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2/28 座屈解析見本(ざくつかいせきみほん)

2023先輩見本
code-asterの説明書 (英語,フランス語で書かれているので翻訳サイトを使って読んでください.)
code-aster質問ページ(説明書読んでも分からなかったら,このページで調べてみるといいかも.ただし,英語でキーワード等を入力する必要があります。)
・鋼材の寸法 10-1-100 (mm) 荷重1000N 面載荷100N/mm^2で解析成功した。 https://www.str.ce.akita-u.ac.jp/cgi-bin/pukiwiki/?cmd=edit&page=%EF%BC%92%EF%BC%90%EF%BC%92%EF%BC%94%E5%BA%A7%E5%B1%88%E7%8F%AD

3/1 座屈について

解析の手順は確認できた。🙆 画像つきはこっち

・やること

 座屈についての理解を深める。📖

 座屈荷重の理論式を調べる。🔎

 後藤さんが言ってた青い本がどれのことか聞く。👂

 容量がどうとかのエラーはスペックのいいパソコンでしか解決できない。💢

3/8

3/27 座屈内容の決定

・片持ち梁、両端固定、単純梁で座屈解析   →1、2、3次モードで比較

  1次、2次要素で比較

  強軸、弱軸で比較

 片持ち梁は座屈荷重の計算に注意する

座屈荷重理論式(オイラー座屈)

\( P=(\frac{π}{k\ell})^{2}EI \)

片持ちの場合:k=2

両端固定の場合:k=0.5

両端ピン固定の場合:k=1

固定+ピン固定の場合:k=0.7

3/28

片持ち梁

10mm×5mm×100mm、P=50000N

一次モード

理論値 弱軸方向:5294.63N 強軸方向:21178.53N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7937975541.154.65621278.950.472
0.8606255600.655.78021338.550.756
0.9215206031.713.9221821.503.036
1.019543601513.621826.753.061
229288510.560.73823498.2510.953
313798212.655.11224202.9514.280

二次モード

理論値 弱軸方向:47651.68N 強軸方向:190606.74N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.79379749088.453.015179847-5.645
0.86062549646.74.187184380-3.267
0.9215205345212.172184380-3.267
1.01954353268.511.787184354-3.280
229287458756.525197805.53.777
3137972521.552.19123413722.838

二次要素

一次モード

理論値 弱軸方向:5294.63N 強軸方向:21178.53N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7937975308.60.26421067.75-0.523
0.8606255308.750.26721068.15-0.521
0.9215205309.10.27321069.35-0.516
1.0195435309.250.27621070.3-0.511
229285312.350.33521081.60-0.458
313795315.400.39221089.3-0.421

二次モード

理論値 弱軸方向:47651.68N 強軸方向:190606.74N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.79379747034.5-1.295178077-6.574
0.86062547035.95-1.292178080.5-6.572
0.92152047039.7-1.284178092-6.566
1.01954347041.25-1.281178099.5-6.562
2292847077.3-1.205178261.5-6.477
3137947110.8-1.135178282-6.466

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/katamoti_1jii.png
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/katamoti_2ji.png

4/6

片方固定、他端回転 

10×5×110 荷重:50000N(0,0,100)と(10,0,100)を結ぶ直線をピン固定して解析した。

一次要素メッシュ

一次モード 理論値 弱軸方向:35720.2N 強軸方向:142880.9N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.78051332400.0-0.093118800-0.169
0.86116832650-0.086119000-0.167
0.95207432800-0.082119100-0.166
1.02025635400-0.090121550-0.149
2.0310240789.4-0.142130050.0-0.090
3.0310267345.00.885136750.0-0.043

二次モード 理論値 弱軸方向:142880.9N 強軸方向:571523.7N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.780513110450-0.227198900-0.652
0.861168111350-0.221198150-0.653
0.952074111750-0.218198900-0.652
1.020256120400-0.157213800-0.626
2.03102167500.0-0.172--
3.01259229175.0-0.604--676

二次要素メッシュ

一次モード 理論値 弱軸方向:35720.2N 強軸方向:142880.9N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.78051330830.2-0.137117500-0.178
0.86116832638.2-0.083119015.5-0.167
0.95207430832.30.137117487.5-0.178
1.02025630836.0-0.137117479-0.178
2.0310230860.00.136105310.0-0.263
3.0125930915.0-0.135136795.0-0.043

二次モード 理論値 弱軸方向:142880.9N 強軸方向:571523.7N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.780513105156-0.26187217-0.672
0.861168111326-0.22198137.5-0.653
0.952074105164-0.264187238.5-0.672
1.020256105180.5-0.264187285.5-0.672
2.03102117430.0-0.178187650.0-0.672
3.01259117255.0-0.179188695.0-0.670

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/tatankotei_1ji.png
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/tatanktoei_2ji.png

単純梁

10mm×5mm×100mm、P=50000N 梁の両端に支承があるものとして計算
載荷面側にローター支承か、固定かで解析値がかわる
支承の位置でも解析が回るかどうかが違う

一次モード理論値 強軸84714[N] 弱軸21179[N]

二次モード理論値 強軸338856[N] 弱軸84714[N]

1次要素

一次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.793797218983.395818553.375
0.860625221414.542822242.939
0.9215202384112.57837861.095
1.0195432378112.29837501.138
2.029283363858.83900366.282
3.013793203551.26916878.231

二次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.793797853690.77329375313.31
0.860625861791.7293129777.637
0.921520929169.6823158156.800
1.019543927829.5243154786.899
2.0292812972353.133207615.340
3.0137912564148.313309412.336

2次要素

メッシュサイズ0.7、0.8の解析は荷重50000Nではうまく行かなかったが、荷重を半分に減らした結果解析が回ったのでこのメッシュ長さに限り 25000Nでの解析結果を示す。(上記の解析と異なり、10mm*5mm*120mmの単純梁で解析を行った。)

一次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.793797
0.860625
0.921520209890.892792246.481
1.019543209900.888791296.593
2.02928209990.850810444.332
3.01379210040.826813343.990
メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.78031017060.63-0.160101479.0-0.725
0.86690917060.8-0.160101580.5-0.727

二次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7
0.8
0.921520816413.6273261133.761
1.019543816733.5903359610.854
2.02928818853.3393077039.194
3.01379819783.23027964717.47
メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.79379767002.50.209306595.0-0.095
0.86062567004.3-0.209306960.0-0.094

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/1jilabel.png
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/2jilabel.png

両端固定はできませんでした

salome-mecaで両端を固定した状態で座屈させる設定ができなかった
片面をdx、dy、dzのすべてを固定して、もう片面をdzを固定しないdxとdyだけ固定させるとdzを固定しない面が回転してしまう
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/2ji.png
弱軸方向の座屈

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/k2ji.png
強軸方向の座屈

中心の軸で回転して両端固定の状態にならない

4/15 両端固定の再現

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/ryoutankotei50000000.png
端に固定端のような硬い部材をつけて両端固定のようなモデルの再現をしてみました
固定端の部材が若干伸びている
→固定端部材のヤング率を大きくするとエラー 写真は50000GPaの固定端
 さらに100倍にするとエラー
理論値とずれが大きい 2.3%程度

4/10

4/17 発表

座屈発表スライド

4/23

一回目の発表では強軸方向で理論値から離れるという結果だったので、10mm*5mmの長方形断面から短辺と長辺の比を変えて解析した。弱軸方向と強軸方向の値を理論値と比較した。

片方固定他端ローラー

片方固定他端ローラーでは強軸歩行の値が算出されないことが多かった。charcritの範囲を変えても変わらなく解析が重くなったので今回は残り時間を考慮して算出できなタッカ部分は今後のかだいとする。

5mm*5mm断面(正方形)

一次要素メッシュ [#nee67f66]  一次モード 理論値 弱軸方向:17860.1N 強軸方向:17860N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.92514916292.516350.0
1.01030017535.018222.5
2.0148623247.523552.5
3.067425992.536240.0
4.025042745.073812.5

二次モード 理論値 弱軸方向:35720.2N 強軸方向:35720.2N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.92514955582.555710.0
1.01030059687.562165.0
2.0148678602.579872.5
3.067488432.5120920.0
4.0250----

5mm*15mm断面

理論値 弱軸方向:53580.3N 強軸方向:482223.1N 一次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.97122149452.5169067.5
1.02524754552.5185825.0
2.0407374115.0250157.5
3.0218587115.0285575.0
4.0676115342.5392425.0

二次モード 理論値 弱軸方向:107160.7N 強軸方向:964446.2N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.971221372075.0--
1.025247376000.0--
2.04073390742.0--
3.02185391830.0--
4.0676396200.0--

5mm*25mm断面

理論値 弱軸方向:89300.5N 強軸方向:2232514.6N 一次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.912441583060.01617770.0
1.04239691720.01421210.0
2.06810124760.01437090.0
3.03651147040.01440030.0
4.01196213850.01443810.0

理論値 弱軸方向:178601.1N 強軸方向:4465029.1N 二次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.9124415285170.01774480.0
1.042396313440.01799040.0
2.06810423370.02385610.0
3.03651485610.02594950.0
4.01196704680.03598800.0

5mm*35mm断面

理論値 弱軸方向:125020.8N 強軸方向:6126019.9N 一次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.9135830119035.03117310.0
1.057832130042.53117310.0
2.09521179165.03134985.0
3.05132196770.03134232.5
4.01732312672.03172595.0

理論値 弱軸方向:250041.6N 強軸方向:12252040N 二次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.9135830409972.56586947.5
1.05783244040.06799975.0
2.09521605692.56711985.0
3.05132653047.56750327.5
4.017321046115.06788845.0

5mm*50mm断面

理論値 弱軸方向:178601.1N 強軸方向:17860116.0N 一次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.9187141172580.06442240.0
1.0170937172680.0644420.0
2.028969199600.06456200.0
3.07589279380.06469460.0
4.04715299360.06507700.0

理論値 弱軸方向:357202.3N 強軸方向:35720233.0N 二次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.9187141594140.0--
1.0170937594800.0--
2.028969686580.0--
3.07589935280.0--
4.047151019320.0--

単純梁

5mm*5mm*120mm

一次モード

理論値 7353.65N 

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7389758966.0821.98966.0821.9
0.8321589043.7823.09043.7823.0
0.9216649203.225.29203.225.2
1.0252769354.9527.39354.9527.3
2.0202711635.5558.211635.5558.2
3.070717525.8313817525.83138
4.018326927.7526626927.75266

二次モード

理論値 29414.62N 

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.73897535163.7519.535163.7519.5
0.83215835484.520.635484.520.6
0.9216643613622.93613622.9
1.02527636519.524.236519.524.2
2.0202745826.555.845826.555.8
3.070766233.2512566233.25125
4.0183101679246101679246

10mm*5mm*120mm

一次モード

理論値 弱軸方向:14707.31N 強軸方向:58829N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.78301017919.6321.817919.6321.8
0.86690918107.2323.118107.2323.1
0.93424218822.128.018822.128.0
1.02851418971.8529.018971.8529.0
2.0417924348.4865.624348.4865.6
3.011444366019743660197
4.045049779.523849779.5238

二次モード

理論値 弱軸方向:58829.24 強軸方向:235317N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.78301070365.2519.670365.2519.6
0.86690971117.2520.971117.2520.9
0.93424273924.2525.773924.2525.7
1.02851474569.526.874569.526.8
2.0417995688.562.795688.562.7
3.01144170895190170895190
4.0450194382.75230194382.75230

15mm*5mm*120mm

一次モード

理論値 弱軸方向:22060.96N 強軸方向:198549N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.711211527137.523.0
0.89717127234.7523.5
0.97023828016.2527.0146123
1.0578412845329.0146285
2.0898435628.7561.5149439.5
3.0233773692.25234157327
4.0126856624.5156162155

二次モード 理論値 弱軸方向:88243.86N 強軸方向:794195N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7
0.8
0.9
1.0
2.0
3.0
4.0

25mm*5mm*120mm

一次モード

理論値 弱軸方向:36768.27 強軸方向:919207N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.717207445497.523.7
0.816224145531.7523.8
0.911473148094.530.8346767
1.0928064757129.4371403
2.01498258169.558.2362647
3.04067371230
4.02353375535.5

二次モード 理論値 弱軸方向: 強軸方向:3676827N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7
0.8
0.9
1.0
2.0
3.0
4.0

片持ち梁

5mm×5mm

一次モード

理論値 2647.32N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7475842751.173.922766.464.5
1.0110732983.0612.729.884412.9

二次モード

理論値 23825.84N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.74758424350.32.224481.952.75
1.01107326402.110.82649211.2

15mm×5mm

一次モード

理論値 弱軸方向:7941.9N 強軸方向:71477.53N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.71340828344.355.0670772-0.987
1.0292179094.514.571497.50.028

二次モード

理論値 弱軸方向:71477.53N 強軸方向:563235N

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.7134082739983.53557540-10.5
1.0292178050112.6563235-9.64

両端固定

梁の別部分を1周分固定したがエラーが出てしまった
回転を抑えるために載荷面の回転軸に並行な1辺を固定してみたがエラーだった



うまくいかなかったので固定のための部材を薄くした
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/u-hikaku.png
まず固定のための部材をヤング率50000MPaでやってみたら図のようになった
部材のサイズは載荷面と同じ面積で、長さ0.1mmとした

次に固定する部材のヤング率を500000MPaと10倍にした
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/u10-hikaku.png

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/u10all-hikaku.png
ほとんど面が回転していないことがわかった



固定する部材と梁を繋いだときと離したときの解析結果の違いについて
両端固定するのでこの比較は意味がないかもしれないです
http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/b-rhikaku.png
固定の部材を繋いだものと離したものの比較

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/r-hikaku.png
繋いだ結果

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/2024zakutu/b-hikaku.png
離した結果

ヤング率50000GPa

1次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
1.0930229.4003112479.296

2次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
1.03399400.01694056031.24

ヤング率50000×10GPa

1次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
1.0926779.8073073578.148

2次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
1.03388020.32093199530.61

5mm×10mm×100mm (固定部分20mm)

理論値 弱軸 1次モード 84714N/mm 2次モード 338856N/mm
    強軸 1次モード 338856N/mm 2次モード 1355426N/mm

1次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.783010881744.0843063319.598
0.866909880573.9463062269.629
0.934242888854.9243072729.321
1.028514898316.0403080599.089
2.0417910413122.923209885.273
3.0114413302557.033525994.056
4.0450204274141.1

2次モード

メッシュサイズ要素数弱軸方向[N]相対誤差[%]強軸方向[N]相対誤差[%]
0.783010322665.54.77892611031.67
0.8669093224444.83392588531.69
0.9342423254653.95292918531.45
1.0285143290882.88393117031.30
2.0417937890611.8296933528.48
3.0114447638840.59
4.0450

4/24 再発表


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