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UC-winシリーズ FEM解析
 
Engineer's Studio®  Ver.6 3次元積層プレート・ケーブルの動的非線形解析

初版リリース : '09.02.27
最新Ver.リリース : '16.09.12
 Engineer's Studio® Ver.6 Ultimate ¥1,920,000 (税別)
 Engineer's Studio® Ver.6 Ultimate(前川モデル除く) ¥1,230,000 (税別)
 Engineer's Studio® Ver.6 Ultimate(ケーブル要素除く) ¥1,590,000 (税別)
 Engineer's Studio® Ver.6 Advanced ¥840,000 (税別)
 Engineer's Studio® Ver.6 Lite ¥570,000 (税別)
 Engineer's Studio® Ver.6 Base ¥369,000 (税別)
  Plug-in Option価格一覧
アカデミー価格
グレードアップ・特別価格
サブスクリプション
ライセンスパック
FPBポイント・バンク
レンタルライセンス/フローティングライセンス
Windows 7/8/10 対応
Engineer's Studio® 面内 製品ページ
Engineer's Studio® 面内
Engineer's Studio® SDK
Engineer's Studio® SDK
Engineer's Studio® 解析支援サービス
Engineer's Studio® 解析支援サービス
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Engineer's Studio® Trial Version
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Engineer's Studio® 製品紹介

  プログラム概要
ライン

Engineer's Studio®は、弊社がプレ処理〜計算エンジン〜ポスト処理までの全てを自社開発した3次元有限要素法(FEM)解析プログラムです。
土木・建築構造物の部位を1本棒に見立てたはり要素や平面的に連続した平板要素でモデル化して、構造物の非線形挙動を解析するツールです。

  関連情報
関連製品

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連載中

セミナー資料 ('09.09.09掲載)

セミナー参加申込受付中

個別講習のご案内


  Ver.6.0.0 改訂内容 <2016年 9月 12日リリース> NEW
ライン
  1. 平板要素に三角形1次要素を追加
  2. 平板要素の四角形1次要素の改善
  3. 平板要素の高次要素を低次要素に変換する機能
  4. 動的解析結果に入力波形を同時表示
  5. リボンインターフェースをWindows標準へ
  6. 節点や要素が所属するグループの編集機能
  7. 非線形RC平板要素の引張軟化係数Cの拡張
  8. プッシュオーバー解析事例のサンプル追加とヘルプ解説
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  プログラムの機能と特長
ライン
■解析の特長

解析面での主な特長は、UC-win/FRAME(3D)で高い評価と多くの実績のある3次元ファイバー要素とReissner-Mindlin理論に基づく平板要素を備えていること、そして、それらの材料非線形および幾何学的非線形(大変位)を同時に考慮した静的解析および動的解析が可能な点です。
▲ファイバー要素のイメージ図(右が数学モデル)

平板要素は厚さ方向に複数の層を持つ積層構造とすることができ、各層には異なる材料種類や線形・非線形の設定を個別に定義できます。平板要素に適用するコンクリート構成則に、東京大学コンクリート研究室で開発された世界的に評価の高い鉄筋コンクリート非線形構成則(分散ひび割れモデル)を採用しています。本製品の平板要素は、UC-win/WCOMDのRC要素を厚さ方向へ多層に拡張して、面内変形だけでなく面外変形の非線形挙動も解析可能にしたとも言えます。
平板要素はFEMでよく用いられるアイソパラメトリック要素を採用しています。

▲積層平板要素のイメージ図(右が数学モデル)

三角形1次要素の追加により、複雑な形の領域を自動メッシュ分割するとき、四角形1次要素と三角形1次要素を組み合わせて混在させることが可能です(下図のTriangular Linerを参照)。また、高次要素のメッシュ要素(四角形2次要素、三角形2次要素)を選択後に、低次要素(四角形1次要素、三角形1次要素)に変換が可能です。
  • 三角形 1次要素 : 3節点要素、形状関数は1次
  • 三角形 2次要素 : 6節点要素、形状関数は2次
  • 四角形 1次要素 : 4節点要素、形状関数は1次
  • 四角形 2次要素 : 8節点要素、形状関数は2次

▲平板要素の種類 ▲平板要素の作成コマンド3種類

▲四角形と三角形の1次要素を混在した自動メッシュ分割 ▲高次要素を低次要素に変換するボタン


■主な解析機能


項 目 内 容
解析 静的解析/動的解析/固有値解析/影響線解析(1本棒)
非線形解析 材料非線形/幾何学的非線形(大変位理論)
複合非線形(材料非線形と幾何学的非線形を同時に考慮)
適用理論 微小変位理論/大変位理論/弾性床上のはり理論/Bernoulli-Eulerのはり理論
Timoshenkoはり理論(せん断変形考慮)/Reissner-Mindlin理論
要素 弾性はり要素/剛体要素/ばね要素/M−φ要素/ファイバー要素/
平板要素(積層プレート)/ケーブル要素/減衰要素(速度べき乗型粘性ダンパー)
境界条件 節点に対して6自由度の拘束条件(自由or固定orばね)
弾性梁要素に対して分布ばね(部材軸方向+部材軸直角2方向)
連成ばね(節点に定義)
材料の種類 コンクリート/鉄筋/PC鋼材(鋼より線、鋼棒)/鋼板/炭素繊維シート/アラミド繊維シート
弾性材料(ヤング係数を任意に入力)/非構造材料(単位体積重量のみを考慮した材料)
定義可能な荷重 フレーム要素に対して
 節点荷重/部材荷重(集中、分布、射影長)/温度荷重/強制変位
平板要素に対して
 平板面荷重(分布荷重)/平板体積力(質量に比例する作用力)
 平板地盤変位(円筒水槽が対象。地盤応答変位を荷重で載荷)
 平板動水圧(円筒水槽が対象。ハウスナーの近似式)
ケーブル要素に対して
 分布荷重(ケーブル全長に分布する荷重) /温度荷重
自動生成する荷重 死荷重/プレストレス荷重/水平震度荷重
静的荷重 単調増加/繰り返し(一定、増加)/反転繰り返し(一定、増加)
動的荷重 加速度波形(鉛直と水平2成分の個別または同時入力)
動的解析 Newmark-β法(β=1/4)による直接積分法
減衰 要素別剛性比例型/Rayleigh型/要素別Rayleigh型/(初期剛性、瞬間剛性)
質量マトリクス Consistent mass matrix/Lumped mass matrix

■動的解析結果に入力波形を同時表示

動的解析の時刻歴結果を確認するときに入力した地震波形を呼び出すことが可能です。呼び出すと、新しい画面「入力波形表示」が表示されます。波形グラフの中をクリックするとステップが進み、モデルの変形図や断面力図もそのステップに同期されます。

▲時刻歴結果に入力波形を表示


■非線形特性

道路橋示方書に準拠したRC断面に対する許容曲げ応力度照査、曲げ耐力照査、平均せん断応力度照査等、せん断耐力照査、最小鉄筋量の照査が可能です。

M−φ特性
  •  骨格:バイリニア(対称、非対称)/トリリニア(対称、非対称)/テトラリニア(対称、非対称)
  •  内部履歴:ノーマル/Takeda/弾性/原点指向/原点最大点指向/H11鉄道耐震


ばね特性
  • 骨格:バイリニア(対称、非対称)/トリリニア(対称、非対称)/テトラリニア(対称、非対称)/名古屋高速ゴム支承型/BMRダンパー
  • 内部履歴:ノーマル/Takeda/弾性/原点指向/原点最大点指向/H11鉄道耐震/正負方向/正方向/負方向/緩衝装置/Clough/スリップ型/Gap/Hook型

ヒステリシス(ファイバー要素用の応力ひずみ曲線)


材 料 構成則
コンクリート 2次曲線 多くの準拠基準で終局曲げモーメント算出用として
採用されているモデル。
Hoshikuma 骨格は横拘束効果を考慮したn次曲線とひずみ軟化直線
(道路橋示方書)内部履歴は「F3Dオリジナル」と「堺-川島モデル」。
COM3 東京大学コンクリート研究室で開発された構成則。
2002年制定土木学会コンクリート標準示方書【耐震性能照査編】
に準拠。
JSCE 「COM3」型を棒部材用に簡略化したモデル。
Mander 骨格は横拘束効果を考慮した分数関数。
内部履歴は「堺-川島モデル」。
鉄筋、鋼板、
PC鋼材
骨格:
バイリニア(対称、非対称)
トリリニア(対称、非対称)
内部履歴 :移動硬化則(直線) /修正
Menegotto-Pinto (堺-川島) /修正
Menegotto-Pinto (F8)
炭素繊維、
アラミド繊維
骨格:
線形(引張側のみ)
内部履歴なし

ファイバー要素
  • ファイバー要素(オリジナル):剛体リンク・分布ばね要素を用いた非線形梁要素。せん断変形の影響は無視。部材両端の変形ならびに剛性が独立しており、負の剛性が生じる部材の解析に適している。また要素の半分の長さまで曲率一定の仮定に基づく剛性マトリクスのため、道路橋など曲率一定区間を仮定する塑性ヒンジなどの仮定とも整合がとりやすい。
  • ファイバー要素(1次):形状関数に1次曲線を用いた、2節点アイソパラメトリック要素。Timoshenko梁理論に基づき、せん断変形の影響を考慮。要素長さ方向の曲率分布は一定。部材中央の1つのガウス積分点での剛性評価に基づき、ガウス積分により要素の剛性マトリクスを構築。
  • ファイバー要素(2次):形状関数に2次曲線を用いた、3節点アイソパラメトリック要素。


■設計支援

 ・ファイバー要素、M−φ要素、ばね要素の損傷表示
 ・応力度計算(主に道路橋示方書)
 ・耐力計算(主に道路橋示方書)
 ・曲率の照査/ばね要素の照査
 ・道路橋の残留変位照査機能
 ・道路橋の塑性率照査(μ=δmax / δy、μa=δls2 / (α*δy) )

▲変位図コンター ▲床版曲げモーメントコンター

 ・CADデータ(DXF・DWG形式)のインポート/エクスポートに対応
 ・IFCエクスポートに対応


■平成24年道路橋示方書対応

主な対応項目は、「新道示の地震波形収録」、「鉄筋コンクリート断面および鋼製橋脚断面のM−φ」、「残留変位の照査」。


■活荷重の計算

活荷重計算は1本棒の影響線解析です。プログラムは影響線を作成した後に、活荷重(L荷重、T荷重、連行荷重)を移動させながら各着目点での断面力等が最大・最小となる位置を検索します。道路橋の橋軸方向が主な用途です。


■鋼製部材のひずみ照査

「鋼・合成構造標準示方書 耐震設計編」(土木学会、2008年制定、2008年2月)に準拠したひずみ照査を行います。鋼製部材をファイバー要素でモデル化し、安全係数や終局ひずみの設定を行うとひずみによる照査結果が得られます。


■Engineer's Studio®データ関連図




■Engineer's Studio®とUC-win/FRAME(3D)機能比較

  ◎=機能強化、○=対応、×=未対応
項目 機能 ES F3D
解析 静的解析、動的解析、固有値解析、影響線解析(1本棒)
非線形解析 材料非線形、幾何学的非線形(大変位理論)、複合非線形
計算エンジン   64bit 32bit
適用理論 微小変位理論、大変位理論、弾性床上のはり理論
Bernoulli-Eulerのはり理論、Timoshenkoはり理論(せん断変形考慮)
Reissner-Mindlin理論(平板要素の適用理論) ×
要素 弾性はり要素、剛体要素、ばね要素、M−φ要素、ファイバー要素
平板要素(弾性)、平板要素(RC非線形、積層)、ケーブル要素、減衰要素(速度べき乗型粘性ダンパー) ×
境界条件 節点:6自由度(自由・固定・ばね)、弾性梁要素:分布ばね
連成ばね(節点に定義)
材料の種類 コンクリート、鉄筋、PC鋼材、鋼板、炭素繊維シート、アラミド繊維シート
弾性材料、非構造材料
荷重 節点荷重、部材荷重(梁要素)、温度荷重 (梁要素)、強制変位、初期断面力
内力荷重、平板体積力、平板面荷重、平板地盤変位、平板動水圧、
ケーブル要素:分布荷重(ケーブル全長に分布する荷重)、温度荷重
×
自動生成荷重 死荷重、プレストレス荷重、水平震度荷重
静的荷重 単調増加、繰り返し(一定、増加)、反転繰り返し(一定、増加)
動的荷重 加速度波形
動的解析 Newmark-β法(β=1/4)による直接積分法
減衰 要素別剛性比例型、Rayleigh型、要素別Rayleigh型
質量マトリクス 整合質量マトリクス、集中質量マトリクス
非線形特性 M−φ特性・・・バイリニア、トリリニア、テトラリニア
ばね特性・・・バイリニア、トリリニア、テトラリニア、名古屋高速ゴム支承型、BMRダンパー
ヒステリシス(ファイバー要素用)・・・
  コンクリート:2次曲線、Hoshikuma、COM3、JSCE、Mander
  鋼材:バイリニア、トリリニア / 繊維シート:線形(引張のみ)
ファイバー要素の種類・・・ファイバー要素(オリジナル、1次、2次)
設計支援 ファイバー要素の損傷表示、M−φ要素の損傷表示、ばね要素の損傷表示
梁要素の応力度照査、梁要素の耐力照査、梁要素の曲率照査
ばね要素の照査
道路橋の残留変位照査機能(道示)、限界状態設計(土木学会、鉄道標準)
平板要素のコンタ図、道路橋の変位による塑性率照査 ×
モデル作成 表形式入力、複数のモデル表示 ×
アンドゥ・リドゥ機能、大規模モデル対応、モデルの範囲拡大、コピー・貼り付け
インポート fsdファイル(FRAMEマネージャ)、f3dファイル(UC-win/FRAME(3D))
sdfファイル(Steel Detailing Neutral File )
$o1ファイル(旧FRAMEマネージャ)、e2dファイル(Engineer's Studio面内)
DXF・DWGファイル(CADデータ)
×
エクスポート rc2ファイル(UC-win/Section)
DXF・DWGファイル(CADデータ)、IFCファイル ×


■画面の例

<例1>
下図は、左側ツリーを「描画設定」タブに切り替えてソリッド表示や節点の非表示等の設定を行い、右側画面では鳥瞰図・平面図・側面図・正面図を表示させるボタンを押して各図を自由に並べた様子です。

<例2>
複数の表形式入力画面を1つのウィンドウ内に並べた様子です。いくつでも同時に並べることができ、タブで切り替えるように再配置することも可能です。モデル内をマウス操作により節点を追加・削除等を行えば、自動的に表にも反映されます。

<例3>
左図は三角形の平板要素をマウス操作で作成した様子です。空間内の3カ所を順番にクリックして適用ボタンを押すと自動的に三角形のメッシュ分割が実行されます。
右図の四角形要素は、空間内の2点をドラッグすることで自動的に四角形要素が生成されます。いずれもメッシュ分割のサイズや要素種類を図に示す小画面で設定します。

<例4>
検索画面を呼び出して弾性梁要素を検索した様子です。検索された要素に十字の線と交点に印が描画されます。検索した要素を選択状態にするオプションもあります。

<例5>
平板要素が変形した状態とひずみによる損傷判定結果を同時に表示させた様子です。右は層毎に判定した図、左は要素全体として判定した図です。

<例6>
プッシュオーバー解析を行なって地震時保有水平耐力法による照査の事例です。

▲プッシュオーバー解析モデル例 ▲プッシュオーバー解析の変形図 ▲プッシュオーバー解析の荷重変位関係

<例7>
レポート出力を設定する画面です。出力したときの目次に近いイメージで出力設定を行います。
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Engineer's Studio® 関連書籍
「数値シミュレーションで考える構造解析」 ― ソフトで学ぶ非線形解析と応答解析 ―
■ 著者 : 吉川 弘道/青戸 拡起/甲斐 義隆
■ 発売日 : 2009年 11月 18日 ■ 出版社 : 建通新聞社
■ 220ページ/オールカラー ■ 本体価格 : 2800円(税別)

構造解析の基礎から実構造物に対するパラメトリックシミュレーションまで幅広い検討事例を分かりやすく解説!ファイバー要素を用いた先進の解析事例を豊富に収録!
  ●目次  ・第1章 構造解析への誘い
 ・第2章 断面の非線形解析
 ・第3章 部材の非線形解析
 ・第4章 構造物の地震応答解析
 ・第5章 骨組解析の基礎知識
■ Amazonで購入 amazon.co.jp 詳細ページへ
amazon.co.jp での購入も可能です。

  Award
ライン

危機管理デザイン賞受賞 Engineer's Studio®

プレート・ケーブル要素対応3次元動的非線形解析ソフト「Engineer's Studio®」が、「危機管理デザイン賞」(RiMDA :Risk Management Design Award)を受賞しました。同賞は、危機管理産業における総合的なデザインの推奨制度として、公共ネットワーク機構により創設されたものです。

▲集合写真(中央:川崎委員長) ▲授賞式の様子



第23回 中小企業優秀新技術・新製品賞 ソフトウエア部門 優良賞 受賞! Engineer's Studio®

平成23年5月11日、弊社構造解析ソフトウェア製品Engineer's Studio®が「第23回 中小企業優秀新技術・新製品賞 ソフトウエア部門優良賞」を受賞しました。これは、弊社が創業25年来、東京大学前川宏一教授と進めてまいりました世界トップクラスの高精度な構造解析コンクリート解析ソフトです。このため、ご一緒に参席いただいた前川宏一先生にも「産学官連携特別賞」が贈られました。今後の性能設計を支援するソフトとしてさらに改良を進めて参ります。

表彰名 ソフトウエア部門 優良賞 産学官連携特別賞
応募者名 株式会社フォーラムエイト
東京大学大学院 工学系研究科社会基盤学専攻 教授 前川 宏一 氏
プロダクト名 構造解析プログラム 「Engineer's Studio®」

 日刊工業産業研究所 第23回 中小企業優秀新技術・新製品賞 受賞者一覧
 http://www.nikkan.co.jp/sanken/shingizyutu/23shingizyutu.html



破壊解析コンテスト(2010年)優勝! Engineer's Studio®

平成22年7月8日、実大三次元震動破壊実験施設(E-ディフェンス)を用いた橋梁耐震実験研究「E-ディフェンスを用いた大型実験から何がわかったか」平成22年度橋梁耐震実験研究成果発表会((主催)(独)防災科学技術研究所、世界貿易センタービル)において実施された「高じん性モルタルを用いた実大橋梁耐震実験の破壊解析 ブラインド解析コンテスト結果発表・表彰」にて、当社社員(甲斐義隆、松山洋人、Brent Fleming、安部慶一郎)および、吉川弘道氏(東京都市大学総合研究所教授)らによる合同チームが優勝者として表彰されました。解析ソフトは、当社フォーラムエイト社開発の動的非線形解析「Engineer's Studio®」が使用されています。

>> プレスリリース (2010年 7月 8日)
動的非線形解析「Engineer's Studio®」解析結果が、E-ディフェンス、実大橋梁耐震実験の破壊解析コンテストで優勝

発表スライド 高じん性モルタルを用いた実大橋梁耐震実験の破壊解析ブラインド解析結果 (PDF、837KB)


事前解析コンテスト(2009年)ファイバー部門優勝! UC-win/FRAME(3D)

平成21年3月5日、実大三次元震動破壊実験施設(E-ディフェンス)を用いた橋梁耐震実験研究「橋梁は、地震にどこまで耐えられるか?」、平成19・20年度橋梁耐震実験研究研究成果発表会(主催(独)防災科学技術研究所、世界貿易センタービル3階)において実施された「C1-2実験事前解析コンテスト結果発表・表彰」にて、当社UC-win/FRAME(3D)解析支援チームメンバー、甲斐義隆、松山洋人と、東京都市大学(旧:武蔵工業大学)吉川研究室による合同チームが優勝者として表彰されました。

>> プレスリリース (2009年 3月 6日)
UC-win/FRAME(3D)解析支援チームメンバーが優勝!
事前解析コンテスト・ファイバーモデル部門
▲UC-win/FRAME(3D)解析支援チーム、
開発責任者、共同受賞者、青戸拡起氏
(右から2番目、東京都市大学 吉川弘道研究室)

● 解析結果AVI
  ・ 時刻歴変位  
  ・ 固有周期一次モード 1st  
  ・ 固有周期二次モード 2nd  

発表スライド
  C1-2実験コンテスト ファイバーモデル部門解析結果 (PDF、1,932KB)

実験の模様 (独立行政法人防災科学技術研究所 兵庫耐震工学研究センター ウェブサイト

学会発表
  9th U.S. National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering (PDF、1,583KB)
   (2010年 7月 カナダ トロント)


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最近リリースした製品
FEMLEEG Ver.7
仮設構台の設計・3DCAD Ver.8
Engineer's Studio® Ver.6
ため池の設計計算 Ver.3
土留め工の設計・3DCAD Ver.14

キャンペーン実施中
UC-win/Road Ver.11
リリース記念
WCOMD Studio、
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