事例
水平面内に平板要素があり、途中から柱が立っているようなモデルを計算させると、図1のように「Solverエラー」が生じて計算ができません。原因は、平板要素と柱の接続部分の節点が鉛直軸回りにぐるぐると回転してしまうような不安定構造であるためです。
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| ▲図1 計算実行するとエラーになるモデル |
■対策その1
まず考えられる対策方法は、不安定の要因を直接的に取り除くことです。図2のように、柱下端部の節点を支点に設定し、鉛直軸回り（θyl）を「固定」にします。
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| ▲図2 対策その1 柱下端節点を拘束 |
■対策その2
次に挙げられるのは、不安定の要因を間接的に取り除く方法です。図3では柱天端から左側に水平部材が接続されており、端部を全体Z軸方向に固定にしています。この状態では、柱が鉛直軸回りに回転できません。結果的にモデルが安定する例です。
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| ▲図3 対策その2 柱が回転しないようなモデル化を行う |
原因
平板要素の節点自由度は5個です。図4に示すように、平板要素の法線軸回りの自由度を持っていません。フレーム要素の節点自由度は6個あります。この不整合によって、モデル全体の連立方程式を解くことができなくなります。
そこで、Engineer's Studio(R)では、平板要素の法線軸回りの自由度を固定にする自動安定化装置を搭載しています。ところが、この自動安定化装置は万能ではありません。上記事例のように、フレーム要素が接続している節点にはこの装置が作動しません。これが不安定構造となる原因です。上記の対策その1、その2のように、平板要素の法線軸回りの回転を拘束するモデル化を考える必要があります。
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| ▲図4 平板要素の自由度は5 |
まとめ
上記で説明したように、平板要素とフレーム要素が混在するモデルで、計算エラーが生じる場合は、柱の部材軸回りが回転する状況になっていないかを確認してみてください。 |
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| （Up&Coming '11 新春号掲載） |
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