マニフォールド法による有限要素法と剛体要素法の統合とその船体構造解析への応用

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09305065
• Research Institution: THE UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 大坪 英臣 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20011132)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 克幸 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (10235939)
• Keywords: マニフォールド法 / メッシュフリー / 鋼構造解析 / ボクセル被覆 / 有限被覆法 / 大変形解析 / 非線形解析 / ボクセル解析

Research Abstract

連続体に対する数値解析法の代表であるFEMは、これまで理論面、応用面の見事なバランスの基に研究発展し、CAEのツールとして多くの実績を積んできた。しかしながら近年、複雑化、多様化する解析課題に対してモデル生成に膨大な手間を必要とし、急速に進歩する計算環境を充分に活用できず3次元化が進むCADなどの周辺技術に遅れをとるなどその調和が崩れ始めている。ここで研究者らが提案している有限被覆法(FCM)は「被覆」という概念を導入することによって任意形状の物体を定形のメッシュによって解析できる理論的な枠組みを持ち、実装上はボクセル情報を応用することによって解析モデル生成を容易に行える一方でメッシュレス法的な理論的枠組みを持ち、精度の検討や詳細に知りたい部分に多くの自由度を割り当てるなどの操作も可能にした。また、「有限被覆法」という有限要素法を一般化した理論体系を持ち、実用面への配慮もなされたメッシュレス法を開発し、適用例として大変形非線形問題においての有効性を示した。任意形状の物体を定形のメッシュで解析する手法の枠組みを構築した。多重ボクセル構造を利用し、CADデータ入力から解析終了までを完全自動化して行なうシステムを構築した。
「被覆設定の任意性」を大変形解析のリメッシュに用いるための方法論を示した。
ここで構築した計算手法で大型で複雑多岐に渡る船体、高層建築、自動車などの構造解析分野への適用を検討し良い結果を得た。本研究は船舶同士、自動車などの衝突解析がCAEで適切かつ迅速に実施され、設計製作過程に貢献することが確信できた。

Research Products

• [Publications] 中西 克嘉 ほか: "ボクセル被覆を用いた大変形解析"計算工学講演会論文集. Vol.4. 167-170 (1999)
• [Publications] 金 伝栄 ほか: "hpボクセル解析の試み"計算工学講演会論文集. Vol.4. 171-174 (1999)
• [Publications] 鈴木 克幸 ほか: "ボクセル被覆を用いた3次元リゾット大変形解析"応用力学論文集. Vol.2. 279-286 (1999)
• [Publications] 鈴木 克幸 ほか: "有限被覆法によるメッシュレス大変形解析"日本機械学会計算力学講演会講演論文集. 第12回. 741-742 (1999)