Microsoft PowerPoint - 02_GTS機能紹介.ppt

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1 有限要素法を用いた 2D/3D 地盤解析ソフト midas GTS Next Generation Solution for Geotechnical and Tunnel Engineering

2 目次 概要ジオメトリモデリングメッシュ生成解析トンネルウィザード結果表示

3 概要 GTS とは 簡単 GTS は地盤全般およびトンネルエンジニアリングの構造解析のために必要なすべての機能を集積して開発した地盤分野の最高レベルのソリューションです 迅速 正 確 高効率 GTS 3

4 概要 ファンデーション midas FX+ (CAE プリ / ポストプロセッサー ) ジオメトリ & メッシュモデリング TNO DIANA (DIsplacement method ANAlyzer) FEM 解析 midas GTS 地盤分野の FEM 解析のための総合ソリューション Multi discipline Analysis (Structural, Seepage, ) Construction Stage Fast & Accurate Solver Geometry Modeling Auto mesh Generation Huge Model Manipulation Realistic Visualization Various Applications 4

5 概要 構成 ジオメトリ作成機能 地表面作成機能 (TGM) メッシュ作成機能 結果処理機能 解析条件作成機能 ソルバー ( 解析実行機能 ) 5

6 概要 フレームワーク メインメニュー フレームワーク ツールバー ワークウィンドウ ワークツリー 右クリックメニュー プロパティウィンドウ テーブルウィンドウ アウトプットウィンドウ 6

7 概要 表示機能 - ジオメトリ シェーディング シェーディング + エッジ シェーディング + エッジ + 透過表示 ワイヤーフレーム 境界ボックス 7

8 概 要 シェーディング 表示機能 メッシュ ワイヤーフレーム シェーディング シェーディング + シュリンク Top View フィーチャーエッジ 地盤 シェーディング トンネル シェーディング 非透過表示 8

9 概要 仮想移動 マウスドラッグによる仮想移動 ( 移動 回転 スケーリング ) 9

10 概要 フライングビュー 10

11 ジオメトリモデリング 概要ジオメトリモデリングメッシュ生成解析トンネルウィザード結果表示

12 ジオメトリモデリング ジオメトリモデリング カーブサーフェスソリッド アドバンスドモデリング トンネル断面 ライン, ポリライン 円弧, 円 ポリゴン B スプライン フィレット, 面取り トリム, 延長 交差 オフセット, 接線 分割, マージ 平面パッチ Coons パッチ NURBS パッチ グリッドパッチ ポイントパッチ フィレット, 面取り 縫合, 和 トリム, 分割 拡大 インプリント ボックス, ウェッジ シリンダー, コーン スフィア, トーラス トリム, 分割 埋込 ブーリアン演算 ( 和, 差, ) 押出し 回転 ロフト スイープ フィレット, 面取り オフセット, ドラフト シェリング ローカルプリズム チェック, 修復 移動, 回転 Advanced modeling functions can be used in surface & solid modeling. 12

13 ジオメトリモデリング カーブモデリング トンネル断面 カーブタイプ 3C 3C+I ライン 円弧 円 楕円 放物線 双曲線 B スプライン ポリライン 矩形 ポリゴン Profile トンネル断面 B- スプライン 5C 5C+I トンネル断面 ポリライン ライン 13

14 ジオメトリモデリング サーフィスモデリング 任意の閉じたカーブを選択 任意のポイントを選択 仮想グリッドを作成 標高を指定 平面パッチ グリッドパッチ ポイントパッチ 任意の 2~4 カーブを選択 内部拘束条件を利用して曲面の曲率を調整することが可能 Coons パッチ 任意の閉じたカーブを選択 NURBS パッチ 14

15 ジオメトリモデリング ソリッドモデリング ブーリアン演算 トリム A 分割 + B 交差サーフェスによる分割 和 (A B) 差 (A-B) 共有 (A B) 15

16 ジオメトリモデリング アドバンスドモデリング ガイドカーブ スイープ 輪郭 押出し 輪郭 Top View 輪郭 回転 ロフト 輪郭 16

17 ジオメトリモデリング アドバンスドモデリング 修 正 プロファイル ローカルプリズム トリム 奥行き オフセット 深さ定義 ドラフト チャンパー サイドビュー 17

18 ジオメトリモデリング デモンストレーション メッシュ ジオメトリ 18

19 ジオメトリモデリング データ交換 読み込み ( ジオメトリ ) STEP, IGES AutoCAD DXF( ワイヤフレーム ) STL( メッシュ ) Nastran ( メッシュ ) Optional Interfaces ACIS, Parasolid, DWG, etc. IGES ジオメトリ 書き出し ( ジオメトリ ) STEP, IGES STL ( メッシュ ) データ交換 STEP(STandard for the Exchange of Product Model Data) IGES (Initial Graphics Exchange Specification) STL (STereo Lithography) De facto standard for RP メッシュ生成 19

20 ジオメトリモデリング TGM(Terrain Geometry Maker) デジタルマップ GTS DXF データ TGM 実際の地形ジオメトリを忠実に再現 20

21 ジオメトリモデリング ジオメトリに基づくモデリング ジオメトリに基づくモデリングの特長 アドバンスドジオメトリモデル機能 特にサーフェ スおよびソリッドモデリング機能を使用することにより実際の複雑な地形 や地層地層ジオメトリのモデリングが非常に簡単に出来ます! 手動操作に比べ ジオメトリモデリング機能を使用すると 入力作業が少なくなります すなわち 節点座標 要素の連結の連結のようのよう な情報情報入力は必要なく 実際のジオメトリの情報のみでモデル化を進めま す! ジオメトリモデリング機能を使うことによりフリーフォームサーフェスを横切る又は分けるような複雑なジオメトリオペレーションが 簡単に簡単に実行実行できます 面倒なことなく面倒なことなく正確なモデルづくりを実現します! フレキシブル便利正確 21

22 メッシュ生成 概要ジオメトリモデリングメッシュ生成解析トンネルウィザード結果表示

23 メッシュ生成 メッシュ生成 オートメッシュ マップドメッシュ 押出し機能 チェック機能 ソリッド サーフェス エッジ 平面領域 4 つのエッジから 2D 3D タイプ 四角形 組合せ 三角形 ソリッド サーフェス エッジから 2D メッシュ エッジから 3D メッシュ 4 節点エーリア 押出し 投影 オフセット 埋め スウィープ オブジェクト ジオメトリ 要素 節点 生成 抽出 連結 変更 スムーズ 分割 チェック 品質 マージ 変換 23

24 メッシュ生成 メッシュ生成 Loop Mesher Direct Surface Mesher based on Looping Algorithm Delaunay Mesher Indirect Surface Mesher based on Delaunay Triangulation Grid Mesher Hybrid Surface Mesher based on Modified Grid-based Approach Tetra Mesher Solid Mesher based on Delaunay Tetrahedralization & Advancing Front Map Mesher Structured Surface/Solid Mesher based on Transfinite Interpolation 24

25 メッシュ生成 オートサーフェースメッシュ作成 規則性均一性 境界の精巧度 オリエンテーションインセシティブ サイズコントロール 内部カーブ / ポイント Loop Mesher Delaunay Mesher Grid Mesher 内部ポイント Loop Mesher Grid Mesher Delaunay Mesher 25

26 メッシュ生成 マップドソリッドメッシュ作成機能 マップドメッシュ (3D) Auto+ マッピング 基準フェイス (Auto) ジオメトリ フルマッピング フルマッピング 切り取り面 26

27 形増加細かいメッシュ メッシュ生成 メッシュサイズコントロール サイズ均一 等分割数で分割 粗いメッシュ スムーズなサイズ変化 サイズ線線形メッシュサイズ変化で分割 粗い 細かい 粗い 内部粗密度 ( 細かい ) Normal 内部粗密度 ( 粗い ) 27

28 メッシュ生成 メッシュの押出し 押出し (2D 3D) 非均一オフセット 充填 (Curve 2D) 断面 Simulate ガイド節点による押出し (1D 2D) 回転 (2D 3D) 28

29 メッシュ生成 メッシュの押出し 投影 (2D 3D) 充填 (2D 3D) 前面 背面 投影面 ( 同一のメッシュ分割 ) スイープ (2D 3D) ガイドカーブ スイープ時倍率 (1/4) オフセット (2D 3D) 直角スイープ 29

30 メッシュ生成 メッシュ操作 押出し要素 メッシュコネクション ジオメトリ ソリッド 2. 面から押出し吹付けコンクリート ( ソリッド要素を基盤とするグループ ) 1. オート - メッシュソリッド ( オート - グループ ) 隣節結合 スムージング (Laplacian/Winslow/Angle) 要素分割 (2, 3- 改良 ) 切断 リンク ( 弾性, 剛体 ) インターフェース要素挿入 隣節リンク 同一リンク 30

31 メッシュ生成 チェック & クオリティ チェック & クオリティ 自由面 フリーエッジ / 面 チェック & Align ECS 品質確保 アスペクト比 歪曲角度 テ パ (2D) 反り (2D) ヤコビアン比 ねじれ つぶれ (Tetra) ねじれ五角形 自由面のチェック ( 結合しない要素面 ) 非自由面 ひしゃげた四面体 ( 体積 0) メッシュクオリティプロット 31

32 解 析 概要ジオメトリモデリングメッシュ生成解析トンネルウィザード結果表示

33 解 析 解析機能 静的解析 線形 / 非線形弾性解析 弾塑性解析 応力 - 浸透連成解析 施工段階解析 排水 / 非排水解析 圧密解析 浸透流解析 定常 / 非定常解析 動的解析 固有値解析 応答スペクトル解析 時刻歴解析 斜面安定解析 等価線形解析 33

34 解 析 要素ライブラリ 線要素 トラス / 埋込みトラス はり 引張りのみ (Hook), 圧縮のみ (Gap) プロットのみ ( ダミー ) 平面要素 板 シェル 平面ひずみ 平面応力 軸対称 プロットのみ ( ダミー ) ソリッドタイプ ソリッド要素 Others 点ばね, マトリックスばね, ジョイント 弾性リンク, リジットリンク 線-ソリッドインターフェース( 杭等 ) GTSは 線要素および曲線タイプ 板要素 平面応力要素 ソリッド要素を簡単に作成できます GTSでは すべての要素を3 種類の方法で作成することができます (1) 自動 / マップドメッシュ生成 メッシュ突起とメッシュ接続 (2) GUIとテーブルによる手動生成 (3) 他ソフトからのメッシュデータの読み込み 34

35 解 析 材料モデル GTS は多様な材料モデルが適用可能となります 線形弾性 Tresca 材料モデル挙動 最もシンプル 弾塑性 Subsurface Materials von Mises Mohr-Coulomb 修正 Mohr-Coulomb Drucker-Prager 硬化則 弾塑性 弾塑性, ひずみ軟化 弾塑性, ひずみ軟化 弾塑性, ひずみ硬化 直交異方性直交異方性 ( 変形 ) Duncan-Chang 電中研 Hoek-Brown 亀裂性岩盤 Cam-Clay 修正 Cam-Clay 双曲線, 非線形弾性 非線形弾性 弾塑性 異方性弾性 異方性塑性 弾塑性 Strain hardening Strain softening ひずみ硬化ひずみ軟化 2D/3D ジョイント要素 London Clay ユーザー定義モデル 弾塑性, 摩擦成分 & 粘着成分 Jardine Model ユーザーによるサブルーチン (Fortran) 35

36 解 析 施工ステージ制御 非定常浸透流解析制御 Drag & Drop ツリー構造 初期 & 盛土 掘削 選ばれたステージをシミュレートする 荷重分担率 36

37 解 析 施工ステージ制御 GTS は施工ステージの定義において 命名ルール ( ベースとなる名称 + 接尾語数 ) を用いた施工ステージの定義を使用できます ツリー構造 メッシュ 荷重 境界条件 命名ルールに基づいた施工ステージの定義 施工チャート 施工ステージミューレ タ 37

38 解 析 荷重 & 境界条件 荷重 Transfer to FE 自重 力, モーメント 強制変位 圧力 バ 要素荷重 ( 連続 要素 ) 節点 要素温度荷重 / 温度勾配荷重サーフェス上の圧力 プレストレス 節点質量 応答スペクトル解析データ( 多様なスペクトルデータタイプを含む ) 時刻歴応答データ - 時刻歴データタイプ ( 多様な加速度パターン ) - 地震加速度 - 静的荷重制御 - 時刻歴節点荷重, 時刻歴サーフェース荷重 - 時刻歴結果関数 要素 - 面上の圧力 すべての荷重を有限要素網とジオメトリに適用することができる 38

39 解 析 荷重 & 境界条件 境界条件 拘束 節点水頭 節点流量, 面流量 浸透境界関数 非飽和特性間数 - 体積含水率負の圧力水頭比透水係数 van Genuchten, ユーザー定義 梁要素の端部結合条件 板要素の端部結合条件 物性値の変更 境界条件セットの変更 不飽和特性関数 板要素の端部結合条件 ( 吹付けコンクリートのジャンクション ) すべての境界条件を有限要素網とジオメトリに適用することができる 39

40 解 析 システムソルバ GTSはステムソルバーとして マルチフロンタルガウシアンソルバーを使用します マルチフロンタルガウシアンソルバー ( multi frontal sparse Gaussian solver ) は 非線形解析において大規模のソリッドモデルを反復計算の際に最も速いソルバーのひとつです GTSは2 種類の反復法ソルバー PCG 法 (Pre 条件つきのConjugate Gradient) GMRES 法 (Ge neral Minimal RESidual) を提供します モデル A モデル B モデル C モデル D モデル A モデルB モデルC モデルD 要素タイプ 板 板 ソリッド ソリッド 要素数 30,000 30,000 29,400 31,740 No. of DOFs 180, ,000 90, ,200 計算時間 [sec] [ マルチフロンタルソルバーによる計算時間 ] 40

41 トンネルウィザード 概要ジオメトリモデリングメッシュの生成解析トンネルウィザード結果表示

42 トンネルウィザード トンネルモデリングウィザード トンネルモデリングウィザード 解析モデルの生成 ( メッシュ, ロックボルト, 吹付けコンクリート等 ) 42

43 トンネルウィザード トンネルモデリングウィザード ステップ 1 ステップ 1 : トンネル数および断面形状 掘削形状の定義 43

44 トンネルウィザード トンネルモデリングウィザード ステップ 2 Simulation CD カットタイプのオプション ステップ 2: 吹付けコンクリートおよびロックボルトの定義 44

45 トンネルウィザード トンネルモデリングウィザード 掘削タイプ ステップ 3 荷重分担率の定義 シミュレーション : 掘削 & ロックボルト ステップ 3 : 施工段階の定義 ( 掘削タイプ & 掘進等 ) 45

46 トンネルウィザード トンネルモデリングウィザード ステップ 4 エレベーションデータによる地形情報 ステップ 4 : 断面メッシュをチェックし 地形情報を定義する 実際の地形 / 地層をモデリング 46

47 トンネルウィザード トンネルモデリングウィザード ウィザードにより生成されるモデル 解析データ 正面 アイソビュー コア + 吹付け + ロックボルト 47

48 結果表示 概要ジオメトリモデリングメッシュ生成解析トンネルウィザード結果表示

49 結果表示 結果表示 コンター図 結果グラフ ワークツリー MS- エクセル 結果テーブル 49

50 結果表示 結果データ 地盤応力解析 変位 力 ( トラス 埋め込みトラス ) モーメント (2D 吹付けコンクリート ) 反力 応力 ( 地盤 吹付けコンクリート ロックボルト ) - Total: Sxx, Syy, Szz, Sxy, Syz, Sxz - Effective: Sxx, Syy, Szz, Sxy, Syz, Sxz - 主応力 (P1, P2, P3) - Pore Pressure - Mean Effective, Mean Total - 安全率 - 降伏比 ひずみ - Exx, Eyy, Ezz, Exy, Eyz, Exz - 主ひずみ (E1, E2, E3) - 最大せん断ひずみ - Deviatoric Strain - Volumetric Strain 浸透流解析 流速 圧力水頭, 全水頭 動水勾配 フロー 50

51 結果表示 コンター図のタイプ メッシュラインコンター図 アイソラインコンター図 メッシュ + アイソラインコンター図 コンターラインなしコンター図 グラデーションコンター図 グレイ色コンター図 51

52 結果表示 変形図 変形前 正面 側面 変形図 ( 変形後 + グラデーション表示 ) 52

53 結果表示 アイソサーフェイス図 フィーチャーエッジ + アイソサーフェイス図 メッシュライン + 複数アイソサーフェイス図 53

54 結果表示 アイソサーフェイス図 アイソサーフェイス図 Capped ( 指定値より小さい部分 Plot (Lower Part) ) アイソサーフェイス図 ( 複数面 ) 基準アイソサーフェイス図 アイソサーフェイス図 ( 指定値より大きい部分 ) 54

55 結果表示 切断面図 切断面の組合せ ( ソリッド ) 55

56 結果表示 切り取り図 基本コンター図 トンネル ( 切断面図 ) 切り取り図 ( 指定値より大きい部分 ) マウスドラッグによる切り取り面の指定 切り取り図 ( 指定値より小さい部分 ) 56

57 結果表示 切り取り図 コンター図 組合せ切り取り図 57

58 結果表示 仮想移動 メッシュセット別の分離可能 モデル (6 個のメッシュセット ) マウスドラッグによる移動 上面 左面 コンター図 仮想移動 58

59 結果表示 ミラー表示 ミラー表示したコンター図 切り取り図 軸対称モデル 切断面図 アイソサーフェイス図 59

60 結果表示 組合せ表示 正面 Clipping Plane ベクトル図 コンター図 コンター図 上部 切り取り図 + ベクトル図 60

61 結果表示 ダイアグラム 2D ロックボルトの軸力 ( 埋め込みトラス要素 ) 3D ロックボルトの軸力 ( 埋め込みトラス要素 ) 2D 吹付けコンクリート軸力 2D 吹付けコンクリート曲げモーメント 61

62 結果表示 ベクトル図 ベクトル図 ( メッシュラインなし ) ベクトル図のオプション - 矢頭タイプ ( 両方向 片方向 無し ) - 一定矢頭サイズ - 一定ベクトルサイズ - 色 ( コンター色 白黒 ) ベクトル図 ( 主ひずみ ) 62

63 結果表示 反力表示 サイドビュー 反力モーメント (2D 吹付けコンクリート ) 反力 反力モーメント (3D 吹付けコンクリート ) 63

64 結果表示 アニメーション 2D 段階施工解析 3D 段階施工解析 ( 切り取り図 ) 64

65 結果表示 結果抽出 出力するステップ 結果成分 ステージ / 結果セット結果タイプ 節点 / 要素 ID MS-Excel と互換性がある表 ( 時間と結果値 ) グラフ ( 時間と結果値の関係 ) 非定常浸透流解析の結果 ( 圧力水頭 ) 結果抽出の対象 : 時間 ( 非定常解析 ) ステップ ( 非線形 / 段階施工解析 ) 座標系 ( ユーザ定義座標系 ) 65

66 結果表示 解析結果の抽出 3 次元ステップグラフ 3D Step Graph 3D Step Graph 座標 ステージ 66

67 結果表示 沈下プロファイル メッシュ & 変位コンター図 沈下グリッドの定義 沈下量 ( エクセル形式への貼り付け可能 ) 沈下プロファイル (3D 平面, 2D 線分 ) 67

68 結果表示 結果上の分布図 コンター図における 3 次元曲線上のグラフ ユーザが指定した抽出点での結果 断層帯 正面 コンター図における 2 次元曲線上のグラフ 68

69 結果表示 結果の照会とタグ Side View 69

70 結果表示 結果の照会とタグ フライングビュー フライングビュー フライングビュー 70

71 結果表示 浸透流 ( プローパス / 流量 ) プローパス 流量 選択した節点により定義された任意面での流量を計算します ワークウインドウで照査位置をクリック 2D ダムモデルにおけるフローパッチ 71

72 結果表示 凡例 GTS では マウスのドラックで凡例の位置, 大きさ, 形式と幅 ( 最大 / 最小値を含む ) の制御が可能となります 枠をドラックして凡例ボックスをサイズを変更 プロパティウィンドウ ( 凡例オプション ) 目盛りをドラッグして範囲を変更 凡例オプション : - 色 ( 数値, 比率, 注釈 ) - ロゴ - 範囲 ( 最小 / 最大 / ゼロを含む ) - 形式 ( 固定 / 位置, 幅 ) 72

73 ありがとうございます Next Generation Solution for Geotechnical and Tunnel Engineering