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New Products
3次元FEM地盤解析(統合版)
FEMによる地盤の弾塑性解析、浸透流解析を実施可能な統合製品

●新規価格 1,550,000円 ●リリース 2015年 10月
UC-1 FEM解析
 2D・3D浸透流解析体験セミナー  Webセミナー対応
●日時:2015年10月 8日(木) 13:30〜16:30
●本会場:東京本社 品川インターシティA棟セミナールーム
 ※TV会議システムにて 東京・大阪・名古屋・福岡・仙台・札幌・金沢 同時開催
●参加費:無料
 はじめに
FEMによる地盤の弾塑性解析と定常/非定常 飽和-不飽和浸透流解析が可能な地盤数値解析の統合製品で下記の問題等に適用可能です。
  • シールドトンネル掘削時の周辺地盤影響解析
  • NATM工法におけるトンネル施工検討解析
  • 広域流域における降雨や湧水などの地下水影響解析
  • 河川堤防、ダムおよび貯水池における堤体内の浸潤面および水圧分布の把握
なお、本製品の弾塑性解析及び浸透流解析のソルバーは群馬大学大学院理工学府環境創生部門地盤工学研究室にて開発されています。
 地盤の弾塑性解析と浸透流解析がシームレスに実行可能
解析モードの切換えスイッチにて地盤の弾塑性解析と浸透流解析を簡単に切り替え可能です。また、形状データとメッシュデータを解析間で共有するため、例えば弾塑性解析の後に浸透流解析を行うときには、形状データの作成、メッシュの生成を行う必要はありません。

さらに、リボンUIを採用しているため解析を行う上で必要な機能が分かりやすく配置され、左のタブから順番に情報を入力することで解析が可能となるように設計されています。

▲図1 解析モードスイッチ

▲図2 リボンUIを採用
 多彩なモデリング機能とメッシュ生成
地表面、地層境界面の作成
地表面、地層境界面の形状をDXF、LandXMLからインポート可能です。

交差オブジェクトの操作
任意のソリッドとソリッド、ソリッドと面、面と面、面と線、線と線などのオブジェクト間の交差面の作成が可能です。この機能により、多くの土木構造物が複雑に立体交差している場合でもその交差面を生成することができます。

交差オブジェクトの操作
任意のソリッドとソリッド、ソリッドと面、面と面、面と線、線と線などのオブジェクト間の交差面の作成が可能です。この機能により、多くの土木構造物が複雑に立体交差している場合でもその交差面を生成することができます。

グルーピング機能
3次元では、2次元と比べて、奥行き方向があって、オブジェクトの数が多くなり、モデルの編集が困難になります。そこで、同じ物性値を持つ複数のオブジェクトをひとつのグループにすることによって、それらのオブジェクトを一括に選択でき、そのグループに対して材料特性を割り当ることができます。
▲図3 地表面、地表境界面の生成 ▲図4 ソリッド同士の交差
    ▲図5 メッシュ分割例
モデル作成の補助機能
複雑な3Dモデルにおいて、作業を行いたいオブジェクトのみを表示して、他の全てのオブジェクトを非表示にすることができます。

メッシュ分割
メッシュ分割は、半自動で行います。まず、ブロックの線分を等間隔や指定した比率で分割数を指定します。線分の分割数のもとで、面を三角形や四角形、ソリッドを4面体、5面体や6面体に分割します。分割数を変更してもモデルの再メッシュ分割は簡単に行えます。
 弾塑性解析
要素ライブラリー
3次元解析では地盤のモデル化はソリッド(立体)要素を使用します。本製品では、4面体・5面体・6面体要素を用意しています。面要素は、板要素もしくはシェル要素になりますが、本プログラムでは、板要素までの対応となります。構造物要素(板要素、梁要素、棒要素、軸方向バネ要素、せん断バネ要素)を定義することにより、地盤と構造物の相互作用を表現でき、ジョイント要素による接触面指定も可能にしています。

荷重
節点集中荷重、等分布荷重、分布荷重、体積荷重(自重、静的地震荷重)を考慮可能です。

境界条件
単点拘束(水平ローラ、鉛直ローラ、固定、ピン)、多点拘束(MPC、ヒンジ)、強制変位を用意しています。施工ステップを勘案したステージ解析に対応しており、ステージごとに、材料特性の変更、境界条件の変更などの設定が可能です。

▲図6 荷重の載荷
 浸透流解析
材料特性
透水係数等材料の浸透特性データとして西垣氏らの値を同梱、これら値を参考値として材料にセットし解析が可能です。
また、材料の不飽和浸透特性の入力は、van Genuchtenによるモデル中のパラメータを指定する方法とθ-Φ、θ-Krの関係を直接指定する2つの方法をサポートしています。

▲図7 不飽和浸透特性の入力 (van Genuchtenモデル) ▲図8 不飽和浸透特性の入力 (直接指定)

境界条件
境界条件は、水頭既知境界、浸出面境界、流量境界、点源、降雨境界、浸出禁止境界、水位変動境界に対応しています。

初期値
非定常解析における、初期地下水位面として、2次元的な形状、3次元的な形状の2種類の形状に対応しています。

▲図9 境界条件のセット

 ポスト処理
変形図(弾塑性解析)、部材の断面力分布図(弾塑性解析)、等値面(浸透流解析)、コンタ図、ベクトル図により結果を確認可能です。
また、ソリッドの切断面の結果表示、非定常解析の結果のアニメーション作成に便利な各ステップの画像出力(浸透流解析)にも対応しています。
  • 田中忠治、鵜飼恵三、河邑眞、阪上最一、大津宏康、地盤の三次元弾塑性有限要素法、丸善、1996
  • 西垣誠・竹下祐二、室内及び原位置における不飽和浸透特性の試験及び調査法に関する研究、
    岡山大学工学部土木工学科 平成5年5月
  • 若井明彦、蔡飛、鵜飼恵三、飽和ー不飽和浸透流解析による地下水位の予測と斜面の安定性評価、
    地すべりVol. 36(1999-2000)No. 4 p.p. 8-13,2000

▲図10 変位図(弾塑性解析) ▲図11 ベクトル図

▲図12 等値面(浸透流解析) ▲図13 切断面表示
(Up&Coming '15 秋の号掲載)
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