2020 Fiscal Year Research-status Report
Dynamic coupling simulation technique of buildings and ground for practical design by finite element mesh superposition method
| Project/Area Number |
19K12009
|
|---|
| Research Institution | Wakayama National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
山東 篤 和歌山工業高等専門学校, 知能機械工学科, 准教授 (50435442)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 重合メッシュ法 / 時刻歴応答解析 / 不整合メッシュ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的の第一項目である「三次元幾何学的処理を伴う高精度数値積分法を用いて高精度に質量マトリックスを計算する手法」については完全に達成した．ソルバーや幾何学的処理のプログラミング作業を簡潔にするため，研究用計算プログラムをすべてFortranからMatlabに移植した．
第二項目(1)である「土木建築構造物の動的連成解析への適用」については，まず数値計算上の不安定性を緩和するモデリング手法を見出した．重合メッシュ法はグローバルメッシュの内部に完全に収まるようにローカルメッシュを重ね合わせる必要があるが，固有値解析のように「きれいな振動モード」が導出される問題でグリッドメッシュ同士をきれいに重ね合わせると，剛性マトリックスまたは質量マトリックスが特異となりやすい問題点が明らかとなった．その解決策として，重ね合わせる範囲を限定する「はみ出しを用いた重合メッシュ法」を試したところ行列の特異性が現れなかったため，本研究ではこのモデリング手法を採用することとした．二次元簡易モデルにおいて，はみ出しを用いた重合メッシュ法と有限要素法の固有値解析及び時刻歴応答解析の精度比較を行い，重合メッシュ法の解が有限要素法と同等の解析精度を維持できることを確認した．これらの成果を2件の学術講演会で発表した．
一方，重ね合わせる範囲が狭すぎる際に解析精度が低下する可能性も考えられる．この課題は第二項目(2)の「設計者に重合メッシュ法の熟練度を要求しない実用的手法の構築」に関連している．2020年度後半に両メッシュを重ね合わせる範囲と解析精度の関係の調査を行った．この成果については2021年度前半の学術講演会に投稿済みである．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で達成すべき2つの項目のうち，1番目の重合メッシュ法の数値計算上の問題については完全に達成した．当初は質量マトリックスを高精度に計算すれば安定した解析が可能と考えていたが，モデリングによってマトリックスが特異となることがある想定外の問題が発生したが，はみ出しを用いた重合メッシュ法の採用により解決した．
2番目の土木建築構造物への動的連成解析への適用は現在実施中であり，概ね当初の予定通り進んでいる．研究期間内に明らかにすべきことは，「①はみ出しを用いた重合メッシュ法は適切にモデリングすれば有限要素法と同等の解析精度であるか？」，「②良好な解析精度となる，または解析精度の落ちるモデリングはどのようなものか？」，「③モデル形状，荷重条件が変わっても簡易モデルと同様の傾向が見られるか？」，「④重合メッシュ法の熟練度を要求しないモデリングのガイドライン提示」と考えており，①と②は達成，③と④は2021年度の実施内容である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
土木建築構造物への動的連成解析への適用のため，現在までの進捗状況で挙げた「③モデル形状，荷重条件が変わっても簡易モデルと同様の傾向が見られるか？」，「④重合メッシュ法の熟練度を要求しないモデリングのガイドライン提示」の2点を達成し，研究成果を査読論文に投稿することを予定している．
③は解析例を増やし，それらの結果をまとめることで達成できる．解析例の積み重ねと分析は申請者が指導する専攻科生の研究として行う．④については2019年度と2020年度に誤差を評価する曲面の図示による視覚的提示を試行してみたが，2021年度は②，③の計算結果を数量化理論によって分析することを計画している．
|
| Causes of Carryover |
当初，3件の学術講演会に申し込む予定であったが，そのうち2件が投稿のみで発表無しとなり，1件が完全に中止となり投稿することができなかった．それによって残った費用を使って2020年度内に査読論文への投稿を考えていたが年度内には達成できなかった．今回の残金は査読論文投稿費用として使いきれなかったものである．
この次年度使用額は論文投稿費として使用する予定である．
|
