解析事例

GTS

midas GTSNX 機能紹介… Vol.8

 今回はGTSNXの「軸対称」について紹介します。

 軸対称とは,図-1に示すような解析モデルが対称軸を中心に回転方向に同一モデル・同一荷重の場合に,3次元解析と同様の結果が得られる解析方法です。

図-1 軸対称イメージ

図-1 軸対称イメージ


1. モデル作成
 実際に地盤を掘削する軸対称モデルで解析を行いました。
 掘削後のメッシュ図および寸法を図-2に示します。

図-2 掘削後メッシュ図

図-2 掘削後メッシュ図


地盤物性値一覧表を表-1に示します。

表1 地盤物性値一覧表
3


 GTSNXで軸対称の解析を実施するためには,プロジェクトの基本設定で軸対称を選択します。
4
・解析>プロジェクトの基本設定




 プロパティの追加/編集で材料に軸対称を設定します。
5
・メッシュ>プロパティ>2D…>軸対称




 対称軸を中心に回転したモデルとして解析をするため,回転軸には水平方向の拘束条件は必要ありません。対称軸以外の境界条件は,図-3に示すように,側面を水平固定,底面を鉛直・水平固定と設定します。

図-3 境界条件の設定

図-3 境界条件の設定


2. 解析結果
 図-4に軸対称の変位コンター図を示します。

図-4 軸対称モデル変位コンター図

図-4 軸対称モデル変位コンター図


3. 結果の検証
 軸対称の結果と比較するため,図-5に示すような杭部を掘削する3次元モデルを作成しました。図-6に3次元モデルの変位コンター図を示します。

図-5 3次元モデルメッシュ図

図-5 3次元モデルメッシュ図


図-6 3次元モデル変位コンター図

図-6 3次元モデル変位コンター図


 検証として,軸対称と3次元モデルの最大水平変位量を比較したところ,ほぼ等しい値になりました。
 ここで、比較のため、2次元平面ひずみモデルの解析も行ってみました。その結果、2次元平面ひずみモデルにおける最大水平変位量は476mmと軸対称および3次元モデルの約5.6倍と非常に大きな値となりました。
 これは、2次元平面ひずみでは、円筒形の掘削を、トレンチ掘削のように奥行き方向全体に掘削するようなモデルとして表現するためです。
 なお,3次元モデルでは掘削部を12角形でモデル化を行っているため,軸対称とは2~3㎜程度の差が生じていますが,掘削部のメッシュをより細かく分割して円筒形に近づけていけば,軸対称の結果と一致するものと考えられます。
 各モデルの変形図を図-7に示します。

図-7 変形図

図-7 変形図

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