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新製品紹介

●Engineer's Studio Ver.1.00 3次元プレート動的非線形解析

●はじめに
 新製品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。

●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。

▲積層平板要素のイメージ図(右が数学モデル)

  主な解析機能を次に示します。

項 目 内 容
解析 静的解析/動的解析/固有値解析
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)
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 節点荷重/部材荷重(集中、分布、射影長)/温度荷重/強制変位
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(初期剛性、瞬間剛性)/Rayleigh型(初期剛性、瞬間剛性)/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


 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。要素の形状と種類を下図に示します。



●入出力画面の特長
入出力画面の特長は、
 ・メイン画面にウィンドウを自由にはめ込み・取り外し可能なドッカブルインターフェース
 ・節点数の多い大規模モデルでも高速に動作するアンドゥ・リドゥ機能
 ・コピー・貼り付けやデータチェックがしやすい表形式入力
 ・マウス操作による連続はり要素作成、平板要素作成など
 ・UC-win/FRAME(3D)のデータファイル読込み対応
 ・3次元CADのような矩形拡大・縮小・縦横移動
 ・マウスのドラッグ操作による要素の移動・回転
 ・既存モデルに別モデルを簡単に貼り付け可能
 ・モデル作成手順がわかるツリー構造
 ・モデル図の複数画面起動に対応
 ・高品質なレポート出力機能
 ・強力な検索機能
があげられます。


●メイン画面
 Engineer's Studioでは「リボン」と呼ばれる新しいユーザーインターフェースを採用しています。「リボン」は、2007 Microsoft Office Systemから導入され、将来のWindowsアプリケーションにおいて標準になると言われている技術です。「リボン」は従来のメイン・メニューやメイン・ツールバーに置き換わり、複数のコマンドを機能ごとにまとめてグループ化しています。これにより、目的のコマンドに簡単にアクセスできます。この新しい概念を複雑な機能を持つEngineer's Studioに取り入れることで、使いやすい操作性を実現しました。右図はメイン画面の様子です。画面上側にリボンが、画面左側にツリーが並んでいます。

●画面の例
 紙面の都合により全ての入出力画面を紹介できないので、いくつかをピックアップして簡単に解説いたします。

<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。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。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>
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。


●今後の予定
 初版では道路橋示方書等の規範に準拠した断面照査機能を搭載しておりません。次版以降に対応する予定です。また、2次元問題に特化した新製品をEngineer's Studioをベースにして開発する予定です。どうぞご期待ください。

Engineer's Studio 体験セミナー

 ●日時 : 2009年 2月 13日(金) 13:30〜17:00   ●参加費 : 無料
 ●本会場 : フォーラムエイト東京本社 GTタワーセミナールーム TV会議システムにて 東京・大阪・名古屋・福岡にて同時開催

Engineer's Studio 海外体験セミナー

 ●日時 : 2009年 3月 24日(火) 韓国(ソウル)   2009年 3月 25日(水) 中国(上海・北京)
 ●参加費 : 無料

■Engineer's Studio Ver.1.00 リリース予定日:2009年1月
(Up&Coming '09 新春特別号掲載)
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