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重合メッシュ法による実務設計を目指した建築物と地盤の動的連成解析法

研究課題

研究課題/領域番号 19K12009
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分60100:計算科学関連
研究機関和歌山工業高等専門学校

研究代表者

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)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード重合メッシュ法 / 不整合メッシュ / 固有値解析 / 時刻歴応答解析 / 動的解析 / 数値積分 / モデリング / 建築構造
研究開始時の研究の概要

FEMベースの建築物と地盤の動的連成解析はメッシュ分割に多くの無駄が生じる問題点があるため,メッシュの不整合を許容するメッシュフリー解析法を用いた解決を図る.本研究では,メッシュフリー解析法の1つである重合メッシュ法を動的解析に拡張するため,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の構築と,実務設計を想定した建築物と地盤を結合する適切なモデリングのガイドラインの構築を目指す.

研究成果の概要

建築構造物と地盤の一体モデルの作成において,両者のメッシュ分解能が大きく異なるためメッシュの整合性を考慮する必要がないモデリング手法は有用である.さらに,連成解析において建築構造物と地盤の境目が設計上最も重要であるため,境目付近の高精度化も望まれている.
本研究では「はみ出しを有する重合メッシュ法」を用いた建築構造物・地盤一体モデルの効率的モデリングを提案し,静的解析,固有値解析,時刻歴応答解析において簡便なモデリングでFEM参照解とよく一致する解析結果が得られることを確認した.さらに,モデリングと解析精度の関係をパラメトリックスタディにより明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

原子力建屋などの特殊な建築構造物の設計では詳細な地震応答の把握が必要であることから,質点を用いた簡易モデルでなく構造物とその周辺地盤も含めた一体モデルを用いたFEM解析が求められている.一体モデルで効率的なメッシュ分割を目指せば,メッシュの分解能が大きく変わりモデル化が困難となる箇所が生じる.本研究成果は不整合メッシュを用いることができるためメッシュ作成や部分修正の労力を大幅に削減し,さらに高い解析精度が必要となる境目付近だけを微細メッシュにできる優位点がある.本提案手法が汎用化できれば,多点拘束法と併用してFEMが苦手とするモデリングを容易に実現できる代替手法となることが期待できる.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] はみ出しを有する重合メッシュ法による構造物・地盤一体モデルの効率的モデリング2022

    • 著者名/発表者名
      山東 篤
    • 雑誌名

      構造工学論文集B

      巻: 68B 号: 0 ページ: 284-292

    • DOI

      10.3130/aijjse.68B.0_284

    • ISSN
      0910-8033, 2436-6285
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ローカルメッシュがグローバルメッシュからはみ出た重合メッシュ法におけるグローバル/ローカルの設定が解析結果に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      山東 篤
    • 学会等名
      第34回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 重合メッシュ法を用いた構造物と地盤の一体モデルの時刻歴応答解析2021

    • 著者名/発表者名
      山東 篤
    • 学会等名
      2021年度日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] はみ出しを用いた重合メッシュ法による時刻歴応答解析2021

    • 著者名/発表者名
      山東篤, 岸田怜哉
    • 学会等名
      第26回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 重合メッシュ法による構造物・地盤一体モデルの動的解析に関する基礎検討2020

    • 著者名/発表者名
      山東篤
    • 学会等名
      第25回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 重合メッシュ法を用いた構造物と地盤の一体モデルの固有値解析2020

    • 著者名/発表者名
      山東篤
    • 学会等名
      2020年度日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 重合メッシュ法を用いた構造物と地盤の一体モデルの固有値解析2020

    • 著者名/発表者名
      山東篤
    • 学会等名
      2020年度日本建築学会大会(関東)学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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