...Y..FEM.pm5
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- りえ おとべ
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1 . 剛塑性有限要素法 名古屋大学大学院工学研究科. はじめに. 剛塑性体の構成式.. 降伏条件.. 構成方程式 ([D] マトリックス ). 節点速度 ひずみ速度関係..[B] マトリックス.. 四角形一次要素の [B] マトリックス.4 4 仮想仕事の原理 ( 剛性マトリックス ([K] マトリックス )).5 非線形方程式の解法.5. 直接代入法.5.wto-Raphso 法.6 非圧縮性の拘束と数値積分.7 エネルギー汎関数による定式化.7. 最小ポテンシャルエネルギーの原理.7. 圧縮性材料特性法.7.Lagrag 乗数法.7.4ペナルティ法.8 おわりに 湯川伸樹 参考文献 演習 付録 剛塑性 FEMプログラムリスト付録 サンプルデータ
2 .はじめに (a). 剛塑性体の構成式.. 降伏条件
3 ( ) + ( ) + ( ) τ τ τ ( ) z z z z {( ) + ( ) + ( ) } Y f( { } ) cos ta t ( ) (..Mss ( + + )/ m z ( ) + ( ) + τ τ τ ( ) z z z z + g m Y ( )
4 g. Mss g (.. (.. Y, Y.. 構成方程式 ([D] マトリックス ) t d t 0 d
5 Y Y Y Y f λ f λ f λ f z z z z λ f τ λ f τ λ f τ z z λ f (.. é λ ( ) z λ ( + z ) λ z ( + z ) λ τ λ z τz λ z τz λ ẇ
6 w { } {} { } {,, z, τ, τz, τz} {} {,, z,, z, z} (.. w λ ( ) + ( z) + ( z ) + 6 τ + τz + τz λ { ( )} w (.. (.. λ ( ( ( ( + ( z) z + ( ) z z ( + ) τ z τ z z τ z ( z z z z τ τz τz (
7 (.. (.. ( ) + ( ) + ( ) ( ) z z z z ( 9 (.. z z z ν ν ν ν ν ν E + ν ( ) 0 0 τ ( + ν) 0 τ ( + ν) τ z z z ( (.. λ / ν 0. { } [ D ]{} ( (.. m m z z m τ τ τ z τz τ z τz (6)
8 z z m + + ( ) (7) z z τ τ τ z z z z (8) τ τ τ z z z z z z (9) τ τ τ z z z z z z z D [ ]{} (0)
9 (.. (..) g λ ( z + ) m λ τ λ g ( + z + m ) z λ τz λ g z ( + z + m ) λ z τz ( (.. (.. λ λ ( ) g z + m g ( + z + m ) g z ( + z + m ) τ z τ z z τ z (. {} g g g g g g g g g { } (.4
10 g 9 g 9 g g 9 g 9 g { } 9 g 9 g 9 g D [ ]{} {} (.5 (..(.. ( ) + ( ) + ( ) ( ) g z z z z ( z ( (.. g m ( z z z 0 z z 0 (.9)
11 τ g g g g (.0) z g g + + ( ) (.) τ g g g g [ ]+ [ ] ( ){} D D D V (.). 節点速度 ひずみ速度関係..[B] マトリックス u ẇ z u w z z z u z w w u z
12 u ẇ u u w w (. z u z w z z u z w w z u z z z B B B C C C D D D C B C B C B D C D C D C D B D B D B u w u w u w 0 0 0
13 B {} [ B]{ u } C D z (... 四角形一次要素の [B] マトリックス, u, 4 η ( 4,4) (, ) u u 4 u, ( ) u (, ) ξ η η ξ ξ ( ξ 4, η 4) η η ( ξ, η ) ξ ( ξ, η) ξ ξ ( ξ, η ) η ( ξ, η )
14 4 4 u u ( )( ) ξ ξ η η ξ η, ξ η, ξ ξ η η ξ ξ η η 4 4,, u u + u u u 4 4 M {} [ ]{ } B u ξ ξ ξ η η η + +
15 ξ ξ η η ξ η J [ ] [ J] ξ J η η η ξ ξ ξ η J ξ η η ξ [ B] B 0 B 0 B 0 B4 0 0 B 0 B 0 B 0 B4 B B B B B B B4 B4 B B + J η ξ ξ η + J η ξ ξ η ξ + ηηξ 4, η 4 ( ) ( + ) ξξη 4 4, ξ ξ η η 4 4, ξ ξ η η ( ξη, ) (, )
16 .4 仮想仕事の原理 ( 剛性マトリックス ([K] マトリックス )) { 0 } b {} τ τz b 0 z τ τz b 0 z τ τ z z z bz 0 z u w z z z z u + w + z w u + z z τ τz τz [ ]{} D g 9 g 9 g g 9 g 9 g g 9 g 9 g z z z ( ) (. ) (. )
17 { 0 } S f { } { 0 } S u {} u { u 0 } ) { } { δ } dv { 0 } { δu} ds + {}{ b δu} dv V Sf V { δu }S u δu 0 { δ } { δu } V B D B d u ds S 0 f V b dv F [ ] [ ][ ] { } [ ] { } + [ ] {} { } ( ) [ ] V [ ] [ ][ ] K B D B d [ K ] { u } { F } ( ) K F [ K]{ U } { F} U [ ] [ K ] All Elmts { } { F } All ods { } { u } All ods [ K]{ F}{ U }
18 [ K] { F} Gauss (. ) [ K] [ D].5 非線形方程式の解法.5. 直接代入法 (.4.9 [ K] [ K( { U })]{ U } { F} 0 5. [ K][ K 0 ] [ ]{ } { } K U 0 F 0 5. { U } { U }[ K ], [ K ] d
19 [ ]{ } { } K U F 0 5. { U } 5. [ K 0 ] { U } [ K 0 ] [ D].5.wto-Raphso 法 f( ) 0 f ( ) df d + + { ϕ( { U })} [ K( { U })]{ U } { F} 0 { U } f ( ) f( + ) ( ) f +
20 [ ]{ } 0 ( ) ϕ U ϕ U K U du { ({ })} { ({ } )}+ ( { } ) [ K ] K j Kj ϕ u + j Kk u u F k j u j U U k U U ( ) (. ) { U } { du } [ ( )] ({ }) { } { } { } du K U ϕ U U + U du () { } { }+ { } { U + } { du } (. ) { U 0 } [ K ( { U } )], ϕ U { du } K { du } { ({ })} { ({ }) } [ ] ϕ U { U + } { U }+ { du } { du }
21 { U 0 } { U 0 } { U 0 }.6 非圧縮性の拘束と数値積分 [-, ]Gauss m f( ξ) dξ w f( ξ ) - ( 6.) m m f( ξ, η)dηdξ w w f( ξ, η ) - - j j ( 6.) j m m m f( ξ, η, ς)dςηξ d d w w w f(,, ) - - j k ξ η j ς k k j ( 6.) m, m, m ξης,, (ξ, η j, ς k ) (w,w j,w k ) ±/ ( ) ± /5 ( )
22 6. ADE AD AE ADE DEF DE F DE DFG DG F DG DEF DFG OAB 6. F 6 B 5 V 8 8
23 F 7 B V 75 F < B + V O F 7 B V 5 F > B + V A+ B+ C 6.4 A 0, B 0, C F 7 V 75 Gauss 6.(a) (a) (b) (c) 4, FI,RI,SRI), RIS.6.
24 G 6.(b) d tgrato, RI) V 5 B 48 z (a) 低減積分 (b) 選択低減積分 図.6.4 平面ひずみ圧縮の計算例
25 .7エネルギー汎関数による定式化.7. 最小ポテンシャルエネルギーの原理 Φ ( u) F u d dv- 0 ds V S F ( 7.) F u V S.7. 圧縮性材料特性法 Mss m { } ( ) + ( z) + ( z ) + 6( τ + τ + τ ) + g m (.) Φ( u ) F u d dv - 0 ds V S F Φ + Φ D F (.)
26 (.7. ( ) + ( ) + ( ) ( ) g z z z z.4 (.7. u Φ( u ) 0 u 7.5 k g Φ Φ Φ ( 7.6) E Φ u (.7 ) D u B D B u ( 7. {} [ ]{} { } [ ] [ ][ ]{ } [ D ] g 9 g 9 g g 9 g 9 g g 9 g 9 g Φ D
27 u Φ D k V d 0 dv u k d 0 V u V u k k dv dv [ ] [ ][ ]{ V } ([ B] [ D][ B] ) dv{ u V } [ Ku ]{ u } B D B u dv ( 7. ) F Φ F - {} u {} F ds SF -{ u } [ ] [ ] ds F SF F { } SF [ ] [ ] ds F { } { } { } ( 7. ) ( 7. ) u Φ F F -{ } ( 7. ) [ K ]{ u } { F } 7. { } [ D]{} [ D ]{}+ [ C]{} ( 7. ) g 9
28 [ C] [ D ] ( 7. ) ( 7. ).7.Lagrag 乗数法 LagragLé-Mss λ Φ ( u ) F u d dv- ds+ λ dv V 0 S V ΦD + ΦF + ΦV F (. ) u u Lagrag.7.7 u Φ 0 u k Φ 0 l.7.8 λl [ ]{} { } [ ] [ ][ ]{ } {} D u B D B u.7.9 Φ D.7.9
29 Φ D u k V ( B [ D ][ B ] ) dv{ u } [ Ku ]{ u } [ ].7.0 [ D ] D [ ] Φ D λ l Φ F u k F { }.7.4 Φ F λ l [ B] { λ } [ B λ ] Φ λ V dv V λ λ P Bλ u dv { } { } { } [ ]{ }.7.6 { P} { 0 0 0}.7.7 Φ Bλ P λ dv λ u V k [ ] { }{ } { } [ K λ λ ]{ }.7.8 λ Φ V λ P Bλ dv u l { } { } [ ] { } [ K u λ ] { }.7.9
30 K K u λ K λ u F 0 λ 0 (.7.0) Lagrag (a) () (b) m m λ (.7.) { }+ { } { } m P [ D ]{}+ m{ P} (.7.) (a) 弾性解析 ペナルティ法 圧縮性材料特性法 非ゼロ項 (b)lagrag 乗数法 図.7. 全体剛性マトリックスの形
31 .7.4ペナルティ法 λ Φ ( u ) F u ( ) d dv- ds+ λ dv V 0 S F V ΦD + ΦF + ΦP (.7.) 0 Lagrag { P}[ B]{ u }.7.4 Φ P λ B P P B dv u u V k [ ] { } { }[ ] { } (.7.5) λ KP u [ ]{ } ([ K ] + λ [ K P] ){ u } { F } (a) { }+ { } { } λ P [ ]{}+ λ[ C]{} D (.7.7) (.7.7).7.4 g 9
32 .8おわりに 参考文献 6 (984), p647 7.
33 演習 [B]
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23 M R M ϕ : R M M ϕt, x) ϕ t x) ϕ s ϕ t ϕ s+t, ϕ 0 id M M ϕ t M ξ ξ ϕ t d ϕ tx) ξϕ t x)) U, x 1,...,x n )) ϕ t x) ϕ 1) t x),...,ϕ n) t x)), ξx) ξ i x) d ϕi) t x) ξ i ϕ t x)) M f ϕ t f)x) f ϕ t )x) fϕ
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1 8 6 No-tension 1. 1 1.1................................ 1 1............................................ 5.1 - [B].................................. 5................................. 6.3..........................................
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1 2 (a 1, a 2, a n ) (b 1, b 2, b n ) A (1.1) A = a 1 b 1 + a 2 b 2 + + a n b n (1.1) n A = a i b i (1.2) i=1 n i 1 n i=1 a i b i n i=1 A = a i b i (1.3) (1.3) (1.3) (1.1) (ummation convention) a 11 x
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145 13 13.1 13.1.1 0 m mg S 13.1 F 13.1 F /m S F F 13.1 F mg S F F mg 13.1: m d2 r 2 = F + F = 0 (13.1) 146 13 F = F (13.2) S S S S S P r S P r r = r 0 + r (13.3) r 0 S S m d2 r 2 = F (13.4) (13.3) d 2
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3 3 5 5 5 3 3 7 5 33 5 33 9 5 8 > e > f U f U u u > u ue u e u ue u ue u e u e u u e u u e u N cos s s cos ψ e e e e 3 3 e e 3 e 3 e 3 > A A > A E A f A A f A [ ] f A A e > > A e[ ] > f A E A < < f ; >
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7 7. ( ) SU() SU() 9 ( MeV) p 98.8 π + π 0 n 99.57 9.57 97.4 497.70 δm m 0.4%.% 0.% 0.8% π 9.57 4.96 Σ + Σ 0 Σ 89.6 9.46 K + K 0 49.67 (7.) p p = αp + βn, n n = γp + δn (7.a) [ ] p ψ ψ = Uψ, U = n [ α
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3 215 4 27 1 1 u u(x, t) u tt a 2 u xx, a > (1) D : {(x, t) : x, t } u (, t), u (, t), t (2) u(x, ) f(x), u(x, ) t 2, x (3) u(x, t) X(x)T (t) u (1) 1 T (t) a 2 T (t) X (x) X(x) α (2) T (t) αa 2 T (t) (4)
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A04-164 2008 2 13 1 4 1.1.......................................... 4 1.2..................................... 4 1.3..................................... 4 1.4..................................... 5 2
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c 28. 2, y 2, θ = cos θ y = sin θ 2 3, y, 3, θ, ϕ = sin θ cos ϕ 3 y = sin θ sin ϕ 4 = cos θ 5.2 2 e, e y 2 e, e θ e = cos θ e sin θ e θ 6 e y = sin θ e + cos θ e θ 7.3 sgn sgn = = { = + > 2 < 8.4 a b 2
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I013 00-1 : April 15, 013 Version : 1.1 I Kawahira, Tomoki TA (Shigehiro, Yoshida) http://www.math.nagoya-u.ac.jp/~kawahira/courses/13s-tenbou.html pdf * 4 15 4 5 13 e πi = 1 5 0 5 7 3 4 6 3 6 10 6 17
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6 6.. [, b] [, d] ij P ij ξ ij, η ij f Sf,, {P ij } Sf,, {P ij } k m i j m fξ ij, η ij i i j j i j i m i j k i i j j m i i j j k i i j j kb d {P ij } lim Sf,, {P ij} kb d f, k [, b] [, d] f, d kb d 6..
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2 9 2 5 2.2.3 grad φ(p ) φ P grad φ(p ) p P p φ P p l t φ l t = g () g () (3) grad φ(p ) p grad φ φ (P, φ(p )) y (, y) = (ξ(t), η(t)) ( ) ξ (t) (t) := η (t) grad f(ξ(t), η(t)) (t) g(t) := f(ξ(t), η(t))
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15 II 5 5.1 (1) p, q p = (x + 2y, xy, 1), q = (x 2 + 3y 2, xyz, ) (i) p rotq (ii) p gradq D (2) a, b rot(a b) div [11, p.75] (3) (i) f f grad f = 1 2 grad( f 2) (ii) f f gradf 1 2 grad ( f 2) rotf 5.2
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208 3 28. f fd f Df 関数 接線 D f f 0 f f f 2 f f f f f 3 f lim f f df 0 d 4 f df d 3 f d f df d 5 d c 208 2 f f t t f df d 6 d t dt 7 f df df d d df dt lim f 0 t df d d dt d t 8 dt 9.2 f,, f 0 f 0 lim 0 lim
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211 12 1 19 2.9 F 32 32: rot F d = F d l (63) F rot F d = 2.9.1 (63) rot F rot F F (63) 12 2 F F F (63) 33 33: (63) rot 2.9.2 (63) I = [, 1] [, 1] 12 3 34: = 1 2 1 2 1 1 = C 1 + C C 2 2 2 = C 2 + ( C )
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IB IIA 1 1 r, θ, φ 1 (r, θ, φ)., r, θ, φ 0 r
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1 11 11.1 ψ e iα ψ, ψ ψe iα (11.1) *1) L = ψ(x)(γ µ i µ m)ψ(x) ) ( ) ψ e iα(x) ψ(x), ψ(x) ψ(x)e iα(x) (11.3) µ µ + iqa µ (x) (11.4) A µ (x) A µ(x) = A µ (x) + 1 q µα(x) (11.5) 11.1.1 ( ) ( 11.1 ) * 1)
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NHK 204 2 0 203 2 24 ( ) 7 00 7 50 203 2 25 ( ) 7 00 7 50 203 2 26 ( ) 7 00 7 50 203 2 27 ( ) 7 00 7 50 I. ( ν R n 2 ) m 2 n m, R = e 2 8πε 0 hca B =.09737 0 7 m ( ν = ) λ a B = 4πε 0ħ 2 m e e 2 = 5.2977
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9 α ν β Ξ ξ Γ γ o δ Π π ε ρ ζ Σ σ η τ Θ θ Υ υ ι Φ φ κ χ Λ λ Ψ ψ µ Ω ω Def, Prop, Th, Lem, Note, Remark, Ex,, Proof, R, N, Q, C [a, b {x R : a x b} : a, b {x R : a < x < b} : [a, b {x R : a x < b} : a,
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2 1 (7a)(7b) λ i( w w ) + [ w + w ] 1 + w w l 2 0 Re(γ) α (7a)(7b) 2 γ 0, ( w) 2 1, w 1 γ (1) l µ, λ j γ l 2 0 Re(γ) α, λ w + w i( w w ) 1 + w w γ γ 1 w 1 r [x2 + y 2 + z 2 ] 1/2 ( w) 2 x2 + y 2 + z 2
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