへ変更した。）

DAFは1.897となり、理論値に近づいた。
time stepを0.005から0.001にすることでDAFが1.919となりさらに理論値に近づいたが、周期の問題がまた発生した。
この原因はまだわかっていない。

実験と解析結果

	動的変位	静的変位	DAF	DAF理論値
実験	31.76mm	17.70mm	1.794	1.963
解析step0.01	32.84mm	17.66mm	1.859	1.963
解析steo0.005	33.50mm	17.66mm	1.897	1.963
解析step0.001	33.90mm	17.66mm	1.919	1.963

↑

7月10日†

７月２日に行った実験の再現を解析で行っている。
ケーブル部分にプレストレスを与えるため、温度荷重のかけかたを学んだ。

温度荷重によってプレストレスが入り、塔がたわむことを確認できた。
今後はたわんだ状態からケーブルを破断させたときの挙動を確認していく。

↑

減衰について†

これまでの減衰定数の計算の考え方は間違っていた。
https://wwwra.meijo-u.ac.jp/labs/ra007/murata/pdf/textbook/sindo_2005-2.pdf
このページを参考にした。
\( δ=\displaystyle \frac{Y_1}{Y_2} \)で対数減衰率δを求めるが、\( Y_1 \),\( Y_2 \)は最大変位から破断後の静的変位を引いたものである。

この減衰定数を計算すると0.00477と与えたかった0.005に近い値となった。
・減衰定数を0.05に設定し、解析を行った。

このグラフからDAFを求めると1.850で理論値のDAF=1.855に近い値となった。

・減衰定数0.1に設定した場合
理論値が1.730なのに対し、解析から求めたDAFは1.725となった。

↑

7月3日†

構造関係メモから\( DAF=1-\cos\omega t \)と表すことが出来ることを理解した。
減衰についてだが、現在自分の与えたい減衰定数を反映するができていない。
減衰定数0.005で与えたいところを、変位のグラフから計算すると0.0099となっている。

↑

3本のばねモデルでの実験結果†

	実験値	解析値
3本静的	32mm	32.48mm
破断時(動的)	68mm	65.15mm
2本静的	47mm	48.72mm

動的増幅率 \( DAF={\displaystyle \frac{S_{dyn}-S_{0}}{S_{stat}-S_{0}}} \)　
- \( S_{dyn} \): 動的解析の最大応答値
- \( S_{stat} \): 静的解析の応答値
- \( S_{0} \): 初期値

健全時を原点にとり、動的変位と静的変位の比をとったものと、自然長を原点にとった時とではDAFが異なる値となった。
健全時を原点にとったものを\( DAF_{健} \)、自然長を原点にとったものを\( DAF_{自} \)とする。(\( DAF_{自} \)は\( S_{0} \)=0とする。)
構造関係メモから自然長を原点にとったDAFは\( DAF={1-\displaystyle \frac{\cos\omega t}{N}} \)と表される。これを\( DAF_{自理} \)とする。
tは破断開始から最大変位にいたるまでの時間を代入する。
解析、実験の結果は次のようになった。

	\( DAF_{健} \)	\( DAF_{自} \)	\( DAF_{理} \)	\( DAF_{自理} \)
解析	2.01	1.337	2.00	1.333
実験	2.40	1.447	2.00

↑

6月26日†

固有振動数を解析で求め、レイリー減衰で用いるα、βを計算し減衰をかけた。
減衰定数0.005

減衰定数0.005よりもかかっている気がする、、解析方法を見直す必要あり

↑

6月24日†

実験した3本モデルを減衰を考慮して解析してみた。
グラフを見ると減衰しすぎな気がする。なにか設定をミスってる可能性あり。減衰0.5%のとき

減衰1%のとき

減衰5%のとき

↑

6月19日†

断面、縦22mm、横70mmで高いところから紐+バネで吊るした解析を行ってきた。しかし実験では縦方向の変位だけでなく、横方向にも揺れてしまった。
これを踏まえ断面、縦70mm、横22mmの縦長にし、低いところからバネのみを使用した実験を行った。結果横方向の揺れは少なくなった。
今回の実験の結果からばね定数等を求め解析を行い、実験と解析の自然長からの変位は次のようになった。

	実験値	解析値
3本静的	32mm	32.48mm
破断時	68mm	65.15mm
2本静的	47mm	48.72mm

動的変位と2本の静的変位の比から求めるDAFは次のようになった。

	実験値	解析値
DAF	1.447	1.337

今回のバネの本数が破断により3本から2本になったため、DAFの理論値は1.333である。
DAFを衝撃係数問題から求めると理論値は２になり、実際に解析でも２となった。

↑

6月11日†

5月31日に実験をIHIや他大学の教授に見せ意見をいただいた。
初めの実験モデルでは複数のパラメータにより、調べたい対称が何に起因しているのかわからないのでは、という意見だった。
そこで簡単なモデルから徐々に進めていくことにした。
初めは3本のケーブルで鋼材を吊るしたモデルで、真ん中のケーブルを切ったときの挙動を見ることにした。
千代岡さんに"あたかもあったかも"を教えていただき、salomeで解析を初めた。実験はまだしていない。
3本のケーブルで真ん中の1本を破断させたときの時間と変位のグラフは次のようになった

この結果に加え、ケーブルが2本のときの静的変位を調べることでDAFを求めると、DAF=1.317となった。
（DAFの導き方は千代岡さんの卒論を参考にした。）
次にケーブルの剛性を変化させることでDAFの違いを求めようと思ったが、ケーブルの剛性を変化させても変位量は変化するが変位の割合は変化しないと考えられる。
そこでケーブルの本数を増やし、ケーブルの破断する数を変化させたときのDAFを調べることにした。
ケーブルの本数を9本にして真ん中の1本を破断させたときの時間と変位のグラフは次のようになった。

DAFは1.177となった。
今後は3本破断、5本破断、7本破断の解析を進めていく。

↑

5月29日†

衝撃を与える時間を変えてみた

1s　 0.1s　 0.01s　 0.001s

マルチファイバーに衝撃を与えた時の先端変位

psa1　 pas0.1　 pas0.01　 pas0.001

↑

シェル要素の片持ちばり†

http://opencae.gifu-nct.ac.jp/pukiwiki/index.php?plugin=attach&refer=SALOME-Meca%A4%CE%BB%C8%CD%D1%CB%A1%B2%F2%C0%E2&openfile=16-20.pdf

http://opencae.gifu-nct.ac.jp/pukiwiki/index.php?plugin=attach&refer=SALOME-Meca%A4%CE%BB%C8%CD%D1%CB%A1%B2%F2%C0%E2&openfile=16-00.pdf このページを参考にして解析した

AFFE_CARA_ELEMのわからない用語を調べる必要あり

EXCENTREMENT_FO：法線方向で、格子と平均曲面の間の距離を与える関数。法線方向に、グリッドと平均サーフェスに入る距離を定義する (モデリング DKT, DST, GRILLE_EXCENTRE).

AFFE_CARE_ELMEの説明８〜

↑

ビーム要素の片持ちばり†

点を固定できるのか: lineをグループ化で固定、載荷の点を作ったがAFFE_CHAR_MECAで点が出てこないため固定できない

GROUP_MAを選択していたため点が出てこなかった、GROUP_NOを選択したら点を選べるようになり固定できた

固定面をどうやってつくるのか: 長方形フェースを固定したい面に付ける方法を考えたがうまくできなかった

↑

Midas†

https://in.midasit.co.jp/wp-content/uploads/2020/07/constrcution-83-civil-book.pdf
https://in.midasit.co.jp/wp-content/uploads/2020/07/constrcution-84-civil-book.pdf

↑

参考資料†

12月8日　†

サンドイッチ梁

メッシュの長さ	要素数	変位	相対誤差	計算者
0.7	155192	0.08378905246	15.365	安藤
0.8	138808	0.08380386491	15.350	安藤
0.9	82587	0.083707073981	15.45	兼田
1.1	38671	0.084201207602	14.95	兼田
1.2	31929	0.083688	15.466	柴田
1.3	28621	0.083669	15.4857	柴田
1.4	28854	0.08368	15.47	佐藤
1.5	20015	0.084052	15.10	佐藤
1.6	19448	0.0835402938	15.62	皆川
1.7	13801	0.0834355098	15.72	皆川
1.8	12528	0.083733	15.42	永山
1.9	11769	0.083924	15.23	永山
2	10699	0.084076876559	15.074	辻
3	3579	0.08414561753	15.004	辻
4	1628	0.082794	16.37	服部
5	1016	0.083033	18.89	服部
6	839	0.082882	16.26	梶原
7	554	0.080871	18.28	梶原
8	285	0.079995	19.20	工藤
9	261	0.078980	20.22	工藤
10	232	0.081911	17.26	佐々木
11	208	0.075676	23.56	佐々木

↑

11月29日†

異方性一次 [#p29b4460]

異方性一次

メッシュ長さ	要素数	変位	相対誤差	計算者
0.7	144563	0.505252	2.76	安藤
0.8	141517	0.504692	2.64	安藤
0.9	91648	0.502595	2.216	兼田
1.1	27160	0.489914	0.363	兼田
1.2	24675	0.487088	0.791	柴田
1.3	23446	0.4868010	0.995	柴田
1.4	17738	0.485999	1.16	佐藤
1.5	15438	0.485180	1.33	佐藤
1.6	15900	0.483286	1.71	皆川
1.7	12142	0.477952	2.80	皆川
1.8	11604	0.482085	1.9554	永山
1.9	10391	0.470887	4.2329	永山
2	10291	0.480910	2.19	辻
3	2328	0.431937	12.15	辻
4	1500	0.430156	12.52	服部
5	432	0.282968	42.45	服部
6	356	0.3441556	30.00	梶原
7	196	0.213934	56.49	梶原
8	104	0.229874	53.25	工藤
9	81	0.232308	52.75	工藤
10	78	0.203271	58.65	佐々木
11	63	0.222316	54.78	佐々木

等方性二次 [#vb0def3f]

等方性二次

メッシュ長さ	要素数	変位	相対誤差	計算者
0.7	144563	0.430124	3.22	安藤
0.8	141517	0.430132	3.22	安藤
0.9	91648	0.430020	3.197	兼田
1.1	27160	0.429828	3.151	兼田
1.2	24675	0.429836	3.15	柴田
1.3	23446	0.42974	3.13	柴田
1.4	17738	0.429797	1.3	佐藤
1.5	15438	0.429958	3.14	佐藤
1.6	15900	0.429755	3.18	皆川
1.7	12142	0.429676	3.11	皆川
1.8	11604	0.429829	3.1507	永山
1.9	10391	0.429684	3.1159	永山
2	10291	0.429620	3.10	辻
3	2328	0.429169	2.99	辻
4	1500	0.429254	3.01	服部
5	432	0.428170	2.75	服部
6	356	0.428452	2.82	梶原
7	196	0.42591	2.21	梶原
8	104	0.426074	2.25	工藤
9	81	0.425552	2.12	工藤
10	78	0.488382	17.20	佐々木
11	63	0.423972	9.0534	佐々木

↑

11月24日†

メッシュ長さ	要素数	変位	相対誤差	計算者
0.7	1455234	0.422484	0.01388	安藤
0.8	142973	0.422570	0.01409	安藤
0.9	91648	0.420437	0.897	兼田
1.1	27160	0.405618	2.659	兼田
1.2	24675	0.404349	2.96	柴田
1.3	23446	0.404185	3.00	柴田
1.4	17738	0.398604	4.34	佐藤
1.5	15438	0.396593	4.83	佐藤
1.6	16122	0.398212	4.44	皆川
1.7	12026	0.393411	5.59	皆川
1.8	11604	0.393668	5.53	永山
1.9	10391	0.390695	6.24	永山
2	10921	0.395103	5.18	辻
3	2328	0.324762	22.06	辻
4	1500	0.155013	62.80	服部
5	432	0.065278	84.33	服部
6	357	0.213062	48.87	梶原
7	196	0.1019	75.55	梶原
8	104	0.1158624	72.20	工藤
9	81	0.1255118	69.88	工藤
10	78	0.07733	81.44	佐々木
11	63	0.1999	52.03	佐々木

↑

11月17日†

メッシュ長さ	要素数	変位	相対誤差	計算者
0.7	198464	6.54281	1.91	安藤
0.8	113812	6.5104	2.39	安藤
0.9	40280	6.3631525	4.60	兼田
1.1	30055	6.3363525	5.00	兼田
1.2	26467	6.3043375	5.48	柴田
1.3	25180	6.304355	5.48	柴田
1.4	32212	6.31612	5.31	佐藤
1.5	17753	6.1209	8.23	佐藤
1.6	14296	6.2044625	6.98	皆川
1.7	13596	6.2156625	6.81	皆川
1.8	2866	5.737755	13.98	永山
1.9	6001	5.7263625	14.15	永山
2	5617	5.6458525	15.355	辻
3	2309	5.4728755	17.948	辻
4	617	3.6160575	0.458	服部
5	494	3.8580375	0.422	服部
6	581	2.50682	62.416	梶原
7	133	1.41225	78.827	梶原
8	78	1.2887175	80.68	工藤
9	72	1.2879925	80.69	工藤
10	60	1.14344	82.85	佐々木
11	65	1.23124	81.154	佐々木

↑

11月10日　†

↑

10月27日　†

コマンドを学んだ。

pwd:今いる場所

ls:今いる場所のフォルダ名ファイル名等を見る

mkdir:フォルダの作成

cd:ファイル間の移動（ディレクトリーの移動)

gedeit ファイル名　.tex & :テキストファイルを開く

vi:ファイルを開く

Esc : q:開いたファイルを閉じる

cp 元のファイル名　新しいファイル名:元のファイルをコピー

cat:ファイルの中を確認

rm:ファイルの削除、cd .. :1個前に戻る

rmdir:フォルダを削除

柴田真杜の卒論日誌 の履歴(No.56)