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UC-win系列 动力非线性分析
 
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Frame analysis for 3-D Models
UC-win/FRAME(3D) Ver.6 Advanced RMB 70,000元
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UC-win/FRAME(3D)
分析支援服务 WEB预算服务


  FORUM8作为UC-win/FRAME(3D) 分析支援服务的一环,「UC-win/FRAME(3D) 分析支援服务 WEB预算服务」的提供从2004年11月19日开始。
  UC-win/FRAME(3D)模型制作・分析服务中可以概算预算的计算和细目的阅览、预算书的印刷。

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   ■产品导入时的支援服务■

    UC-win/WCOMD数据制作实务讲习 (初级操作实习半日课程)


  Q&A (产品评价、导入时起帮助作用的Q&A)
ライン

 1.分析理论
Q1-1. 请教关于微小位移和大位移的考虑方法。
A1-1. 微小位移是变形前状态下力平衡的立解。另一方面,大位移中为了在变形后的状态下进行力平衡的立解,成为需要进行收敛计算的非线性问题,这个与材料非线性相区別,称之为几何学非线性。
帮助的「前言|程序的概要|关于UC-win/FRAME(3D),(2)~功能概要~」
中包含「材料非线性和几何学的非线性」的说明,也请浏览。
关于本程序的几何学非线性,
・帮助的「参考资料及模型例子|资料|资料01 各要素模型和刚性方程式(FRAME3D_Ref-01.pdf)」
此外还有
・本公司原技术顾问后藤先生的解说网站 http://www.forum8.co.jp/forum8/ronbun1.htm
中刊载了参考文献,敬请利用。
 
Q1-2. 请教关于纤维要素模型。
A1-2. 所谓的纤维要素会被认为是特別的东西,用一个不太确切的大致说法,可以说成「逐次M-φ算定型要素」。这样称呼,听起来像是通常的M-φ要素的扩展版,也许对实际业务工作者容易理解。但是,由于这样称呼无法表现由弯曲刚性的低下等所导致的轴刚性低下,不太确切,并且在文章中没有见过类似的称呼。
纤维要素中对断面进行网格分割。被分割的1个单元格中考虑为1个应力变形关系。其单元格是混凝土的话便保有混凝土的应力应变关系,是钢筋的话便保有钢筋的应力应变关系。
而且,部材所承受的荷载规模变大,拉伸侧单元格的钢筋发生屈服,压缩侧单元格的混凝土达到最大压缩强度。由此,作为部材全体的弯曲刚性便会下降(至此与M-φ要素相同)。于此同时,部材轴方向的刚性也下降(这一点与M-φ要素不同)。得益于这个构造,具有不单对应一轴弯曲,同时还可对应二轴弯曲这一利点。
M-φ要素中因为只有部材的弯曲刚性(断面中1个。不是单元格)具有非线性特性(UC-win/FRAME(3D)中称为M-φ特性),及时屈服轴方向的刚性也不会下降(轴刚性假定为线性)。但是,纤维要素中发生屈服的单元格的应力应变关系同时影响弯曲刚性和轴方向的刚性。这一点是M-φ要素和纤维要素最大的不同。
 
Q1-3. UC-win/FRAME(3D)中M-φ要素(非线性要素)和分布弹簧无法并用,这是因为在理论上很困难吗。
关于分布弹簧,弹簧要素多数并列相似,为了不让断面力连续分布,有来自客户的指点。
如果是理论上困难附有说明,请教理由。
此外,作为连续分布的近似方法,弹簧要素按细小螺距设定之外没有别的方法了吗。
A1-3. 理论上是否困难不得而知。但是,M-φ要素、纤维要素对应用弹性地面梁理论的事例至今还没有先例,也从未听说其他公司的产品中有对应的事例,可见定式化和构筑不是一件容易的事情。
断面力因为无法成为连续分布,仅仅考虑节点荷载的加载会怎么样呢。在离散弹簧要素为多数的情况中,运用部材分布荷载的话,由于离散和分布两个不同概念共存,考虑会发生不整合的问题。
作为近似分布弹簧的方法,弹簧要素多数排列的手法之外,也可以考虑支点弹簧多数排列的模型化。但是,支点弹簧限定于线形弹簧。
 
Q1-4. 现在规划中的桥梁动力分析使用FRAME3D。
UC-win/FRAME(3D)的固有值分析中运用了屈服刚性吗?
A1-4. 固有值分析时要素的刚性运用了部材类型(弹性梁要素、M-φ要素、纤维要素)的第1坡度(初期刚性)。具体而言,
弹性梁要素中,从断面的面积A、断面二次力矩I、扭曲定数J决定刚性
M-φ要素中,M-φ特性的第1坡度
纤维要素中,各滞后现象的第1坡度

运用屈服刚性求固有值时,另行准备给予屈服刚性的模型。关于这个方法,可以考虑下述2种。
  • 从本公司产品「震度算出(支承设计)」作为屈服刚性导出UC-win/FRAME(3D)数据。将其在UC-win/FRAME(3D)中载入,进行固有值分析。
  • UC-win/FRAME(3D)中,给予屈服刚性的部材作为M-φ要素,M-φ特性按忽略双折线型(=裂缝点的屈服刚性)给出。
 
Q1-5. 刚域的模型化在刚体要素中设定的情况和数值断面中设定的情况,解答不会有变化吗?
设定刚体要素,重心不同时,主节点中考虑刚体要素的质量+惯性力矩的作用,感觉比荷载作用的多。还是,惯性力矩作用于反方向?
A1-5. 关于问题「刚域的模型化在刚体要素中设定的情况和数值断面中设定的情况,解答不会有变化吗?」。
刚体要素的情况,因为只考虑主节点和从节点间的要素(即使有也是刚域的不变形→只考虑计算主节点),是完全理想化的刚域。因为没有要素,无法得到框架断面力。另一方面,给予大断面定数的数值断面虽然成为大的部材刚性,但要素的属性也不会发生变化。可以得到普通框架断面力。为此,断面定数的命令发生变化的话解答也发生变化。给予极端大的断面刚性,因为发生桁架下降等数值计算误差,需要比较讨论。对此,在本公司主页Q&A
Q1-74. 刚体要素中不生成断面力
http://www.forum8.co.jp/faq/ucwin/ucwinF3Dqa.htm
敬请浏览。
因此,作为刚体要素的情况和数值断面的情况中,不会得到完全相同的结果。因为依存于模型,推荐您进行比较后再采用。
关于问题「设定刚体要素,重心不同时,主节点中考虑刚体要素的质量+惯性力矩的作用,感觉比荷载作用的多」。
如前面所述,计算上因为只考虑主节点,重心位置不在主节点时,其偏心分围绕主节点坐标变换。为此,可以考虑地更加严密。
关于问题「还是,惯性力矩作用于反方向?」。
旋转惯性力矩的质量本身不会做向反方向(符号相反)的处理。动力分析时惯性力与作用于负方向的力在达兰贝尔原理分析时被自然做考虑。
 
Q1-6. 原始的纤维要素,像纤维要素的1次,2次一样是否可以考虑剪切变形进行分析?
A1-6. 原始纤维要素因为不是Timoshenko梁理论,无法考虑剪切变形。
 
Q1-7. 请教事例荷载和序列荷载的不同。
A1-7. UC-win/FRAME(3D)中,可大致分为工况载荷和顺序载荷两种类的分析。这些在模型设定画面进行定义。帮助的
 「操作方法|分析条件|模型设定(框架计算用)」
中指定。
工况载荷是,复数个基本荷载工况、组合荷载工况的单位所解得的。各自分别独立。
顺序载荷是,所谓100阶段的分析等分步骤分析。100阶段的载荷方法按顺序荷载定义。在其,追加支点条件,按称作「Lan」的单位进行计算。解答也按lan的单位得到。Lan的计算中,受上一步计算结果的影响,得到下一步的解答。
工况载荷中只进行弹性分析。顺序载荷中可进行非线性分析。部材的非线性类型中包括纤维要素、M-φ要素。
  

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 2.功能

Q2-1. 动力分析中,导入UC-1系列「震度算出」程序的M-φ数据,制作了动解模型。
此时固有值分析的框架模型是什么材料?
应该是作为线形部材算出,屈服刚性?
这种情况下,需要制作固有地分析算出用数据和动力分析数据2个吗?
A2-1. 固有值分析时的框架的刚性是运用了初期刚性。
弹性梁要素的话,运用被给予的断面的断面定数。
M-φ要素的话,运用被给予的M-φ特性的第1坡度。
纤维要素的话,运用被给予的滞后现象的第1坡度。
M-φ特性为双折线型的情况,第1坡度因为成为原点和折点连接的直线,其折点为(初)屈服点的话则成为屈服刚性。M-φ特性为三折线型的情况,最初的折点因为变成裂缝点,第1坡度是原点和折点连接的直线,即,成为全部断面有効时的刚性(弹性刚性)。
是否有需要对固有值分析专用模型、本体分析模型进行区分,根据目的而有所不同。敬请确认本公司主页的Q&A中下述项目。
http://www.forum8.co.jp/faq/ucwin/ucwinF3Dqa.htm

Q1-43.只想进行仅固有值分析。
http://www.forum8.co.jp/faq/ucwin/ucwinF3Dqa.htm#q1-43

Q1-47.免震桥的设计中,固有值分析在免震支承的等价刚性进行,动力分析时表现免震支承的弹簧要素希望作为双折线型计算。
http://www.forum8.co.jp/faq/ucwin/ucwinF3Dqa.htm#q1-47

Q1-48.免震支承的等价刚性赋予弹簧要素,进行固有值分析,本体分析在进行Rayleigh衰减时的注意点是?
http://www.forum8.co.jp/faq/ucwin/ucwinF3Dqa.htm#q1-48

Q1-50.给予屈服刚性的方法
http://www.forum8.co.jp/faq/ucwin/ucwinF3Dqa.htm#q1-50
 
Q2-2. 半地下结构物中,地中部分和地上部分可以承受不同的水平震度荷载吗。
A2-2. 使用UC-winFRAME(3D)的水平震度荷载,具有质量的全部部材水平震度荷载也一样工作。为此,在您提问的情况中,作为部材荷载或节点荷载,需要分别制作水平震度荷载工况。
 
 
Q2-3. 等价刚性对固有值进行计算,双折线进行动力分析,是否能与支承分开进行计算?
A2-3. UC-win/FRAME(3D)中固有值分析模型和本体分析模型采用的是相同结构数据,因此固有值分析时等价刚性(线形弹簧)、本体分析时双折线间无法切换。
本来,固有值分析(材料线形)和本体分析(材料非线性)是指完全不同的分析,通常情况分别进行,UC-win/FRAME(3D)中,通过1个模型便可将双方连续到一起。但是,像这次一样,想让结构数据有所不同时,需要准备其他的模型。
固有值分析专用模型中,表现支承的弹簧要素中分配的弹簧特性为线形类型,请输入等价刚性。从固有值分析的结果,在得到振动数f、以及α和β后,通过将其在本体分析模型中任意输入给予。本体分析模型中返回双折线支承。
   
 
Q2-4. 不能进行桥墩基部的旋转角(rad)的照査吗?
A2-4. 可以。进行旋转角的照査时,需要制作M-θ模型。M-θ模型是指,例如,道路桥示方书V抗震设计篇p.336冒头数行中解说的一样,集约在具有塑性化的长度的领域中的某1点,给予非线性旋转弹簧的特性。
关于M-θ模型请参考阅读帮助的
 「分目的向导|M-θ模型的制作」。
   

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 3.输入
Q3-1. 一个部材的钢筋量变化时该如何输入?
只有设置节点,全新制作断面数据吗。
A3-1. 追加节点分开部材全新制作断面后,分别对部材进行断面定义。
基本上可以按1部材定义1断面考虑。
 
Q3-2. 关于模型合并的AutoCAD数据的载入,是否必须制作三维数据。LT制作的2维数据也可以载入吗。(自动力在x,y,z不足的坐标置换为0吗)
A3-2. AutCaD数据(*.DXF,*.DWG)的3维、2维均可载入。
再者,AutoCAD下进行保存时,2007形式保存的数据无法载入。请按照2004形式以前的格式保存。
请确认帮助的
「操作方法|设定|文件的载入和保存|CAD数据(*.dwg、*.dxf)的载入」。

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 4.输出
Q4-1. 请教FRAME管理器制作的数据导入到F3D的方法。
A4-1. FRAME管理器制作的数据在F3D下载入时,首先需要在FRAME管理器中,转换成F3D所对应的文件格式(*.fsd、 *.f2d )再进行保存。文件格式的变换结束后,从通常的文件载入可选择文件格式载入数据。
*.fsd
UC-1/FRAME(面内、管理器)Ver.2.02.00以后可保存的文件格式。
*.f2d
FRAME(2D)Ver.1.00.08以后可保存可能的文件格式。
关于其他数据载入时的变换点等详细,请参考帮助中的下述标题。
「UC-1产品的载入|UC-1/FRAME数据的载入(1)~对应格式~」
「UC-1产品的载入|UC-1/FRAME数据的载入(2)~fsd文件~」
「UC-1产品的载入|UC-1/FRAME数据的载入(3)~f2d文件~」
「UC-1产品的载入|UC-1/FRAME数据的载入(4)~登录断面~」
 
Q4-2. 请教免震支承通过双折线模型化时的履历应答图的输出方法。
A4-2.
输出支承的履历图时请按下述方法操作。
  1. 模型计算。
  2. 选择弹簧要素,打开时刻歴结果画面。
  3. 选择「力/位移」按钮,显示图表。
  4. 选择画面右端的「追加报告」按钮。
  5. 在报告设定画面的左侧树中,选中「时刻履历结果(弹簧)」,选择预览按钮。
    ※弹簧特性画面的描画范围进行适当设定,以履历为中心部不缩小整理,可充满图表区域。

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 5.模型化
Q5-1. 要素分割时关于塑性铰链长,断面为长方形的情况,两头不满足0.1D≦LP≦0.5D时,短边、长边方向需要分别制作模型。由此,相同结构物的要素长变得不同,不会有问题吗。
A5-1. 桥轴方向和直角方向的Lp不同时,1个模型无法对应。分别制作桥轴方向和直角方向的模型。
另一方面,日本道路协会出版的计算例中,1个模型制作三维,拥有桥轴方向和直角方向的共通例。
这可以观看「(社)日本道路协会、道路桥的抗震设计相关资料~PC刚架桥・RC拱桥・PC斜拉桥等的抗震设计计算例~、平成10年1月」的三维模型。此计算例中,根据道路桥示方书V抗震设计篇,算出的塑性铰链长Lp与桥轴方向和桥轴直角方向不同时,不分成单独的模型,短的一方模型化(例如,混凝土拱桥、PC斜拉桥)。
采用哪一种靠设计者的判断。
关于非线性要素的要素长,在帮助的「分目的向导|M-φ要素的使用」
中有相应解说,敬请阅览。
另外,上述帮助的解说虽然是关于M-φ要素相关的内容,同时也可应用于纤维要素。
 
Q5-2. 考虑桥轴方向以及桥轴直角方向并列的桥梁冲突所带来的影响,该如何考虑动力分析?
A5-2. 表现冲突中设置桁架与桁架间的弹簧要素,其弹簧特性中,从原点到游间量的力为零,从游间量拥有较大刚性,通过使用「双折线非对称 Gap/Hook」可以进行模型化。
关于冲突弹簧定数的大小,推荐1E10,下述参考文献中记载了算出方法,敬请参考。数值计算上,极端大的弹簧定数成为难以收敛的原因,从这个观点来看可以说,弹簧定数小1位数也是我们所希望的(有的场合1E10也没有问题)。
 (财)海洋架桥、桥梁调查会:既设桥梁的抗震补強工法事例集,平成17年4月,pp.I-100~
 

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 6.其他
Q6-1. UC-win/FRAME(3D) 听说需要对应OpenGL2.0,现在使用中的电脑可能没有对应。为此,UC-win/FRAME (3D)在OpenGL设定中将硬件加速功能选项摘除。此后,UC-win/FRAME(3D)变得可以运行,但是速度变得非常慢。有改善方法吗?
A6-1. OpenGL设定工具中,关闭「使用OpenGL硬件加速功能」的选项,是使用上的临时回避办法。这种情况,本来显卡的处理将全部由计算机本身来完成,因为内存的消耗量等急剧增大,CPU的负荷也变得沉重。
根本的解決方法是按照UC-win/FRAME(3D)的要求规格安装对应OpenGL2.0以上的显卡。

>> 支持页面 UC-win/FRAME(3D) Q&A集

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  UC-win/FRAME(3D)产品讲习会 Q&A集
ライン
1.产品规格相关

Q1-1. 活荷载可以对应吗?详细设计也可以应用吗?
A1-1. 初版中没有对应,初版以后做了支持。此外,因为配筋、断面形状等也可详细确认,敬请使用。
 
Q1-2. 初期断面力该如何考虑?考虑施工阶段初期断面力将会依次发生变化,有简单的考虑方法吗?
A1-2. 可以考虑死荷载、预应力荷载。但是,考虑了施工顺序的断面力的变化在初版没有被支持。作为功能扩展,预定导入这样的分析功能。
 
Q1-3. 纤维模型可以认为有限要素法的分割是乱而无序的吗?
A1-3. 纤维模型很多情况下被认为是有限要素法和骨架分析的中间产物的印象,几乎就等同骨架分析。通过分割断面,M-φ关系等的断面特性在每个分析步骤中随时进行严密地自动算定和更新便是其特征。被赋予提高骨架分析精度的手法和位置。
 
Q1-4. 有3波平均等的照査功能吗?
A1-4. 初版中完全没有搭载照査功能。初版发布后、在强化分析功能的同时,预计充实照査功能。
 
Q1-5. 可以固有值分析吗?
A1-5. 可以。
 
Q1-6. 平时经常使用的瑞利衰减,如何处理衰减模型?
A1-6. Takeda模型等因为履历是折线,正如在幻灯片中说明的一样履历衰减比起实验等显得不足。为了补充使用Takeda模型进行分析,并用衰减模型附加粘性衰减等依然无法得到。因此,衰减模型的選択,及根据其参数设定的分析结果会出现较大不同。但是,纤维模型为了忠实再现非线性部材的履历,非线性部材中没有必要附加衰减(严格说是粘性衰减)。为此,UC-win/FRAME(3D)中为了等价线形部材、线形动力分析,准备了刚性比例型的衰减模型。由此可以考虑区别部材的衰减。
 
Q1-7. 节点数的限制
A1-7. 软件侧没有原则上的限制。但是,包含模型表示等可以实际使用,参考最大1000个节点。对于土木结构物而言可以认为足够了。
 
Q1-8. RC部材的最大荷载以下的荷载降低在实验中发生,这个可以分析吗?
A1-8. 可以。
 ・保护层混凝土和核心混凝土分开制作断面,各自分配对应的混硬土特性。
 ・通过适当地定义主钢筋的压曲,可进行分析。适当定义主钢筋的破断,可实现更大变形的分析和实验结果的再现。
 
Q1-9. 关于大位移理论请简单说明。
A1-9. 变形较大的话,微小位移法中无法得到正解。
 ・变形前的状态下取得平衡的微小位移法
 ・变形后的状态下取得平衡的大位移法(作为微小位移法的反义词说明),请按以上考虑。
  此外,大位移理论在大位移法中提高收敛精度,是严密考虑了几何学非线性性的分析理论。
 
Q1-10. 纤维模型的断面分割该参考哪种程度。怎样的程度才能与实验结果吻合?
A1-10. 同样运用纤维模型的分析工具UC-win/COM3(Fiber)所验证的结果,是按照不考虑断面尺寸均以20分割的考虑。但是,这是对非线性性表现较強的柱的基部分割。再者,主钢筋在压曲程度的分析中有的场合再细一点较好。
 
Q1-11. 作为RC断面不可以给予履历模型吗?
A1-11. 因为基于纤维模型,给予材料的非线性履历特性作为其结果,断面的履历特性得到评价。因此,断面特性既无法直接给予一般的Takeda模型等,也无法对断面的履历特性事前确认。

2.输入输出相关

Q2-1. 输出中混杂了英文吗?使用UC-win产品进行输出交货,如果有英文的话很难向政府部门说明。如果需要我个人对英文部分补充、说明又太麻烦了。
A2-1. 初版的输出所有内容均为英文,对此给您造成的不便深感歉意。从第2版开始将完全对应日文,敬请考虑。
 
Q2-2. 例如进行照査拥有充足余地时,将断面变小,从部件(OutLine)组合的断面形状、配筋是否会与其正确联动。
A2-2. 钢筋的配筋因为指定了间距和根数、长度和根数、长度和间距,现在的规格中无法对断面尺寸联动变更配筋。
另外,各部件(Outline)在其结合点(参考点)如果确定的得当,1个部件的尺寸发生变化不会对断面整体形状的破坏造成影响,制作上实现是可能的。但是,像那样部件尺寸变更时,不是从零开始制作断面,只对必要的个别地方进行再编辑,尺寸的变更应该不会太费时间。。
 
Q2-3. 结果的数值可以向EXCEL输出,图可以用于其他的软件吗?
A2-3. 进行html输出的话,图像和时刻履历图等作为BMP文件被保存,可以使用此文件。

3.支持与其他相关

Q3-1. 是否与其他公司的产品做过验证比较?差别如何?
A3-1. 开发方对Takeda模型等进行了比较。产品发布时会对这些资料公开。
此外,在拥有单柱的桥梁中分析结果没有出现太大差别。但是,对于幻灯片说明的Takeda模型等以往工具不擅长应用的结构当然会得出不同的结果。此类讨论在介绍文献中也有介绍。
 
Q3-2. 定义M-φ关系工具已经习惯于主流,请教今后运用纤维模型的工具的方向性是如何考虑的。
A3-2. 原本现在的Takeda模型作为主流的动力分析技术,其整理是由于受到硬件的限制,作为实用可行 的手法被确立了地位。因此,在现在先进的硬件环境中比起像Takeda模型一样近似的手法,更高精度的分析手法具备实现可能。使用Takeda模型等的工具虽然不会消失,因为应用范围和应用条件需要追求更加通用的高分析手法。进而,向「性能规定」移行在追求合理性的同时,当然要追求更高精度的分析手法的确立。纤维模型的分析工具便是这种「通用性高」「高精度」的两利手法,面向性能规定的完全移行,被认为是非常适合的工具。
 
Q3-3. 必要的运行环境
A3-3. OS:WindowsNT系(NT4.0、2000、XP)※
内存:512MB以上(但是,根据模型和分析部分有所不同)※
HDD:市面上一般硬盘即可(数GB)
CPU:PentiumIII800MHz以上
其他:对应OpenGL的显卡※
※要注意环境
Windows95、98系由于驱动陈旧不做推荐。
 
Q3-4. 对于不同计算结果该如何判断。
A3-4. 对购买产品的用户进行支援,同时也接受模型化是否正确,设定是否正确等的商谈,敬请活用。此外将来还考虑,因为工具验证(基准)用的实验结果等被公开发表,使用这样的东西积累了模型化等的经验,一般认为是最好的方法。此外,示方书中也有所指出 takeda模型等使用M-φ关系的工具中参数的设定对结果影响较大,运用纤维要素的分析工具中,非线性特性是如果使用丰富信赖性高的材料试验结果,认为可以为分析者获得稳定的结果。
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