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静的弾性問題の有限要素法解析アルゴリズム

第3章 ひずみ

線形弾性体 線形弾性体 応力テンソル とひずみテンソルソル の各成分が線形関係を有する固体. kl 応力テンソル O kl ひずみテンソル

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パソコンシミュレータの現状

4.3 材料試験 材料試験とは材料の応力 -ひずみの関係や強度を明らかにするために その材料で作成した供試体( 試験体 ) に荷重を負荷し そのときのひずみ挙動や強度を調べる作業を材料試験という 材料試験では 供試体に一様な応力が発生することが望ましい 一様な応力 とは 至るところ ある

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2 図微小要素の流体の流入出 方向の断面の流体の流入出の収支断面 Ⅰ から微小要素に流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅰ は 以下のように定式化できる Q 断面 Ⅰ 流量 密度 流速 断面 Ⅰ の面積 微小要素の断面 Ⅰ から だけ移動した断面 Ⅱ を流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅱ は以下のように

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材料の力学解答集

物理演習問題

耳桁の剛性の考慮分配係数の計算条件は 主桁本数 n 格子剛度 zです 通常の並列鋼桁橋では 主桁はすべて同じ断面を使います しかし 分配の効率を上げる場合 耳桁 ( 幅員端側の桁 ) の断面を大きくすることがあります 最近の桁橋では 上下線を別橋梁とすることがあり また 防音壁などの敷設が片側に有る

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材料強度試験 ( 曲げ試験 ) [1] 概要 実験 実習 Ⅰ の引張り試験に引続き, 曲げ試験による機械特性評価法を実施する. 材料力学で学ぶ梁 の曲げおよびたわみの基礎式の理解, 材料への理解を深めることが目的である. [2] 材料の変形抵抗変形抵抗は, 外力が付与された時の変形に対する各材料固有

第1章 単 位

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第1章 単 位

応用数学Ⅱ 偏微分方程式(2) 波動方程式(12/13)

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まえがき 材料力学の教科書を見ると 2ページ目から 微分 積分 行列の式などがずらっと並んでいます もう それを見るだけで拒絶反応を起こしてしまう方もおられるのではないでしょうか? 確かに 三次元で評価しようとするとそのような計算が必要になるかもしれませんが 一次元 二次元なら 簡単な式にまとめられ

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点におけるひずみの定義 ( その1)-(ε, ε,γ ) の定義ひずみは 構造物の中で変化しているのが一般的である このために 応力と同様に 構造物内の任意の点で定義できるようにした方がよい また 応力と同様に 一つの点に注目しても ひずみは向きによって値が異なる これらを勘案し あ

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第 5 章 構造振動学 棒の振動を縦振動, 捩り振動, 曲げ振動に分けて考える. 5.1 棒の縦振動と捩り振動 まっすぐな棒の縦振動の固有振動数 f[ Hz] f = l 2pL である. ただし, L [ 単位 m] は棒の長さ, [ 2 N / m ] 3 r[ 単位 Kg / m ] E r

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上式を整理すると d df - N = 両辺を で割れば df d - N = (5) となる ところで

問題 2-1 ボルト締結体の設計 (1-1) 摩擦係数の推定図 1-1 に示すボルト締結体にて, 六角穴付きボルト (M12) の締付けトルクとボルト軸力を測定した ボルトを含め材質はすべて SUS304 かそれをベースとしたオーステナイト系ステンレス鋼である 測定時, ナットと下締結体は固着させた

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テンソル ( その ) テンソル ( その ) スカラー ( 階のテンソル ) スカラー ( 階のテンソル ) 階数 ベクトル ( 階のテンソル ) ベクトル ( 階のテンソル ) 行列表現 シンボリック表現 [ ]

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ギリシャ文字の読み方を教えてください

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木村の物理小ネタ ケプラーの第 2 法則と角運動量保存則 A. 面積速度面積速度とは平面内に定点 O と動点 P があるとき, 定点 O と動点 P を結ぶ線分 OP( 動径 OP という) が単位時間に描く面積を 動点 P の定点 O に

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FrontISTR による熱応力解析 東京大学新領域創成科学研究科人間環境学専攻橋本学 2014 年 10 月 31 日第 15 回 FrontISTR 研究会 < 機能 例題 定式化 プログラム解説編 熱応力解析 / 弾塑性解析 >

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本日話す内容

技術者のための構造力学 2014/06/11 1. はじめに 資料 2 節点座標系による傾斜支持節点節点の処理 三好崇夫加藤久人 従来, マトリックス変位法に基づく骨組解析を紹介する教科書においては, 全体座標系に対して傾斜 した斜面上の支持条件を考慮する処理方法として, 一旦, 傾斜支持を無視した

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数値計算で学ぶ物理学 4 放物運動と惑星運動 地上のように下向きに重力がはたらいているような場においては 物体を投げると放物運動をする 一方 中心星のまわりの重力場中では 惑星は 円 だ円 放物線または双曲線を描きながら運動する ここでは 放物運動と惑星運動を 運動方程式を導出したうえで 数値シミュ

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. 軸力作用時における曲げ耐力基本式の算定 ) ここでは破壊包絡線の作成を前提としているので, コンクリートは引張領域を無視した RC 断面時を考える. 圧縮域コンクリートは応力分布は簡易的に, 降伏時は線形分布, 終局時は等価応力ブロック ( 図 -2) を考えることにする. h N ε f e

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変 位 変位とは 物体中のある点が変形後に 別の点に異動したときの位置の変化で あり ベクトル量である 変位には 物体の変形の他に剛体運動 剛体変位 が含まれている 剛体変位 P(x, y, z) 平行移動と回転 P! (x + u, y + v, z + w) Q(x + d x, y + dy,

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第 1 章 機械構造概論 1.1 質量と重量について 質量と重量に ートンの法則により である. 重量の場合 長さ 混同することが多いので, まず最初にふれておく. 重量は力である. 力はニュ 力 = 質量 加速度 1 オングストローム (A )=10 1ミリミクロン (mμ)=10-9 m -6

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Transcription:

弾性力学入門 年夏学期 中島研吾 科学技術計算 Ⅰ(48-7) コンピュータ科学特別講義 Ⅰ(48-4)

elast 弾性力学 弾性力学の対象 応力 弾性力学の支配方程式

elast 3 弾性力学 連続体力学 (Continuum Mechanics) 固体力学 (Solid Mechanics) の一部 弾性体 (lastic Material) を対象 弾性論 (Theor of lasticit) 中島の学生時代 ( 航空学科 ) 材料力学 ( 年冬,コマ ): 船舶, 応物 材料力学演習 (3 年夏, コマ ) 材料強弱実験 (3 年夏,コマ) 弾性力学 I(3 年夏,コマ) 弾性力学 Ⅱ(3 年冬, コマ )

elast 4 弾性体とは? 荷重 と 変形量 が比例 Hookeの法則 例 バネ k -mg 金属, 繊維, 樹脂 荷重 荷重 を除くと 変形量 はになる もとの形状にもどる 変形量

elast 5 変形量 ( 荷重 ) が増えると 弾性でなくなる 降伏 降伏点 弾性限界 荷重 降伏点 非弾性 塑性 (Plastic Material) 変形量

elast 6 弾性限界を超えると, 荷重が に なっても変形量は にならない 元の形状にもどらない 永久変形 Tシャツの首 はさみすぎたクリップ 伸びすぎたバネ, ゴム 荷重 永久変形 降伏点 変形量

elast 7 弾性力学の扱う範囲 弾性限界, 降伏点まで 変形量 ( 変位 ) は小さい 微小変形理論 線形 物理的な変形量はあるが, 形状は変わらないと仮定 荷重 塑性, 非弾性 非線形 研究としてはより難しく, おもしろい 工学的には 弾性 の方が重要 変形量 弾性限界を超えたものは再利用不可 ( 例外 : 板金加工等 ) いかに弾性限界内で荷重, 変形を抑制するかが設計としては問題 塑性, 非弾性は事故時 : 衝突

elast 8 弾性力学 弾性力学の対象 応力 弾性力学の支配方程式

elast 9 応力とは?(/6) 物体 ( ここでは弾性体 ) に外力 (eternal force) が作用すると, 物体は変形し, 物体を構成する分子間の力によって内力 (internal force) を発生させ, 外力に抵抗する 物体はこの内力と外力が釣り合うところまで変形する 外力 表面力 : 軸力, 荷重, 内圧など 物体力 : 重力, 遠心力, 磁力など 外力, 内力は 大きさ と 方向 向き を持っ外力, 内力は大きさ と方向向き を持ったベクトル量

elast 応力とは?(/6) ある弾性体が n 個の外力を受けて釣り合っているものとする P n- P P n P

elast 応力とは?(3/6) 仮想的な断面 S で切断すると, 面 S を通して,A A 部分はB 部分に,B 部分はA 部分に内力を作用 P n- P n A n S B P P

elast 応力とは?(4/6) A 部分の S 面上に微小面積要素 ΔS を考えて,S S 面上に作用する分布内力のうちΔSに作用しているものの合力を ΔF( ベクトル ) とする 単位面積当たりの平均力 ΔF/ΔSのΔSを無限小とした極限値 p を応力ベクトル (stress vector) ) と言う ΔF P n- p lim ΔF Δ S ΔS P n A n ΔS S

elast 3 応力とは?(5/6) 応力 : 単位面積当たりの力 ( のベクトル ) 引張 : 正, 圧縮 : 負 面に対して 垂直 : 垂直応力 (normal stress) 平行 : せん断応力 (shear stress) 設計に当たって重要なポイント : 降伏応力 ΔF P n- p lim ΔF Δ S ΔS P n A n ΔS S

elast 4 応力とは?(6/6) 直交座標系に関する応力成分 三次元 :9 成分 垂直応力 (normal l stress) ) せん断応力 (shear stress) {}

elast 5 弾性力学 弾性力学の対象 応力 弾性力学の支配方程式

elast 6 弾性力学の支配方程式 つりあい式 (equilibrium equations) 適合条件式 (compatibilit conditions) 変位 ~ ひずみ関係式 構成式 (constitutive equations) 応力 ~ ひずみ関係式 主に二次元モデルを使用して説明する

elast 7 つりあい式 X 方向二次元微小要素 d d d G d d d d d d d d d X d d 物体力 X 方向成分 X

elast 8 つりあい式 Y 方向二次元微小要素 d d d G d d d d d d d d d Y d d 物体力 Y 方向成分 Y

elast 9 Z 軸まわり d d モーメント @G 点 d G d d d d d d d d d d d d d

elast 二次元のつりあい式 X Y

elast 三次元のつりあい式な成応力の独立な成分は 6 つ {} X Y Z Z

elast ひずみの概念 弾性力学 ( というか固体力学 ) 荷重と変形量 応力 (stress) 単位面積あたりの荷重 ひずみ (strain) 相対的な変形量

elast 3 ひずみ : 相対的な変形量, 変位 垂直ひずみ (normal strain) L ΔL ΔL L せん断ひずみ (shear strain) L Δ Δ L

elast 4 ひずみ, 変位の関係 変位 (3 次元 ):(u, v, w) ここでは二次元微小要素 変形前 :P, Q, R, 変形後 :P, Q, R R R P : (, ) Q : ( d, ) d P u / P d v / Q Q R : (, d) P': ( u, v) u Q': ( d u d, u R' : ( u d, d v v v v d ) d )

elast 5 垂直ひずみ~ 変位の関係 PQ P Q u d u d ( u ) d d u d R P u / P d R v / Q Q u u v w

elast 6 せん断ひずみ~ 変位の関係 R R u v d u / P v / Q v w w u P d Q

elast 7 適合条件式 : ひずみ成分の関係式適合条件ず成分関係 二次元 三次元,,

elast 8 構成式 : 応力 ~ひずみ関係 (/3) ヤング率 応力とひずみは比例 比例定数をヤング率 とする ( 各物質に固有の値 ), ポアソン比 X 方向に荷重をかけると, 横方向 (YZ) (Y,Z) にも変形 縮み割合をポアソン比 とする 各物質に固有の値 金属では.3 程度 水 :.5, ゴム : ほぼ.5 非圧縮

elast 9 構成式 : 応力 ~ ひずみ関係 (/3) 構成ず関係 ( ) 三方向の垂直応力 (,, ) の効果ず 各ひずみ成分の足し合わせ ( ) { } ( ) { } ( ) { }

elast 3 構成式 : 応力 ~ひずみ関係 (3/3) せん断ひずみは垂直応力 (,, ) に, 無関係でせん断応力 にのみ比例 比例定数 : 横弾性係数 G,, G G G G ( )

elast 3 応力 ひずみ関係ず関係 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

elast 3 ひずみ 応力関係ず関係 ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] D { } [ ]{} D 非圧縮性材料 (~.5) の場合, 特別な扱い必要

elast 33 いくつかの仮定 等方性材料を仮定 ヤング率, ポアソン比が一定 CFRP(Carbon ( Fiber Reinforced Plastics,, 炭素繊維強化プラスチック ) のような複合材料 直交異方性 ポアソン比は.3 程度

elast 34 有限要素法への適用 変位法 変位量を従属変数 : 一般的に広く使用されている 本講義でもこのアプローチを採用 応力法 応力を従属変数

elast 35 一次元トラス要素 ( 方向のみに自由度 ) の引っ張り 断面積一定 A ヤング率 u@x, 引張力 F@XL 変位法 X 一次元弾性問題 u ひずみ ~ 変位関係 を ひずみ 応力関係 に代入, 得られた 変位 応力 関係を つりあい式 に代入 u X F